缓斜厚煤层采煤工艺及设备选择方法.pdf

66/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺0 引言缓斜厚煤层煤矿在开采中，受煤层倾角影响，传统采煤工艺在应用时易出现煤炭浪费、采掘接续紧张等情况，不利于保障工作面安装计划完成开采作业。现有研究中大多集中在急斜厚煤层领域，对于缓斜厚煤层则较少研究1。针对此种情况，以某缓斜厚煤层煤矿 4302工作面为研究侧重点，介绍一种适用于缓斜厚煤层的采煤工艺及设备选择方法，对现有研究进行补充完善的同时，确认采煤工艺及设备选择方法的应用价值，为后续其他缓斜厚煤层煤矿采煤工艺及设备选择提供参考。1 工况概况及主要技术问题1.1 工程概况4302 工作面是某缓斜厚煤层煤矿 4#采区的第 2 个回采工作面，其北侧为 4301 工作面采空区，西侧为 F-6断层，东部为 4#采取辅助轨道巷和带式输送机巷。工作面煤层东侧倾斜角为 3 15平均倾斜角为 4，西侧倾斜角为 8 18，平均倾斜角为 13。工作面顶板岩性为细砂岩，局部伪顶岩性为泥岩，底板岩性为泥岩和细砂岩。4302 工作面切眼长度和推采长度分别为 380m 和420m，煤层平均厚度为 2.9m。工作面采煤方法采用单一倾向长壁后退式采煤法，顶板管理采用全部垮落法。1.2 主要技术问题某缓斜厚煤层煤矿 4#采区 4301 工作面施工中沿用传统工作面布置方式，但由于煤层倾斜角较大，使得具体回采过程中存在俯采角度控制精准性不足、设备运行不稳定等情况，最终导致工作面存在煤炭采出率低、煤炭资源浪费严重等情况。另外，由于 4301 工作面生产能力预估不足，使得工作面上配置的带式输送机运输量难以满足生产需求。以上问题的存在严重影响整个 4#采区的开采计划，并导致在 4301 工作面即将完成开采，4302 工作面未回采掘进时出现煤层开采接续紧张情况。为在规定计划时间内完成 4#采区生产作业，必须要对4302 工作面采煤工艺进行优化调整。2 缓斜厚煤层采煤工艺2.1 回采巷道及切眼布置综合某缓斜厚煤层煤矿 4#采取 4302 工作面的实际地质条件，综合选取顺拉工艺进行工作面布置，切眼布置方案则采用沿煤层顶板掘进倾斜切眼布置方案。具体内容如下：在 4302 工作面中设置 3 条回采巷道，分别作为工作面轨道顺槽、中间巷以及带式输送机顺槽，并且为达到 4302 工作面实际掘进生产过程中的应用管理效果，通过三条回采巷道将整个 4302 工作面划分4302N 和 4302S 两个子工作面，最终形成“三巷道、两子面”的工作面布置格局。4302 工作面安装倾斜切眼布置方案沿顶板掘进，底板则按照-8倾斜角进行掘进。4302 工作面倾斜切眼端头断面区域内的上下端头高度最大值为 4.3m，所以为保障工作面支护效果，可采用4.5m 悬浮式单体支柱+铰接顶梁的方式来实现工作面巷道顶板支撑。在倾斜切眼底板中部区域进行轨道顺平铺设，在工作面上端头区域设置提车平巷，该平巷主要用于解决 4302 工作面正式开采后大型设备难以进入巷道切眼问题。2.2 生产系统及巷道支护2.2.1 生产系统4302 工作面生产系统主要包括巷道通风、采煤运输等内容。其中巷道通风主要采用“两进一回”通风方式，即将工作面带式输送机顺槽和中间巷作为进风巷，将轨道顺槽作为回风巷，根据理论计算分析确认工边来在（同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司，山西朔州 036000）摘要：根据某缓斜厚煤层煤矿现存主要技术问题，以某缓斜厚煤层煤矿 4302 工作面为侧重点，从回采巷道及切眼布置、生产系统及巷道支护两个角度介绍缓斜厚煤层采煤工艺，并根据采煤工艺说明设备选型方法，最终将采煤工艺及设备选择方法应用于工程实践，确认采煤工艺及设备选择方法可有效提高煤炭回收率和开采量。关键词：缓斜厚煤层；采煤工艺；设备选择方法；工艺设计缓斜厚煤层采煤工艺及设备选择方法2023.9 矿业装备/67作面带式输送机顺槽和中间巷两个进风巷的配风量分别为 1420m3/min、218m3/min；采煤运输则是工作面重要生产系统，其主要采用带式输送机进行煤炭运输。为保障 4302 工作面的总体生产效率，工作面带式输送机采用超前设置方式，即 4302N 子工作面上的带式输送机机头位置始终保持超前 4302S 子工作面上带式输送机机尾 02.4m。具体带式输送机布置时，4302N 子工作面所生产的煤流经过中间巷进入某缓斜厚煤层煤矿 4#采区辅助轨道巷；4302S 子工作面所生产的煤流则经过4302 工作面带式输送机巷，进入到某缓斜厚煤层煤矿4#采区辅助轨道巷；最后，两个子工作面所对应的 2 条带式输送机均与 4#采区辅助轨道方带式输送机实现搭接运输，将煤流输送至井外。2.2.2 巷道支护4302 工作面巷道支护主要采用超前支护方式。工作面 3 条巷道超前支护均采用单体液压支柱+正悬金属铰接顶梁方式进行巷道顶板支护。因为 4302 工作面轨道巷临近 4301 工作面采空区，所以为保障巷道掘进安全性，采用超前支护 130m 的方式进行工作面 3 条巷道超前支护。具体支护如下：前 60m 超前支护区域距离4301 工作面采空区较近，设置 3 排单体液压支柱，排距和柱距均为 1.2m，单体液压支柱距离与巷道帮之间距离为 1.0m。后 60m 超前支护区域距离 4301 工作面采空区较远，设置 2 排单体液压支护，间排距同前 60m。中间巷和带式输送机巷超前支护距离 4301 工作面采用较远，可将超前支护距离设置为 60m。具体超前支护过程中在破碎机前设置 2 排单体液压支柱，液压支柱与巷道帮之间的距离为 0.5m，支护排距和柱距分别为 3.4m和 1.2m。另外，所有单体液压支柱顶板均需要配置正悬金属铰接顶板，保障超前支护的最佳效果。3 缓斜厚煤层采煤工艺设备选择方法4302 工作面中两个子工作面均配置有 1 套三机综采设备，在 4302 工作面采煤工艺设备选择时，以解决带式输送机输送量不足为主要目标，以降低设备布置成本为前提，对工作面综采设备进行合理选择及优化。其中，带式输送机作为综采设备的优化重点，其输送能力需要想要满足工作面输送能力要求，则需要将带式输送机的带宽中 1000mm 增加至 1200mm，并对输送机机头、机架以及机尾进行大幅度改造，其实际改造周期和成本均相对较高，并且改造期间需要停工等待，前期投入成本相对较高。针对此种情况，将增加带宽方案更改为增强驱动滚筒驱动能力的方案。具体更改方案中将原本规格为800mm1150mm 驱动滚筒更改为 1000mm1150mm 的驱动滚筒。对比改造前后的驱动滚筒带速及输送量可知，相较于改进前，改进后驱动滚筒输送能力提升 430t/h，实际提升幅度极为显著。但考虑到输送量增加可能会对带式输送机输送带的使用寿命造成损害，还需要对输送带强度进行验证分析，此过程中所采用的计算公式如下：Gx=Fmaxn1/B （1）式中：Gx为输送带强度；Fmax为输送带最大张力。通常情况下，输送带最大张力为驱动滚筒圆周驱动力与输送带临界滑动状态张力之和，根据驱动滚筒基本参数可知为 87.84N；n1为输送带的安全系数，取值为 8；B为输送带带宽，取值为 1000mm。根据公式计算带式输送机输送带拉伸强度为 696.67N/mm 1500N/mm，确认符合要求。4 采煤工艺及设备选择方法的工程应用确认缓斜厚煤层采煤工艺及设备选择方法以后，以此为基础对某缓斜厚煤层 4302 工作面采煤工艺与生产设备进行优化调整。在经过 6 个月的工程应用后，确认该缓斜厚煤层 4301 工作面和 4302 工作面驱动滚筒的巷道工程量分别为 2213m 和 1865m、掘进率分别为 32.5m/万 t 和59m/万 t、掘进预估成本分别为 1239 万元和 1044 万元、预估产值分别为 40860 万元和 18960 万元、采煤工效为分别为 29.7t/工和 42.3t/工。相较于 4301 工作面来说，4302 工作面的掘进率和采煤工效均相对较高，证明改进后采煤工艺及设备选择方法具有较强可行性。5 结束语本文以某缓斜厚煤层煤矿 4302 工作面为例，介绍一种适用于缓斜厚煤层的采煤工艺及设备选择方法。结合工程应用可知，此采煤工艺与设备选择方法具有较强可行性，比起掘进率和投入产出比均相对较高，不仅可以有效满足缓斜厚煤层工作面采煤生产及工作面布置相关需求，还能够有效提高采煤工效，可在后续类似煤矿工作面布置中进行参考应用。参考文献1 侯铁军,赵云峰,赵耀江,等.大黄山矿大倾角特厚煤层开采方法及设备的选型研究 J.中国煤炭,2014,40(3):60-63.