機(jī)械化原巷采煤工藝及工業(yè)性試驗研究

宋永紅

（山西寧武大運(yùn)華盛老窯溝煤業(yè)有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

我國煤炭資源豐富，在全球范圍內(nèi)儲量位居前列。目前，我國成為煤炭生產(chǎn)量和消耗量最大的國家，而且煤炭在未來很長一段時間內(nèi)仍然在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。因此，在此大背景、大形勢的需求下對煤炭的開采效率提出了更高的要求。影響煤炭開采效率的因素包括有采煤工藝、采煤技術(shù)、綜采設(shè)備的自動化水平以及工作面巷道的支護(hù)效果，而上述因素與煤礦的地質(zhì)、水文、煤層以及巷道等情況相關(guān)[1]。對于巷道較寬的工作面而言，采用傳統(tǒng)的采煤工藝不僅其采煤效率低，而且其支護(hù)效果也無法達(dá)到生產(chǎn)要求。目前，針對巷道埋藏深度大、難以維護(hù)且回采效率低的問題，采用原巷充填技術(shù)能夠解決上述問題。本文著重開展對機(jī)械化原巷采煤工藝的研究，并將驗證其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

1 工程概況

以17181 工作面為研究對象，該工作面走向長度為1 817 m、傾斜長度為187.4 m、面積為340 505.8 m2，傾角為2°～11°，平均5°。該工作面所采9 號煤層裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)簡單，局部地段煤層下部夾0.2 m的頁巖或炭質(zhì)頁巖，厚度變化不大，屬于穩(wěn)定煤層。煤層頂?shù)装鍘r層情況如表1 所示。

2 原巷充填材料的研究

針對17181 工作面地質(zhì)水位、構(gòu)造復(fù)雜的情況，為了確保巷道掘進(jìn)過程中避免應(yīng)力集中現(xiàn)象的出現(xiàn)，采用原巷充填采煤工藝對該工作面進(jìn)行生產(chǎn)，從而達(dá)到優(yōu)化工作面布局，提高煤炭回采效率的目的[2]。本節(jié)對充填材料的力學(xué)性能進(jìn)行研究。

目前可供選用的充填材料包括矸石固體材料、膏體材料和高水速凝材料等。結(jié)合17181 工作面的地質(zhì)條件，并對比上述三種充填材料的特點(diǎn)，鑒于高水速凝材料具有強(qiáng)度高、適應(yīng)性好、支撐力大等優(yōu)勢[3]，所以該工作面原巷充填采煤工藝選用高水速凝材料作為其充填材料。在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，可將當(dāng)前充填材料的配置方案分為三類（見表2）。

表1 17181 工作面煤層頂?shù)装鍘r層情況表

表2 1 m3 充填材料配置方案及用途

當(dāng)水灰質(zhì)量比為2∶1 制備原巷充填材料時，制作成本較高。因此，本文選用水灰質(zhì)量比為1.5∶1 的比例制備原巷充填材料。經(jīng)試驗表明，基于1.5∶1 比例所制備的原巷充填材料能夠?qū)崿F(xiàn)長距離、長時間的泵送，且所得原巷充填材料的強(qiáng)度滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。

3 機(jī)械化原巷采煤工藝的研究

3.1 原巷機(jī)械化充填原理

所謂原巷充填指的是，將配制所得的充填材料通過注漿泵和管路將其運(yùn)送至充填位置，從而使得所形成的充填體承擔(dān)煤柱的作用實(shí)現(xiàn)采空區(qū)與原巷內(nèi)的支護(hù)作用。原巷充填支護(hù)原理如下頁圖1 所示。

圖1 原巷充填支護(hù)原理示意圖

原巷充填采煤工藝的流程為割煤—平移液壓支架—拉移充填模箱、支?！枇稀_泵—充填—移巷道超前支架—割煤。

根據(jù)17181 工作面的特點(diǎn)為原巷充填工藝選定充填泵站，選定充填設(shè)備，設(shè)計充填制漿系統(tǒng)，設(shè)計充填材料輸送系統(tǒng)，設(shè)計充填材料的儲存。

表3 原巷充填采煤工藝配套設(shè)備選型結(jié)果

3.2 機(jī)械化原巷采煤工藝的“三機(jī)”配套

為配合原巷充填采煤工藝的實(shí)施，為其配置自動上料機(jī)、自動拆包卸料機(jī)、自動配料裝置、機(jī)械化充填模箱、超前液壓自移支護(hù)支架[4]。此外，還需為該采煤工藝配置相應(yīng)的采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)以及液壓支架。其中，液壓支架選型時需首要考慮支護(hù)強(qiáng)度、可適應(yīng)煤層賦存變化等因素；采煤機(jī)選型時需要求其實(shí)際生產(chǎn)能力要高于工作面的設(shè)計生產(chǎn)能力，還需與液壓支架相匹配；刮板輸送機(jī)選型的關(guān)鍵原則為液壓支架和采煤機(jī)相匹配。

4 機(jī)械化原巷充填采煤工藝的工業(yè)性試驗

17181 工作面布置有回風(fēng)巷道、運(yùn)輸巷道和開切眼斷面。根據(jù)該工作面的現(xiàn)場情況，為了方便充填材料的運(yùn)輸，將充填泵站設(shè)定在軌道大巷650 m 的附近，經(jīng)管路到運(yùn)輸順槽最后達(dá)到充填工作面[5]。經(jīng)計算，充填材料的管路總長度為3 000 m。原巷充填采煤工藝配套設(shè)備的選型結(jié)果如表3 所示。

機(jī)械化原巷充填采煤工藝被應(yīng)用于17181 工作面后，其應(yīng)用效果總結(jié)如下：

1）自該工作面采用機(jī)械化原巷充填采煤工藝以來，最大一次的填充長度為7.2 m，每月產(chǎn)量為15 萬t，較之前每月產(chǎn)量為12 萬t 有了大幅的提升。

2）工作面采用機(jī)械化原巷充填采煤工藝后，工作面作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度得到明顯降低。

3）工作面用機(jī)械化原巷充填采煤工藝后，原巷充填巷道的礦壓顯現(xiàn)得到明顯緩和，且在回采過程中不需對巷道進(jìn)行臥底、加固操作。

4）由于機(jī)械化原巷充填采煤工藝能夠有效減少應(yīng)力集中的現(xiàn)象，在支護(hù)過程中節(jié)約了支護(hù)材料，達(dá)到節(jié)約支護(hù)成本的目的。