機械化采煤工藝參數及設備選型研究

郭明飛

（山西新景煤業有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

回采率為對煤礦開采考核的主要指標之一，同時高回采率也是避免煤炭資源浪費的主要措施之一。前期，由于煤礦回采工藝和綜采設備的能力存在一定的制約性，導致類似于薄煤層被直接放棄，造成對煤炭資源的浪費[1]。為此，本文針對薄煤層綜采工作面提出了相應的開采技術，在完成工作面合理有效支護的基礎上采用高效的采煤工藝，并為其配套高效的設備對薄煤層進行開采，對煤礦的可持續發展具有重要意義。

1 82203 綜采工作面工程概況

82203 綜采工作面所屬煤礦的設計能力為45 萬t/年，目前可開采的煤層包括有2 號、3 號、12 號以及14 號煤層。本文對其中的14 號煤層，即82203 工作面的薄煤層開展研究，該工作面的煤層的厚度范圍為0.80～4.87 m，對應煤層的平均厚度為2.87 m。總的來講，82203 綜采工作面煤層的結構相對穩定。82203 綜采工作面的頂底板地質條件如表1 所示。

表1 82203 綜采工作面頂底板地質條件

除上述參數以外，82203 綜采工作面瓦斯的絕對涌出量為0.23 m3/min，二氧化碳的絕對涌出量為0.32 m3/min。總的來講，82203 綜采工作面巷道頂板處于裂隙發育狀態，且相對松軟容易破碎。但是，82203 綜采工作面受到其地質的較小的斷層、小褶曲以及陷落柱的影響，導致針對該工作面薄煤層的開采時其開采效率受到極大的影響[2]。

2 工作面開采方案及巷道支護研究

本小節重點為后續82203 綜采工作面薄煤層開采工藝的設計奠定基礎，重點從工作面巷道布置和支護兩個方面開展研究。

2.1 82203 綜采工作面開采方案

鑒于82203 綜采工作面的14 號煤層可分為14-1 號和14-2 號煤層，其煤層間距從0～8 m 跨度較大。而且，經現場勘測主要分為0～1 m 和1～8 m 兩種情況。當煤層間距范圍在0～1 m 之間時，由于兩個煤層距離過近，導致開采上層煤層時對應下層煤層開采時頂板管理難度較大[3]。因此，對于煤層間距在0～1 m的情況，可采用煤層合層開采方案，如圖1 所示。

圖1 近距離煤層合層開采方案

采用如圖1 所示的開采方案可將上下煤層看為一個整體進行開采，可有效克服薄煤層開采的特點，從而解決了薄煤層開采困難的問題，極大地提升了煤礦的開采效率，降低煤炭開采成本。但是，采用該種方案會產生大量的矸石（兩煤層之間的矸石），為后續煤炭洗選增加工作量。

當煤層間距為1～8 m 時，采用單一煤層開采方案，其對應的方案如圖2 所示。

采用如圖2 所示的單一煤層開采方式，有效避免了上層煤層開采時對下層的影響，即上層煤層開采完畢后才對下層煤層的巷道進行掘進、開采等工作。但是，采用單一煤層開采方案明顯增加了巷道掘進的工作量，增加了煤礦生產成本[4]。

圖2 單一煤層開采方案

綜上，對于工作面間距較小的煤層采用煤層宜合層開采方式，而對于工作面間距較大的煤層采用單一煤層開采方案。

2.2 巷道的支護設計

巷道的有效支護是保證工作面高效、快速、安全生產的基礎，在上述開采方案的基礎上針對運輸巷道、回風巷道以及開切眼斷面分別結合其頂底板情況設計對應的支護方案，具體支護方案如表2 所示。

表2 82203 工作面各巷道支護方案

3 采煤工藝及設備選型

3.1 采煤工藝參數的設計

本工程采用雙滾筒采煤機對工作面進行機械化開采，其進刀方式為三角煤端部斜切進刀方式（截割煤）。為提高裝煤效率，本工程采用反裝滾筒的方式進行裝煤，具體為在左搖臂上安裝右旋滾筒，在右搖臂上安裝左旋滾筒，反方向將煤炭甩進刮板輸送機（裝煤）。本工程采用傳統的原煤方式，由刮板輸送機-裝載機-帶式輸送機運煤[5]。

采空區處理為煤礦生產的主要環節之一，本工程采用爆破強制放頂對采空區進行處理。分別設計底層孔和頂層孔，爆破孔的深度均為16 m。

3.2 關鍵設備的選型

關鍵設備為工作面生產涉及的采煤機、刮板輸送機和液壓支架，在理論計算和工作面現場實際考察的基礎上，所選型“三機”的主要參數如表3 所示。

表3 82203 工作面“三機”選型

4 結論

1）針對82203 綜采工作面的實際情況，其14 號煤層工作面包含兩層薄煤層，對于煤層間距在0～1 m的情況采用煤層合層開采方式；對于煤層間距在1～8 m的情況采用單一煤層開采方案。

2）結合82203 綜采工作面的地質條件和煤層特點，設定薄煤層開采工作面長度為150 m，采用雙滾筒采煤機為核心進行機械化開采。為提高裝煤效率，采用反裝滾筒方式進行裝煤，其他工藝與普通機械化開采工藝一致。

3）主要完成采煤機、刮板輸送機和液壓支架“三機”的選型，具體采煤機型號為MG160/360-BWD，刮板輸送機型號為SGZ-630/220，液壓支架型號為ZYB4400/8.5/18。

4）采用上述開采工藝參數及設備支撐下，每月實際開采煤炭量為14 868.3 t，預計年采量可達17.8 萬t。