中厚煤層綜采工作面開(kāi)采方案設(shè)計(jì)

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摘要：本文以蓋州煤礦9100綜采工作面作為研究對(duì)象，首先對(duì)其水文地質(zhì)以及煤塵瓦斯等開(kāi)采影響因素進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)9100綜采工作面進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，主要對(duì)巷道尺寸及支護(hù)參數(shù)、采煤方法及設(shè)備選型、采煤工藝、以及頂板管理及礦壓復(fù)測(cè)等進(jìn)行設(shè)計(jì)和管理，以期提升對(duì)9100工作面的采煤工藝和回采效率。

關(guān)鍵詞：中厚煤層；綜采工作面；開(kāi)采方案設(shè)計(jì)

引言

在煤礦開(kāi)展中厚煤層的過(guò)程中，由于受到綜采工作面所處的地質(zhì)條件、煤與瓦斯情況、煤層厚度以及其他因素的影響，往往選擇不同的回采工藝以及配套設(shè)備對(duì)煤層的開(kāi)采效率以及質(zhì)量有較大的影響。本文以蓋州煤礦9100綜采工作面作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行開(kāi)采方案設(shè)計(jì)研究，根據(jù)影響其開(kāi)采的主要因素進(jìn)行研究，選擇最優(yōu)化的開(kāi)采支護(hù)設(shè)備以及回采工藝。9100綜采工作面長(zhǎng)1820m，切眼長(zhǎng)度為153m，可回采長(zhǎng)度為1558m。該工作面開(kāi)采的煤屬于9號(hào)煤層，其北部就是該煤層的三條大巷，南部是井田邊界，西部是實(shí)體煤，東部是已經(jīng)回采完成的9101工作面。9100綜采工作面平均煤厚為1.6m，屬于長(zhǎng)距離中厚煤層綜采工作面范疇，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層傾角0°~6°。

1綜采工作面開(kāi)采影響因素分析

1.1地質(zhì)條件

我國(guó)大多數(shù)煤礦地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，綜采工作面地質(zhì)條件對(duì)長(zhǎng)距離中厚煤層的開(kāi)采方法及回采率等都有較大的影響，尤其是斷層及陷落柱等的影響，斷層的落差形式會(huì)對(duì)采煤方式產(chǎn)生較大的影響，而斷層的發(fā)育形式則會(huì)對(duì)工作面推進(jìn)參數(shù)以及正常的循環(huán)活動(dòng)造成影響[1]。根據(jù)9100回風(fēng)順槽以及膠帶順槽在掘進(jìn)期間所搜集的地質(zhì)資料還有地質(zhì)驗(yàn)證鉆孔資料顯示，9100工作面未發(fā)現(xiàn)陷落柱以及斷層等地質(zhì)工作，雖然存在較為寬緩的背斜構(gòu)造，但是對(duì)回采的影響不大。

1.2水文條件

首先結(jié)合礦井上下對(duì)照?qǐng)D發(fā)現(xiàn)，在距9100工作面頂部98m處存在地質(zhì)鉆孔，但是該鉆孔不在開(kāi)采范圍內(nèi)，另外該工作面埋深超過(guò)120m，以此可以排除地表水的影響。9100工作面底板高于奧灰含水層280m，可以排除該含水層影響。因此將水害關(guān)注點(diǎn)集中于老空水。9100工作面東部的9101采空區(qū)以及上部的3#煤層老空水已經(jīng)經(jīng)過(guò)充分的驗(yàn)證和疏放，以此來(lái)確保9100工作面回采過(guò)程中不會(huì)受到老空水的影響。

1.3煤塵瓦斯情況

根據(jù)有關(guān)鑒定檢測(cè)資料顯示，9100工作面煤塵無(wú)爆炸性，煤不具備自然傾向性，且無(wú)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，然而9100工作面通風(fēng)和防火措施仍需到位。

2綜采工作面總體設(shè)計(jì)

2.1巷道斷面及支護(hù)設(shè)計(jì)

9100綜采工作面膠帶順槽、回風(fēng)順槽以及切眼位置均使用錨網(wǎng)加錨索的聯(lián)合支護(hù)方式，采用矩形斷面，斷面寬4.8m，高2.8m，凈斷面為13.44m2。頂錨桿長(zhǎng)度2200mm，間排距900mm×1000mm；幫錨桿長(zhǎng)度2200mm，間排距900mm×1000mm；錨索長(zhǎng)度8200mm，間排距1800mm×3000mm。

2.2采煤方法及設(shè)備選型

根據(jù)9100綜采工作面的煤層厚度、傾角、頂?shù)装鍑鷰r特性以及水文地質(zhì)條件等，以及參考前期設(shè)計(jì)研究院給予的初步設(shè)計(jì)文件資料，綜合考慮，確定本工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤法，頂板采用全部垮落管理方法，煤層平均厚度為1.6m。采用一次采全高綜采工藝。綜采工作面的機(jī)械設(shè)備都是配套購(gòu)置的，合理的設(shè)備選型以及優(yōu)良的成套配置方才能夠在最大程度上發(fā)揮其使用效率[2]。在綜采工作面配置的機(jī)械設(shè)備當(dāng)中，最主要的就是三機(jī)配套，即采煤機(jī)、液壓支架及刮板輸送機(jī)。需要考慮的因素有：生產(chǎn)能力配套，采煤機(jī)負(fù)責(zé)割煤和裝煤，采煤機(jī)的生產(chǎn)能力對(duì)于煤礦的生產(chǎn)能力起到直接的決定性作用，而刮板輸送機(jī)的輸送能力必須大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力，另外液壓支架的移架速度務(wù)必大于采煤機(jī)的牽引速度。還需要考慮的是機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸是否符合巷道的空間尺寸和布置方式，并且需要留有相應(yīng)的安全空間和工作空間。

2.2.1采煤機(jī)設(shè)備選型采煤機(jī)的裝機(jī)功率計(jì)算公式如公式（1）所示。N=60Kb×B×H×Vave×Hw（1）式中：N為采煤機(jī)的裝機(jī)功率，Kb為備用系數(shù)，B為采煤機(jī)的截深，H為采煤機(jī)的割煤高度，Vave為采煤機(jī)的平均割煤速度，Hw為采煤機(jī)的割煤?jiǎn)挝槐饶芎摹Ｍㄟ^(guò)計(jì)算可得采煤機(jī)的裝機(jī)功率415.72kW，在采煤機(jī)的設(shè)備選型當(dāng)中，選型功率必須大于計(jì)算的裝機(jī)功率。

2.2.2刮板輸送機(jī)設(shè)備選型根據(jù)刮板輸送機(jī)的輸送能力必須大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力要求，按照公式（2）進(jìn)行計(jì)算。Q≥KyKvKcQm（2）式中：Q為刮板輸送機(jī)的輸送能力，Ky為考慮到運(yùn)輸方向及傾角的系數(shù)，而Kv為考慮刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)同向運(yùn)動(dòng)時(shí)的修正系數(shù)，而Kc為采煤機(jī)割煤速度的不均勻系數(shù)，Qm為采煤機(jī)的最大生產(chǎn)能力。通過(guò)計(jì)算可以得到采煤機(jī)的生產(chǎn)能力為589t/h。刮板輸送機(jī)選型過(guò)程中除了需要考慮采煤機(jī)的生產(chǎn)能力之外，還需要考慮與采煤機(jī)型號(hào)的配套性。

2.2.3液壓支架選型根據(jù)相關(guān)理論要求，綜采工作面所能夠承受的最大壓力至少應(yīng)當(dāng)為采高頂板巖石重量的4~8倍，按照公式（3）進(jìn)行計(jì)算。Pt=8hγg（3）式中：Pt為支護(hù)工作面頂板所需要的強(qiáng)度，h為按液壓支架的最大采高，γ為頂板的巖石視密度，g為重力加速度，通過(guò)計(jì)算可得綜采工作面所能夠承受的最大壓力為0.29MPa。

2.3采煤工藝

工作面采煤工藝順序?yàn)椋簻?zhǔn)備→采煤機(jī)割煤、裝煤、刮板輸送機(jī)運(yùn)煤→伸支架伸縮梁臨時(shí)支護(hù)頂幫→收支架伸縮梁→移架、支護(hù)頂幫→推移刮板輸送機(jī)→清煤→整理。準(zhǔn)備：對(duì)人員、機(jī)械、材料到位情況進(jìn)行檢查。割、裝、運(yùn)煤：前滾筒割底煤，后滾筒割頂煤，割煤過(guò)程中將煤裝至刮板輸送機(jī)，通過(guò)轉(zhuǎn)載機(jī)、輸送帶等運(yùn)至井底煤倉(cāng)。支：割煤后及時(shí)用伸縮梁對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)?；兀阂簤褐Ъ芮耙频倪^(guò)程對(duì)后方的采空區(qū)繼續(xù)垮落。推：割煤完成拉架后開(kāi)展。整理：一個(gè)循環(huán)完成之后對(duì)工作面的浮煤、衛(wèi)生以及支護(hù)等進(jìn)行整理。

2.4頂板管理及礦壓復(fù)測(cè)

綜采工作面管理頂板采用全部垮落法，常規(guī)情況的管理主要是割煤完成及時(shí)支撐護(hù)頂，支架立柱前后偏差在允許范圍內(nèi)，液壓支架的頂梁必須平行頂板并且保證接頂緊密，使頂梁受力良好等。對(duì)于非正常回采的頂板管理，局部冒頂需要用道木接頂并升緊支架；頂板破碎，應(yīng)當(dāng)帶壓移架并及時(shí)支護(hù)頂板；回風(fēng)順槽的機(jī)尾端頭處，受到沿空留巷第三次的動(dòng)壓影響，該部位頂板壓力變大，應(yīng)力集中于端頭處沿工作面方面25m前后，因此需要加強(qiáng)對(duì)后20架的支架管理，及時(shí)巡查，確保支架工作狀態(tài)正常，并管理好端頭頂板。應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)9100工作面的礦壓監(jiān)測(cè)工作，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括支架的受力情況，順槽及沿空留巷巷道的頂板離層情況及頂?shù)装逑飵鸵平孔兓闆r。

3結(jié)語(yǔ)

隨著煤礦的開(kāi)采，中厚煤層綜采工作面，特別是長(zhǎng)距離中厚煤層綜采工作面會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，特別是當(dāng)前煤礦設(shè)備型號(hào)及功能多樣化逐漸增多，綜采工作面開(kāi)采設(shè)計(jì)當(dāng)中，根據(jù)工作面實(shí)際情況做好三機(jī)配套選型是關(guān)鍵。尤其是當(dāng)前，自動(dòng)化技術(shù)逐步應(yīng)用到煤礦當(dāng)中，型號(hào)、功能等方面的接口以及配套選擇將越來(lái)越重要。

參考文獻(xiàn)

[1]徐建軍.薄-中厚煤層綜采面自動(dòng)化開(kāi)采技術(shù)研究與實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2014.

[2]李恩國(guó).復(fù)雜條件下中厚煤層綜采面開(kāi)采技術(shù)研究[J].能源與節(jié)能,2013(04):14-16.

作者：竇勇 單位：山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)蓋州煤業(yè)有限公司