辛置煤礦2-211綜采工作面設計

王琦

（蘭花科技創業股份有限公司望云煤礦分公司，山西 晉城 048400）

1 煤礦概況

辛置煤礦2-211工作面地面位于洪洞縣境內，北面距上跑蹄村約340 m，南面距小二洼約1 600 m，東面距跑蹄工業廣場約1 200 m，西南面距南溝村1 500 m；地表多為平原、陡坎，無任何建筑物,黃土覆蓋平均厚度266 m，基巖平均厚度134 m。工作面所采2號煤層，煤層穩定，傾角范圍2°～6°，平均為4°；煤層平均厚度4.1 m，煤層結構1.51（0.3）0.83（0.15）1.31。該煤屬于肥煤，容重1.35 t/m3。工作面絕對瓦斯涌出量0.73 m3/min，相對瓦斯涌出量0.28 m3/t，為低瓦斯煤層；煤塵具有爆炸性，煤層自燃等級為Ⅰ級。

2 采煤方法及回采工藝

2-211工作面采用走向長壁后退式綜采一次采全高采煤方法。采用雙滾筒采煤機自開缺口，工作面兩端頭斜切進刀，刮板輸送機運煤，支撐掩護式液壓支架支護頂板，全部跨落法處理采空區[1]。

2-211工作面采用一次采全高的采煤方式。工藝流程為割煤、裝煤→運煤→移架（端頭維護）→推溜→清煤。在割煤時，采用端頭斜切進刀的方式。即采煤機的機頭進入后，要調整整個滾筒的位置，使皮帶輸送機逐漸平行于煤壁，從而有效地運輸煤炭。在采煤機停止后，要調整滾筒的位置，反向切割三角煤，直至將三角煤割完。考慮到切割完成后，煤層底板上會有大量的浮煤不利于工作面機械設備的放置。為此，需要根據浮煤的量采用人工的方式進行清理。在進行支護頂板時，要及時地對支架進行操作。待工作面切割完成后，要收回支架伸出的掩護梁。為了控制煤壁片幫對開采的影響，要嚴格控制掩護梁與煤壁的距離。通常情況下，輸送機要滯后工作面煤壁20 m，以保證輸送機彎曲段的曲率大于20 m。

2-211工作面掘進、回采期間原煤運輸主要采用膠帶運輸機從工作面轉運至地面煤倉。具體運煤路線如下：2-211工作面SGZ1000/1400型中雙鏈可彎曲刮板輸送機→PCM-110型破碎機→SZZ-1000/132型轉載機→SDJ-1000/160×2膠帶輸送機→3310二采區皮帶巷→310水平皮帶巷→南區煤庫→540大巷→出井。

2-211工作面掘進、回采期間所使用設備、材料的運輸主要采用絞車、大巷電機車轉運至工作面。具體輔助運輸路線如下：地面→540大巷→南區副暗斜井→450大巷→310副暗斜井→310大巷→310二采區軌道巷2-211工作面。

工作面掘進、回采期間工作人員通過立井罐籠、乘坐大巷人車、步行等方式入（升）井作業。具體行人路線如下：井上→跑蹄立井→6號站臺→310二采區軌道巷→310二采區皮帶巷→2-211工作面。

3 綜采工作面設備的選型及安裝

3.1 設備的選型

根據工作面條件和回采工藝的要求，結合我礦生產實際情況，設計選用MG650/1630-WD采煤機，其主要參數：采高2.2～4.2 m，截深800 mm，普氏硬度（f）≤4，煤層傾角≤35°。根據工作面頂底板巖性、底板比壓、煤層厚度及有關生產資料，工作面支護選用ZY9000/24/45型掩護式液壓支架，其主要參數：支撐高度2.4～4.5 m，支架寬度1.66～1.86 m，支架初撐力7 916 kN（31.5 MPa），支護強度1.06 MPa，移架步距800 mm。支架布置：工作面長168 m，總共需要安裝支架112架。

支架承壓力計算[2]：

式中：ρn為額定支護強度下限kN/m2；Hm為煤層最大采高，取4.28 m；Lp為基本頂周期來壓步距，取14.6 m；Bc為控頂寬度(端面距加頂梁長度)，取5 385 mm；N為充填系數（直接頂厚度/采高=5/4.1=1.22）。

經過計算，液壓支架的額定支護強度ρn=729.9 kN/m2=0.73 MPa。查看支架技術特征表得出，工作面所需支架實際支護強度小于選用液壓支架的額定支護強度（0.93 MPa）。

根據工作面所選采煤機的技術參數選用SGZ1000/1400型刮板輸送機1部。根據工作面推進長度和循環產量選用SJJ1000/160×2型1部，SDJ-1000/2×90型3部，安裝于工作面皮帶順槽。根據工作面循環產量，選用SZZ-1000/375型轉載機。

3.2 設備的安裝

液壓支架、采煤機、系列車、轉載機、刮板輸送機、皮帶輸送機等設備運輸路線為：地面→540大巷→南區副暗斜井→450大巷→310副暗斜井→310軌道→二采區軌道巷→2-211工作面安裝點。

在進行設備安裝時，要根據工作面巷道周圍情況，選擇合適的機電設備運輸方式。對于大型機電設備要拆開后運輸，例如液壓支架、采煤機等。而對于小型機電設備，則可以整體運輸。

根據工作面布置狀況及工作面運輸路線，整個工作面的設備安裝順序為先安裝轉載機、膠帶輸送機，工作面回采側幫安工作面運輸機，運輸機側后安支架，運輸機上安采機。安裝液壓支架時，第一架緊靠回風順槽回采煤壁一幫布置，逐架沿切眼依次排列安裝，直至皮帶順槽。電氣設備距工作面為50 m，設備列車之間采用硬連接，其間配電點電纜吊掛選用單軌吊鉤。兩巷超前維護各20 m，使用DZ-3.5（4.2）單體支柱。

運輸機長度、位置的確定：①工作面運輸機伸出切眼的距離，應附合與轉載機搭接長度要求；②運輸順槽內各設備的安裝關系：即順槽內設備中線確定以后，應符合設備最突出部分與支護間的安全間隙，非行人側不小于0.5 m，行人側不小于0.8 m；③與運輸機相配套的液壓支架和其它形式配合的支護形式；應保證對工作面兩端頂板的有效控制與支護，根據SGZ-1000/1400運輸機的有關參數，工作面運輸機總長度170 m。工作面運輸機頭、機尾分別在皮帶順槽、回風順槽中的位置。為了保證工作面能自開缺口，便于皮帶順槽內留有足夠的人行道，工作面運輸機頭端線與轉載機中線相距100 mm，據此排列運輸機，機尾超出回風順槽邊線500 mm。

液壓支架組數的確定：根據SGZ-1000/1400運輸機、采煤機、液壓支架三者的尺寸配合關系，結合回采過程中對工作面頂板的控制程度，本工作面采用ZY9000/24/45型液壓支架，按照每節運輸機標準中間槽連接1道支架，機頭、機尾過渡槽上各連接2道，機頭、機尾各連接1道的原則，工作面共需安裝26/96架支架。

轉載機長度確定：工作面采用SZZ-764/132型轉載機，全長約37 m，運輸機頭端線距轉載機中線100 mm，轉載機尾鏈輪軸線距運輸機中線930 mm。

皮帶機長度的確定：根據工作面現狀，運輸順槽采用SDJ-1000/160×2型膠帶輸送機。

4 工作面實際需要風量計算

根據2-211臨近工作面的回采過程以及掘進過程中瓦斯的涌出情況，預計2-211工作面在回采過程中瓦斯絕對涌出量最大為0.58 m3/min。工作面通風方式采取U型通風系統，即皮帶順槽進風，回風順槽回風。新鮮風流線路:跑蹄進風井→310水平皮帶巷→二采區皮帶巷→2-211運輸巷→2-211工作面。乏風流線路：2-211工作面→2-211回風巷→2-211回風巷回風聯巷→二采區回風巷→310水平回風巷→跑蹄回風井。

4.1 根據氣象條件需要風量計算[3]

式中：Qc為采煤工作面實際需風量，m3/min；Vc為采煤工作面所需的基本風速1.0 m/s；為采煤工作面的平均斷面積，15 m2；Kcg為采煤工作面采高調整系數，工作面采高4.1 m，取1.2；Kcmc為采煤工作面長度調整系數，工作面長45 m和170 m分別取0.8和1.2。

經計算，當工作面Ⅰ切為45 m時測算風量Qc=824 m3/min。

4.2 根據瓦斯絕對涌出量計算

式中：qc為經過瓦斯抽采后，剩余瓦斯絕對涌出量，預計0.58 m3/min；KCH4為瓦斯涌出不均衡系數，1.8。

根據采煤工作面的瓦斯涌出量計算得到所需的風量為Qc=130.5 m3/min。

4.3 根據二氧化碳涌出量計算

式中：QCO2為二氧化碳涌出量，預計為2.4 m3/min；KC02為瓦斯涌出不均衡系數，取1.0。

根據二氧化碳涌出量計算得到所需的風量為Qc=240 m3/min。根據上述計算結果取最大值，確定2-211工作面Ⅰ切配風量不小于824 m3/min。

4.4 風速驗算

式中：Vx為工作面最低風速，m/s；Ld為工作面最大控頂距，5.385 m；Hd為工作面最大采高，4.1 m。

經過計算Vx＝0.62 m/s，大于規定的0.25 m/s。所以巷道的最小風速符合規定。

式中：Vd為工作面最高風速，m/s；Hx為工作面最小采高，取3.9 m；Lx為工作面最小控頂距，4.585 m。

經過計算Vd＝0.78 m/s＜4 m/s,符合規定。

經驗算2-211Ⅰ切配風量在844 m3/min時，風速符合規定，能滿足通風要求。

5 采掘過程中的安全技術措施

工作面采用ZY9000/24/45液壓支架支護頂板，采空區頂板隨著支架前移自行垮落。

當機尾、機頭端頭支架距幫大于1.2 m時，在原有超前支護的基礎上，加打點柱的形式進行支護，采用DZ-35型單體柱單梁單柱或一梁兩柱進行支護，梁規格為1.2 m的小梁，梁垂直與頂板布置，柱、排距0.8 m，頂板壓力大或頂板破碎時可調整支柱間距為0.6 m，且所有支柱初撐力達11.5 MPa以上，必須留有0.8 m以上的行人寬度。

運輸巷、回風巷超前維護距離規定：運輸巷、回風巷從工作面煤壁起向外20 m內支設雙排支柱，支設后保證行人寬度不小于0.8 m，單體柱距轉載機擋板0.3 m，柱距1.0 m，破碎機處（煤柱側）可采用貼幫柱進行支護。超前內單體柱均支于小梁距梁頭0.3～0.6 m處，且保持一條直線，超前所有支柱進液閥朝向老山側。超前支護距離可根據現場巷道頂板情況適當延長超前支護長度。貼幫柱小梁一端余長小于0.2 m時，采用直接在頂板上支設。

封口柱采用0.6 m的小梁配合采用DZ-32型單體柱支設雙排單梁單柱進行支護，小梁與巷道平行支設，第一排柱距0.3 m，第二排柱距0.6 m，排距0.6 m。當上、下隅角懸頂大于2×5（m2）時，采用及時回撤頂、幫托板或支設密集支柱切頂，柱距0.3 m，封口柱支在距支架頂梁切頂線0～0.6 m處，且必須掌握2°～3°迎山角度，迎山要有力。（運輸巷封口柱可滯后切頂線0.6 m）。最大控頂距5 385 mm，最小控頂距4 585 mm。

初次來壓頂板管理：①初次開采期間，班長、安全員，老工人要注意觀察頂板動態，發現來壓預兆，立即將工作面內人員撤出，待頂板穩定后，再進入工作面并由外向里逐架檢查支架情況，如發現支架歪扭，處理好后再進行正常工作；②泵站壓力不低于30 MPa，支架初撐力達到25.2 MPa；③在來壓前,支架伸縮梁前部兩側打2根單體支柱,進行輔助支撐,以提高本架的抗壓能力；④初采期間，成立以生產礦長為首的頂板管理領導組，加強頂板管理。

6 結語

在煤礦綜采工作面設計時，對機電設備進行合理的選型及合理的風量分配十分重要。本文結合了辛置煤礦2-211工作面的實際情況，重點分析了工作面一些關鍵設備的選型，主要是液壓支架設備。對工作面開采時所需的風量進行了計算，并對風速進行了校驗。校驗結果發現，工作面風量在844 m3/min時，風速符合規定，符合煤礦開采的要求。