機械化回采工藝及設備安裝技術研究

孫國強

（山西焦煤集團有限責任公司屯蘭礦， 山西 古交 030200）

引言

近年來，隨著綜采工作面開采技術及綜采設備自動化水平的不斷提升，煤炭生產能力不斷增加，目前煤炭開采正處于從賦存條件較好煤層轉換為大傾角復雜難采煤層的階段[1]。為了繼續保持或提升復雜難采煤層的開采效率和安全性，需從根本上解決開采技術問題。本文將針對復雜難采煤層對回采工藝和設備安裝技術進行研究。

1 工程概況

經探測可知，屯蘭礦井總煤層厚度為80～100 m，共有可開采煤層七層，七個煤層中主要開采煤層為1 號、4 號、6 號煤層，其余 2 號、3 號、5 號以及 7 號煤層結構不穩定，在實際開采中存在尖滅的情況。本文以屯蘭礦1 號煤層為例開展研究，該煤層的走向長度為670 m，其中傾斜工作面的長度為85 m 且傾斜工作面與水平工作面的傾角為33°，煤層的平均厚度為39°，煤質較弱。1 號煤層工作面的頂底板情況如表1 所示。

目前，屯蘭礦針對1 號煤層的開采進度處于回采階段。經探測，1 號煤層回采階段可供開采煤炭的總量為63.82 萬t，估計需0.88 a 完成開采任務。在實際開采中瓦斯的絕對涌出量為14.04 m3/min，瓦斯的相對涌出量為10.17 m3/t。

2 機械化回采工藝的應用技術研究

所謂綜合機械化回采指的是將回采工藝與機械化開采設備聯合起來的開采手段。綜合機械化回采工藝具有產量高、開采效率高、作業人員勞動強度低、煤炭損失量小等優勢[2]。總的來說，1 號煤層工作面的地質條件相對簡單，具備應用機械化回采工藝的特點，即說明1 號煤層工作面具備應用機械化回采工藝的能力。本節將結合機械化回采工藝的特點及1 號煤層工作面的實際條件完成回采工藝的設計。

表1 1 號煤層工作面頂底板情況

2.1 回采巷道的布置

屯蘭礦井目前以立井開采為主，共包含有三個井筒，分別為主井、副井和回風井。其中，主井和副井為進風，回風井為回風。整個礦井的通風方式為中央并列式[3]。結合礦井的整體布局、工作面長度、煤層傾角等參數將回采巷道的整體布置設計如圖1 所示。

如圖1 所示，回采巷道處于-400 m 和-600 m之間，中間包含了軌道下山、膠帶機以及回風巷道等；其中，軌道下山巷道與回風順槽和運輸順槽巷道相通；膠帶機下山巷道與運輸順槽相通，從而實現了整個工作面生產系統的設計。

圖1 回采巷道布置圖

2.2 回采巷道的支護設計

礦井回采巷道的斷面形狀為半圓拱形狀，巷道的寬度為4.2 m，巷道的高度為3.2 m。結合常規回采巷道的支護形式及該斷面的巖層特性擬采用錨桿+錨索聯合支護手段對其斷面進行支護，現對具體支護參數進行闡述。

錨桿支護參數：錨桿直徑為20 mm，錨桿長度為2 500 mm，間距為800 mm，排間距為800 mm。

錨索支護參數：錨索直徑為15.4 mm，錨索長度為6 000 mm，錨索間距為2 000 mm，錨索排間距為800 mm。

錨桿+錨索支護的基礎上，采用網格規格為50 mm×50 mm，總長度為6 000 mm，總寬度為1 000 mm 的金屬網對其進行強化支護。此外，本方案中的錨桿和錨索均采用樹脂錨桿進行錨固。

2.3 綜采工藝參數的設計

針對礦井的回采任務，采用“三八”工作制度，其中兩班為正常生產，另一半為檢修班。具體回采工藝流程如下：采煤機在下行割煤的過程中對應液壓支架的前梁和護幫板伸出；下行割煤結束后調節采煤機滾筒高度開始上行采煤，并對底煤進行清理，與此同時，對應液壓支架的護幫板收回并完成移駕操作[4]。結合屯蘭礦其他開采煤層的設備選型，為1 號煤層工作面配置的設備如表2 所示。

表2 機械化回采設備配置與參數

3 機械化回采設備的安裝

結合實際生產的設備需求，對1 號煤層工作面安裝的回采設備包括有端頭支架（1 組）、基本液壓支架（33 架）、刮板輸送機（1 臺）以及采煤機（1 臺）。回采設備安裝之前需通過運輸巷道將待安裝的設備運輸至工作面，并按照標準安裝順序完成安裝任務[5]。

回采設備的運輸路線：將待安裝的回采設備在地面進行分解，通過副井的罐籠經大巷、立井車場、回風順槽等巷道運輸至開切眼工作面。

回采設備的安裝順序：將工作面的切眼貫通，并對巷道的兩幫進行拓寬，按照安裝液壓支架-刮板輸送機-采煤機的順序分別進行安裝；“三機”安裝完成后進行調試運行后即可投入生產。液壓支架相比采煤機和刮板輸送機安裝過程復雜，本節著重對液壓支架的安裝過程進行闡述。液壓安裝需經歷地面裝車、邊界上山轉彎處支架運輸、支架硐室組裝、開切眼支架調轉等過程。

地面裝車是液壓支架在工作面安裝的準備工作，1 號煤層工作面將地面支架裝車分為兩隊，將液壓支架分解為三部分，并按照液壓支架頂梁、底座、立柱、尾梁的順序對液壓支架進行安裝。

邊界上山轉彎處液壓支架零部件的運輸效率直接決定整個液壓支架的安裝效率。結合本工程，從-473 回風順槽至-522 回風順槽的路況相對復雜，中間存在多個S 巷道，且巷道的傾斜角度過大。因此，針對上述路線的運輸應始終保持鋼絲繩與平板車的垂直，采用慢放急停的原則對鋼絲繩進行下放。鑒于綜采工作面空間小，一般在支架硐室對液壓支架進行組裝，再將其運輸至工作面。

開切眼支架調轉為液壓支架安裝難度系數最大的過程，將在支架硐室組裝好的液壓支架采用兩臺絞車運輸。其中一臺絞車的主要任務是牽引液壓支架，另一臺絞車的主要任務是松車。

綜上所述，可將液壓支架的安裝技術歸納如圖2 所示。

圖2 液壓支架安裝示意圖

4 結語

機械化回采工藝具有產量高、開采效率高、作業人員勞動強度低、煤炭損失量小的優勢，為解決大傾角復雜煤層開采效率低、回采率低以及勞動強度大的問題。本文以1 號煤層為例，將機械化回采工藝應用于其實際開采中，對-400 m 至-600 m 巷道之間的巷道進行布置，并采用錨桿+錨索支護方式對運輸順槽進行支護。此外，結合1 號煤層工作面的實際情況，對其液壓支架的關鍵安裝過程中的地面裝車、邊界上山轉彎處支架運輸、支架硐室組裝、開切眼支架調轉等過程進行具體設計，為提升1 號煤層的開采效率和安全性奠定基礎。