孫瑞先，劉兆義，顧新澤，石長(zhǎng)坤

(1.徐州礦務(wù)集團(tuán) 張雙樓煤礦，江蘇 徐州221616；2.徐州礦務(wù)集團(tuán)，江蘇 徐州221616)

綜放工作面高效開(kāi)采技術(shù)實(shí)踐

孫瑞先1，劉兆義2，顧新澤2，石長(zhǎng)坤2

(1.徐州礦務(wù)集團(tuán) 張雙樓煤礦，江蘇 徐州221616；2.徐州礦務(wù)集團(tuán)，江蘇 徐州221616)

根據(jù)平朔礦區(qū)的地質(zhì)條件和煤層賦存狀況，對(duì)工作面綜放全套設(shè)備進(jìn)行合理選型，并采用合理的回采工藝，在14109工作面應(yīng)用實(shí)踐，取得了良好的安全和經(jīng)濟(jì)效益，為綜放工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效提供了借鑒。

綜放工作面；設(shè)備選型；回采工藝

PracticeofHigh-efficiencyMiningTechnologyinFull-mechanizedCavingMiningFace

1 工作面概況

平朔井工一礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為10Mt/a。井田面積16.16km2，可采儲(chǔ)量193Mt，服務(wù)年限32.8a。主要可采煤層為石炭系上統(tǒng)太原組4號(hào)煤、9號(hào)煤，煤層賦存穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。

14109綜放工作面為井工一礦太西采區(qū)4煤第4個(gè)工作面，北部為14108工作面采空區(qū)，東部為太西采區(qū)4煤大巷保護(hù)煤柱，南部為14110工作面(未采)，西部為小窯破壞區(qū)。工作面所采煤層為石炭系上統(tǒng)太原組頂部4號(hào)煤層，平均煤厚11.5m，煤層傾角0～5°，煤層堅(jiān)固性系數(shù)f=2～3。工作面走向長(zhǎng)度3000m，傾斜長(zhǎng)度300m，可采儲(chǔ)量12.31Mt。直接頂平均厚5.49m，巖性為中粒砂巖，灰白色，成分以石英、長(zhǎng)石為主，為中等穩(wěn)定頂板。

2 工作面回采工藝選擇

該工作面地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，礦井為低瓦斯礦井，為充分發(fā)揮工作面產(chǎn)能，結(jié)合以往礦井開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，采用走向長(zhǎng)壁放頂煤綜合機(jī)械化采煤工藝，全部垮落法管理頂板。

3 工作面設(shè)備選型

3.1 液壓支架選型

頂板支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算：

式中，P為綜放支架支護(hù)強(qiáng)度，kPa；M1為頂煤厚度，取8.2m；γ1為頂煤密度,1.36 t/m3；M為煤層采高，取3.3m；γ為巖層密度，2.5t/m3；η為頂煤放出率，85%；Kp為矸石碎脹系數(shù)，一般Kp=1.10～1.30，取1.20。

經(jīng)計(jì)算得P=1.11MPa，因此液壓支架支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)不小于1.11 MPa，決定選用ZFY12000/23/40D型電液控放頂煤液壓支架，支護(hù)強(qiáng)度為1.25～1.27MPa，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 ZFY12000/23/40D型支架主要技術(shù)參數(shù)

3.2 采煤機(jī)選型

礦井一井一面組織生產(chǎn)，工作面單產(chǎn)水平不小于10Mt/a，為此，確定工作面日生產(chǎn)量和采煤機(jī)生產(chǎn)能力如下：

工作面日產(chǎn)量計(jì)算公式為：

Ad=A/(W·η)

式中，Ad為工作面日產(chǎn)量，t；A為礦井年產(chǎn)量，10Mt；W為年工作日，330d；η為正規(guī)循環(huán)率，90%。

經(jīng)計(jì)算得Ad=33670t。

3.2.1 采煤機(jī)生產(chǎn)能力計(jì)算

由于工作面是放頂煤開(kāi)采，工作面循環(huán)產(chǎn)量由采煤機(jī)割煤和后部運(yùn)輸機(jī)放頂煤兩部分構(gòu)成，因此，確定采煤機(jī)生產(chǎn)能力首先應(yīng)確定采放比。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第六十八條規(guī)定，采用放頂煤開(kāi)采的工作面，采放比不大于1∶3，結(jié)合礦井開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，采煤機(jī)割煤高度取3.0～3.5m，平均3.3m，放煤高度平均8.2m，采放比3.3∶8.2=1∶2.5，符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。

3.2.2 確定工作面日推進(jìn)循環(huán)數(shù)

工作面日推進(jìn)循環(huán)數(shù)計(jì)算公式為：

N=Ad/(L·M·B·γ·C·η)

式中，N為工作面日循環(huán)數(shù)；L為工作面面長(zhǎng)，300m；M為開(kāi)采煤層厚度，11.5m；B為采煤機(jī)滾筒截深，0.8m；γ為煤炭密度，取1.36t/m3；C為采出率，0.90；η為正規(guī)循環(huán)率，90%。

經(jīng)計(jì)算得N=11，即工作面每天生產(chǎn)11刀，能完成日生產(chǎn)計(jì)劃，確定早班上半班檢修，下半班生產(chǎn)1～2刀，中夜班各生產(chǎn)5刀。

3.2.3 確定采煤機(jī)割煤速度

采煤機(jī)割煤速度計(jì)算公式為：

V=L·N0/(60h·η0)

式中，V為采煤機(jī)平均割煤速度，m/min；L為工作面面長(zhǎng)，300m；N0為工作面班循環(huán)數(shù)，5；h為工作面小班有效作業(yè)時(shí)間，7h；η0為采煤機(jī)開(kāi)機(jī)率，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取60%。計(jì)算得V≈6m/min。

3.2.4 確定采煤機(jī)生產(chǎn)能力

采煤機(jī)生產(chǎn)率計(jì)算公式為：

Q=60K·M·B·V·γ·C0/η

式中，Q為采煤機(jī)生產(chǎn)率，t/h；K為采煤機(jī)生產(chǎn)能力富裕系數(shù)，1.5；M為工作面采煤機(jī)割煤高度，3.3m；B為采煤機(jī)滾筒截深，0.8m。V為采煤機(jī)平均割煤速度，6m/min；γ為煤炭密度，取1.36t/m3；C0為采出率，0.93；η為正規(guī)循環(huán)率，90%。

經(jīng)計(jì)算得Q≈2003t/h，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，通過(guò)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行比選，考慮礦井一井一面組織生產(chǎn)，為提高設(shè)備安全可靠性，決定選用艾柯夫SL750型采煤機(jī)，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

3.3 工作面前部運(yùn)輸機(jī)選型

按照運(yùn)輸能力大于采煤機(jī)割煤能力的原則，工作面前部運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力應(yīng)大于2003t/h，通過(guò)對(duì)運(yùn)輸機(jī)比選，確定前部刮板輸送機(jī)采用型號(hào)為SGZ1000/2×1000，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 SGZ1000/2×1000運(yùn)輸機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.4 工作面后部運(yùn)輸機(jī)選型

考慮頂煤厚度較厚，后部運(yùn)輸機(jī)選型原則是運(yùn)輸能力應(yīng)高于前部運(yùn)輸機(jī)，及時(shí)將頂煤運(yùn)出，不影響采煤機(jī)割煤和移架作業(yè)，同時(shí)減少后部運(yùn)輸機(jī)壓死和發(fā)生其他機(jī)械事故。

確定采煤機(jī)割1刀煤時(shí)間的計(jì)算公式為：

T=L/(V·η0)

式中，T為工作面循環(huán)所需時(shí)間，min；L為工作面面長(zhǎng)，300m；V為采煤機(jī)平均割煤速度，6m/min；η0為采煤機(jī)開(kāi)機(jī)率，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取60%。

T≈83min

確定后部運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力的計(jì)算公式為：

Q0>60L·M1·γ1·η/T

式中，Q0為工作面后部運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力，t/h；L為工作面面長(zhǎng)，300m；M1為頂煤厚度,8.2m；γ1為頂煤密度,1.36 t/m3；η為頂煤放出率，85%；T為工作面循環(huán)所需時(shí)間，83min。

經(jīng)計(jì)算Q0>2056t/h，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有后部運(yùn)輸機(jī)比較，選用后部運(yùn)輸機(jī)型號(hào)為SGZ1200/2×1200，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 SGZ1200/2×1200運(yùn)輸機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.5 轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)選型

按照轉(zhuǎn)載破碎能力大于工作面生產(chǎn)能力要求，轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)輸能力要大于工作面任一設(shè)備最大生產(chǎn)能力，破碎能力大于轉(zhuǎn)載能力，對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)進(jìn)行選型，設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)分別見(jiàn)表5和表6。

表5 SZZ1200/700轉(zhuǎn)載機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表6 PCM400破碎機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.6 膠帶運(yùn)輸機(jī)選型

系統(tǒng)能力通常要大于工作面生產(chǎn)能力，考慮膠帶運(yùn)輸為連續(xù)運(yùn)輸，工作面生產(chǎn)受采煤機(jī)開(kāi)機(jī)率及放頂煤間斷性等綜合因素影響，膠帶運(yùn)輸能力大于工作面日平均生產(chǎn)能力。

膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力計(jì)算公式為：

Q=A·K/(W·N)

式中，Q為膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力，t/h；A為礦井年產(chǎn)量，10Mt；K為不均衡系數(shù)，1.15；W為年工作日，330d；N為日運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，16h。

計(jì)算得Q=2178t/h，因此確定膠帶運(yùn)輸機(jī)型號(hào)為SDJ1400/3×630，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表7。

表7 膠帶運(yùn)輸機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

4 回采工藝及要求

4.1 回采工藝

工作面采用綜采放頂煤回采工藝，一次采全高，機(jī)采采高3.3m，雙向割煤，往返一次割2刀。

煤機(jī)進(jìn)刀方式 采煤機(jī)在工作面前部運(yùn)輸機(jī)端部段斜切進(jìn)刀，進(jìn)刀距離為距端頭30m。

放煤方式 采用1刀1放、專(zhuān)職放煤工雙輪順序放煤，采煤機(jī)割煤1刀，放煤1次，利用放煤支架的后尾梁和插板放煤。

回采工序 采煤機(jī)割煤→移架→推前溜→放煤→清理→拉后溜。

4.2 工藝要求

割煤 采用采煤機(jī)割煤，并自行裝煤。在端部斜切進(jìn)刀，待采煤機(jī)后滾筒進(jìn)窩后，再反向割通端部，再返刀進(jìn)入正常段割煤，往返1次割2刀。

移架 在割煤時(shí)滯后采煤機(jī)后滾筒4～6架進(jìn)行，采取分組追機(jī)移架及時(shí)支護(hù)頂板的方式。當(dāng)頂板破碎或片幫時(shí),能移超前架的提前移超前架，不能移超前架的必須及時(shí)打出支架護(hù)幫板護(hù)頂，并在采煤機(jī)前滾筒割煤后,追機(jī)帶壓擦頂移架，必要時(shí)停機(jī)移架。支架要移成直線，移架步距為0.8m。支架移到位，接頂嚴(yán)實(shí)有力。移架時(shí)不準(zhǔn)停后溜。

推前溜 在采煤機(jī)返刀后，滯后采煤機(jī)15～20m開(kāi)始推前溜，刮板運(yùn)輸機(jī)彎曲長(zhǎng)度不得小于15m，并依次按順序推溜,推移步距0.8m，推移要到位并保持平直。

放煤 由專(zhuān)職放煤工負(fù)責(zé)，采用采放平行作業(yè)、1采1放雙輪順序放煤方式；由2名專(zhuān)職放煤工滯后移架5架開(kāi)始放煤，第1輪放出頂煤的1/3，第2輪放到見(jiàn)矸關(guān)門(mén)，兩輪放煤間距不得少于10架。由于工作面較長(zhǎng)，放煤工必須根據(jù)后溜中的煤量控制放煤速度，工作面同時(shí)放煤點(diǎn)不得超過(guò)2處，防止壓死后溜。

拉后溜 拉后溜在滯后第2輪放煤點(diǎn)15m進(jìn)行。先拉后溜機(jī)尾,在運(yùn)行中依次從機(jī)尾向機(jī)頭拉后溜。刮板運(yùn)輸機(jī)彎曲長(zhǎng)度不得小于15m。拉移步距0.8m。拉移要到位并保持平直，嚴(yán)禁由兩頭向中部或由中部向兩頭拉移后溜，后溜停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不得拉移。

拉移轉(zhuǎn)載機(jī) 工作面每推進(jìn)1個(gè)循環(huán),必須及時(shí)拉移轉(zhuǎn)載機(jī)，不得滯后。

5 回采過(guò)程中要注意的問(wèn)題

(1)放煤時(shí)，若遇大塊煤不易放出，可反復(fù)伸縮插板，并上下擺動(dòng)尾梁使頂煤破碎、充分冒落。

(2)放煤時(shí)要加強(qiáng)煤質(zhì)管理，見(jiàn)矸即停止放煤，保證含矸率及灰分不超標(biāo)。放煤嚴(yán)禁漏架不放，頂煤要放干凈，嚴(yán)禁隨意丟失頂煤。加強(qiáng)頂煤的回收，提高采出率。

(3)應(yīng)嚴(yán)格控制割煤和放煤的速度，確保運(yùn)輸煤量均衡，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

(4)認(rèn)真嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)電設(shè)備“三定四檢”制度?！叭ā奔炊ㄈ恕⒍〞r(shí)和定內(nèi)容，由專(zhuān)人對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期檢修?！八臋z”就是班檢、日檢、周檢和月檢，增大對(duì)設(shè)備的檢查力度，及時(shí)排查消除機(jī)電設(shè)備隱患，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高開(kāi)機(jī)率。

(5)加強(qiáng)對(duì)液壓系統(tǒng)和電液控系統(tǒng)的維護(hù)管理。液壓管路和電液控系統(tǒng)是液壓支架的血管和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。要杜絕跑冒滴漏現(xiàn)象的發(fā)生，保證支架初撐力，能有效控制頂板事故的發(fā)生。同時(shí)，液壓系統(tǒng)和電液控系統(tǒng)時(shí)刻處于完好狀態(tài)，能夠有效提高現(xiàn)場(chǎng)移架、推移前部刮板輸送機(jī)和拉移后部刮板輸送機(jī)的速度，提高生產(chǎn)效率。

6 結(jié)束語(yǔ)

(1)充分利用煤層賦存有利條件，布置長(zhǎng)走向、寬面長(zhǎng)工作面是實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效基礎(chǔ)。

(2)合理選擇工作面設(shè)備配套，選用成熟的電液控技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效的有效途徑。

(3)上下端頭各采用4臺(tái)ZFYG12000/23/40D電液控放頂煤排頭液壓支架，既保障了出口支護(hù)安全，又使工作面運(yùn)輸機(jī)頭和轉(zhuǎn)載機(jī)實(shí)現(xiàn)了快速推移。

(4)放煤步距1刀1放，提高了煤炭采出率。

(5)充分利用優(yōu)良地質(zhì)條件，選用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備，采用合理的回采工藝，大大地提高了生產(chǎn)效率，14109工作面日產(chǎn)平均在38kt以上，平均工效達(dá)370t/工，實(shí)現(xiàn)了安全高效開(kāi)采。

[1]孫兆義.復(fù)雜地質(zhì)條件下綜采工作面回采技術(shù)[J].煤礦開(kāi)采，2009，14(2)：23-24.

[2]劉兆義.特殊條件下短綜采工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的途徑[J].煤炭科技，2008(9).

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[4]車(chē)本方.綜放工作面設(shè)備高效安裝的實(shí)踐與分析[J].山東煤炭科技，2014(7)：49-50.

[5]郭玉峰.全套國(guó)產(chǎn)大采高設(shè)備實(shí)現(xiàn)綜采工作面高產(chǎn)高效技術(shù)研究[J].中國(guó)科技信息，2010(10)：41-42.

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[責(zé)任編輯：王興庫(kù)]

2014-04-22

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.05.012

孫瑞先(1968-)，男，江蘇新沂人，助理工程師，從事煤礦生產(chǎn)與技術(shù)管理工作。

孫瑞先，劉兆義，顧新澤，等.綜放工作面高效開(kāi)采技術(shù)實(shí)踐[J].煤礦開(kāi)采，2014，19(5)：41-43，76.

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