高產(chǎn)高效綜放面回采工藝的研究

梁永躍

（陽泉煤業(yè)集團和順新大地煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 032700）

引言

煤炭作為我國的主體能源，按照當前使用率和其他能源的開發(fā)現(xiàn)狀來看，在未來很長一段時間內(nèi)煤炭依然在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導地位。作為煤礦企業(yè)而言，最為關(guān)注的問題是工作面的產(chǎn)煤效率。影響綜采工作面煤炭生產(chǎn)效率的因素包括有綜采設備的可靠性、自動化程度、采煤工藝與工作面地質(zhì)水文條件、煤層特點等是否匹配等[1]。總的來說，工作面所采用的采煤工藝和綜采設備與工作面特征相適應的程度是決定煤炭開采是否高效、高產(chǎn)的關(guān)鍵。本文將著重對提升工作面高產(chǎn)高效的采煤工藝進行研究。

1 工程概況

以和順新大地煤業(yè)有限公司3 號煤層工作面為研究對象，3 號煤層的結(jié)構(gòu)相對簡單，其煤層最大傾角為12°，最小傾角為4°。工作面煤層的平均厚度為8.2 m，且煤層相對穩(wěn)定。3 號煤層的頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 3 號煤層頂?shù)装迩闆r

經(jīng)對3 號煤層工作面的礦井壓力進行測量得到如下規(guī)律：

1）工作面頂煤初次垮落的步距為6.5 m；老頂初次來壓的步距為35.6 m，工作面的動載荷系數(shù)為1.29；工作面老頂周期來壓的步距為10 m，動載荷系數(shù)為1.21。

2）工作面老頂初次來壓時最大壓力為4 612 kN，且平均壓力為4 012 kN；工作面老頂周期來壓時的最大壓力為4 131 kN，平均周期壓力為3 817 kN。

2 影響工作面高產(chǎn)高效的因素分析

綜采工作面的采煤效率備受煤礦企業(yè)的關(guān)注，目前已有很多學者針對該方向進行大量研究。經(jīng)研究可將影響綜采工作面煤炭高產(chǎn)高效生產(chǎn)的因素總結(jié)如下：

1）提升綜采工作面配套綜采設備的可靠性。綜采設備作為煤炭生產(chǎn)的主體，其工作效率直接影響工作面的產(chǎn)煤效率。因此，應根據(jù)綜采工作面地質(zhì)水文、頂?shù)装逡约懊簩拥惹闆r對綜采設備進行選型配套，提升綜采設備的可靠性，減少其出現(xiàn)故障的時間，從而提升綜采設備的開機率，實現(xiàn)提升產(chǎn)量的目的[2]。

2）增加采煤機的截割深度。在實際生產(chǎn)過程中，可根據(jù)工作面情況適當增加采煤機的截割深度。目前，我國采煤機的截割深度一般在0.8～1 m，而在實際生產(chǎn)中截割深度僅為0.6 m。實踐表明，當截割深度為0.8 m 時，相對截割深度為0.6 m 時循環(huán)產(chǎn)量可提高33%。

3）提高工作面的推進速度。在實際生產(chǎn)過程中，采煤機的牽引速度和液壓支架推溜、移架的速度決定工作面的推進速度，進而決定著工作面的采煤效率[3]。因此，在合理的情況下可適當?shù)靥嵘擅簷C的速度和液壓支架的推溜、移架速度。

4）保障綜采設備的生產(chǎn)能力。工作面綜采設備的匹配程度對提升綜采工作面的采煤效率具有決定性作用。一般來說，工作設備的能力應以1.1～1.2 倍的基數(shù)上逐漸增大。

3 綜采工作面液壓支架的高產(chǎn)高效配套

液壓支架作為綜采工作面的主要支護設備，選型時主要考慮工作面的地質(zhì)條件，其次應考慮液壓支架的推溜、移架速度[3]。液壓支架的選型主要是確定液壓支架高度、推移步距、支護強度、工作阻力等參數(shù)。

3.1 液壓支架高度參數(shù)的確定

液壓支架高度的確定需綜合考慮頂板管理和采放比是否合理。采煤機一般采高為2.8～3 m。綜合考慮巷道支護、采放比以及高產(chǎn)高效的要求，將液壓支架的最大支護高度設為3.5 m，則對應的合理采放比為1.75。

3.2 推移步距參數(shù)的確定

當采煤機截割深度為0.6 m 時，需采用二刀煤放一次頂煤的采煤工藝；當采煤機截割深度為1 m時，可采用一刀煤放一次頂煤的采煤工藝。為實現(xiàn)高產(chǎn)高效的目的，設定采煤機截割的截割深度為0.8 m，則對應的支架推移步距為0.9 m。

3.3 工作阻力參數(shù)的確定

結(jié)合支護強度的設計經(jīng)驗和實現(xiàn)高產(chǎn)高效的目的，將支護強度設計為0.8 MPa，經(jīng)式（1）計算后，得出所需的工作阻力：

式中：P為液壓支架的工作阻力；Qz為液壓支架的支護強度，取0.8 MPa；Lk為液壓支架的控頂距離，取0.34 m；Ld為液壓支架的頂梁長度，取4.85 m；B為液壓支架的中心距離，取1.5 m。經(jīng)計算，液壓支架的工作阻力為6 228 kN。

綜上所述，所選型液壓支架的參數(shù)如表2 所示。

表2 液壓支架參數(shù)

4 綜采工作面輸送機的高產(chǎn)高效配套

刮板輸送機的配套原則主要有兩點。第一點為刮板輸送機的運輸能力與采煤機的采煤機能力相匹配，一般相對采煤機留有1.1 倍的余量；第二點為刮板輸送機作為液壓支架推溜、移架的輔助設備，其需與液壓支架相配套。

結(jié)合液壓支架的參數(shù)，選用刮板輸送機的型號為SGZ900/750，該型號刮板輸送機的關(guān)鍵參數(shù)如表3 所示。

刮板輸送機確定后，與其相配套的輔助設備有轉(zhuǎn)載機、錘式破碎機和自移裝置[4]。根據(jù)所選型刮板輸送機的參數(shù)，得到其輔助設備的型號及參數(shù)如表4 所示。

表3 SGZ900/750 刮板輸送機參數(shù)

表4 輸送機輔助設備參數(shù)

自移裝置ZY-3000 皮帶寬度為1 200 mm，小車行程為3 000 mm

5 應用效果

高效高產(chǎn)采煤效率是煤礦企業(yè)生產(chǎn)的主要目標。因此，為工作面設計相匹配相配套的回采工藝是十分有必要的。煤炭綜采設備的選型為采煤工藝的實施的關(guān)鍵，尤其確保所選型設備與工作面相匹配[5]。經(jīng)實踐表明，基于上述選型思路所選的液壓支架、刮板輸送機及其輔助設備的應用效果總結(jié)如下：

1）液壓支架在應用時整體受力情況良好，維修方便，能夠有效降低作業(yè)人員的勞動強度，且具有較高的移架速度和推溜速度，從而提升了工作面的放煤速度。

2）所選型刮板輸送機在實際生產(chǎn)中應用證明其質(zhì)量是非常可靠的，且煤炭最高運輸量為200 169 t，與其相配套使用的轉(zhuǎn)載機、破碎機以及自移裝置均能夠充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力，具備年產(chǎn)量在500 萬t的生產(chǎn)能力。