正規循環快速推進法在三軟煤層工作面的應用研究

羅新旗

（晉能控股煤業集團鄂爾多斯礦業投資有限公司 內蒙古 鄂爾多斯 017000）

色連煤礦井田面積35.74平方公里，共有可采煤層9 層，主采煤層5 層，屬侏羅紀煤層，以不粘煤為主，長焰煤次之。礦井核準生產能力500 萬t/年，服務年限55.2年。開拓方式為斜井、立井混合開拓，采用中央并列式通風系統，機械抽出式通風方法。礦井瓦斯等級鑒定為低瓦斯礦井，煤層自燃傾向性屬I 級容易自燃煤層，水文地質條件為中等。

礦井目前主采2-2 上煤層，所采工作面煤層普氏系數為1～2，屬于軟煤層。頂底板巖性均為砂質泥巖或泥巖類軟弱巖層，抗壓強度為20 MPa，普氏系數一般為2，抗壓強度很低，平均在30 MPa 以下，抗剪與抗拉強度則更低，砂質泥巖類吸水狀態抗壓強度明顯降低，飽和吸水狀態抗壓強度為零，多數巖石遇水軟化后變形，甚至崩解破壞，屬于典型的“三軟”煤層。因此探索軟巖條件下綜采工作面科學正規循環作業快速推進技術，對建設高產高效礦井具有重要的現實意義[1]。

1 工作面概況

2-2上8101工作面傾向280 m，可采走向1 780 m，煤層厚度3.7 m，傾角0°～3°；工作面采用大采高一次采全高綜采，支架型號ZY11000/25/50D，走向長壁采煤法，使用雙滾筒采煤機割煤，沿底板后退式回采，循環進尺0.8 m，周期來壓步距10 m～12 m，用自然垮落法管理采空區頂板。在回采范圍內沒有較大的地質構造，對回采影響較小。設備配套情況如表1所示：

表1 8101綜采工作面設備配套情況

2 科學正規循環快速推進法關鍵技術研究

正規循環作業是根據采煤工作面的生產過程，配備一定的工種及定員，在規定的時間內按質、按量、安全地完成既定任務，并保證周而復始地、不間斷地進行采煤的作業方法。探索科學的循環作業、優化作業工序、加強勞動組織是綜采工作面高產高效的重要措施[2]。

2.1 人員配備

綜采隊機構設置，在冊75 人，隊長1 人，副隊長4人（安全、技術、生產、機電副隊長各1 人）。材料員1人，地面焊工1人。

2個生產班各19人，檢修班30人。其中生產班每班出勤18 人，跟班隊長和班長各1 人，采煤機司機2人，運輸機司機2 人，轉載機司機1 人、皮帶司機1 人、支架工3 人，推溜工1 人，收護幫板1 人，拉超前支架1人，移動列車（值班電工）1 人，回撤超前支護（關門支柱）3 人；檢修班每班出勤26 人，跟班隊長1 人、班長2人，采煤機組2 人，三機組4 人、皮帶組3 人、液壓組6人、電工組6人、其他雜工2人；準備隊出勤8人。

2.2 支架移架和采煤機運行速度的確定

2.2.1 支架移架速度

經過對8101綜采工作面移架現場實際測量表明，支架在移動過程中，其移架時間也不是一個固定值，是一個隨機變量，服從正態分布，并且在移動過程中，其移動速度也符合正態分布。通過對8101 綜采工作面大量的數據統計，移架速度的正態分布均值為3.73 m/min，方差為0.53，說明綜采工作面支架的移架速度在合理的波動范圍之內，且操作人員能熟練地掌握移架作業工序。

2.2.2 采煤機運行速度

影響采煤機運行速度主要的兩個因素是刮板輸送機的負荷和采煤機的負荷[3]，下面根據現場收集到的數據對其進行論證。

（1）按刮板輸送機電機負荷論證

色連一礦刮板輸送機額定電流230 A，根據現場觀測，采煤機運行速度超過15 m/min時，刮板輸送機電機電流接近額定電流，如遇片幫刮板輸送機即會出現超額定電流運行狀況，甚至出現過載保護啟動現象。

根據現場生產實際，刮板輸送機負荷允許采煤機達到的最大速度約在15 m/min～17 m/min之間，現取最小值15 m/min，大于采煤機實際最大運行速度10 m/min，發揮了最大能力的67%。

（2）按采煤機負荷論證

色連一礦采煤機額定電流450 A，根據現場觀測，采煤機運行速度在15 m/min 時，采煤機電流達420 A左右。根據現場生產實際記錄分析，采煤機負荷允許采煤機達到的最大速度約在16 m/min～20 m/min之間，現取最小值16 m/min，大于采煤機實際最大運行速度10 m/min，發揮了最大能力的62.5%。

由圖1分析可知，當采煤機正常割煤期間，速度大于9 m/min 時，刮板輸送機電流開始迅速升高；速度達到15 m/min以上時，過貨量較大，刮板輸送機將會頻繁出現過載保護現象。當采煤機正常割煤期間，速度大于13 m/min 時，采煤機電流開始迅速升高；速度達到16 m/min以上時，采煤機負荷較大，采煤機將會頻繁出現過載保護。

圖1 采煤機速度與刮板輸送機電流負荷和采煤機負荷的關系

綜合上述論證，為保證采煤機正常平穩運行，其運行速度應≤9 m/min。

2.3 正規循環進度的確定

礦井核準產能500萬t/年（精煤），按洗耗23%計算約原煤650 萬t/年。考慮到每月原煤倉清倉（3 天～4天）、銷售不均衡（3天～4天）、機電設備故障（2天）、全礦大型設備月度大檢修（1 天）等不可預測因素的影響，綜采工作面正常生產時間約為20 天，減去掘進煤量，月均產量須達50萬t，日均產量2.5萬t。工作面每刀煤量1 400 t，計算可得圓班循環17.8 刀，取整數18刀/天。

色連一礦正常生產組織采用“三八制”，兩個半班生產，半個班檢修，通過上述參數確定：生產班每班8刀，檢修班2刀，合計全天18刀，扣除30 min文明生產和交接班時間，每個生產班正規循環計劃割煤8刀，綜采工作面一刀煤的主要工序大約須控制在58 min 左右。其工藝過程為：工作面尾部斜切入刀→采煤機正常割煤→返空刀→拉移支架→推移工作面運輸機→斜切入刀。工作面正規循環作業如圖2所示。

圖2 工作面正規循環作業圖

2.4 正規作業循環工序及勞動組織

（1）斜切進刀：采煤機從端頭開始，以5 m/min左右速度斜切進刀0 m～40 m（1#～22#），再回頭割透三角煤，需12 min，然后采煤機以9 m/mim 速度走空刀掃浮煤40 m，需5 min，完成端頭斜切進刀大約需要17 min，期間拉移端頭支架、推移溜頭。端部斜切進刀期間工作面崗位分布圖如圖3所示：

圖3 端部斜切進刀期間崗位分布圖

（2）直線段：根據采煤機最大運行速度和能力，運輸機運輸能力和破斷力，轉載機破碎機能力，順槽皮帶能力。綜合確定采煤機在不同位置運行速度。直線割煤期間工作面崗位分布圖如圖4所示：

圖4 直線割煤期間崗位分布圖

40 m～140 m(22#～80#)，采煤機速度 9 m/min，用時11 min；

140 m～210 m(81#～120#)，采煤機速度8 m/min，用時9 min；

210 m～280 m(121#～164#)，采煤機速度7 m/min，用時10 min。

期間，1 名支架工在采煤機前方負責收護幫板、3名支架工滯后采煤機頂滾筒3 架～5 架距離追機移架、一名推溜工滯后采煤機35 m 推溜并找直、1 人負責打開護幫板。

（3）轉載機自移工序與推移刮板輸送機機頭同步、協同操作，與割煤、移架及推溜等工序平行作業。

ZY2700 型裝置自移工序必須將工作面全部設備停機操作，且須班組長、轉載機司機，機頭刮板輸送機司機等配合進行，主要作業順序：膠帶輸送機中間部的拆除→ZY2700 型自移裝置的自移→膠帶輸送機中間部外運，此工序需6 min。自移尾自移期間崗位分布如圖5所示。

圖5 自移尾自移期間崗位分布圖

（4）超前支護及切頂柱操作工序：端頭切頂柱回撤與打設可與割煤工序平行作業，但必須要在拉移該處的液壓支架之前進行回撤。進回、風巷超前單體支護的回撤采用遠距離回柱法，該作業嚴禁與刮板輸送機頭或尾的移動以及頭、尾10 架支架的移架、轉載機的拉移和機組頭、尾斜切進刀等工序平行作業。超前支護遠端的支設可與其它工序平行作業。端頭超前支護的回撤工序時間5 min。超前支護及切頂柱操作期間崗位分布如圖6所示。

圖6 超前支護及切頂柱操作期間崗位分布圖

以上為綜采工作面一刀煤的主要工序，大約用時58 min，一天18刀，日產2.52萬t。

3 科學正規循環快速推進法的優點

本礦探索總結出的大采高科學正規循環快速推進法，推進速度快，工作效率高，工作強度低，能有效提高綜采工作面單產水平，具有良好的推廣應用前景[4]。具體來說：

（1）推進速度快，安全性好，便于頂板管理。在“三軟”煤層工作面，周期來壓步距短，兩巷懸板緊跟工作面。采用截割方向為端頭斜切進刀的割煤循環方式，采煤機頂刀截盤割落的大塊煤在其自重的作用下向下滑落，采煤機司機及其他工作人員在采煤機后面，從而減少了采煤機頂刀截盤割落的大塊煤滑落傷其后工作人員的事故發生，尤其是眼睛的多發性事故的發生。這樣采煤機司機保證了人身安全，能夠超前操作，及時調整，有利于工作面頂底板管理和開機率的提高。

（2）可以保證質量、提高產量。采用科學正規循環雙向割煤較單向割煤循環時間少，即使是相等，雙向割煤的循環進度也較單向割煤的循環進度大，保證了單位循環質量，提高了產量[5]。

（3）可以有效提高開機率。采用正規作業循環雙向割煤的方式，采煤機割煤不受支架拉移與機頭、機尾、轉載機拉移時間的制約，采煤機能夠連續作業，提高開機率。

（4）崗位分布明確，便于生產管理。正規作業循環雙向割煤各工序層次分明，銜接緊密，能充分發揮各工種平行作業水平，工作人員忙而不亂，有條不紊，減輕了工人勞動強度，提高了各工序的工作質量，減少了窩工現象，有利于生產管理。

4 結論

科學正規循環快速推進法，是提高綜采工作面單產水平的重要途徑，創造了8101綜采工作面正規循環時間58 min，日割煤18刀，日產2.52萬t的記錄。該快速推進法通過優化各工序的移架和采煤機牽引速度、精心組織人員，并明確工作面各崗位分布及職責，加強設備檢修，嚴格保證執行正規循環作業，節約了大量生產成本，有效實現了綜采工作面高產能高效率生產，是目前發展的主要趨勢之一。