杜 軍，孟國勝

(大同煤礦(集團(tuán))公司馬脊梁礦，山西 大同 037027)

馬脊梁煤礦是大同煤礦(集團(tuán))公司直屬的一座礦井，經(jīng)過多次技術(shù)改造及三次大型改擴(kuò)建工程，目前，已建設(shè)成為山西有名的大型現(xiàn)代化礦井。井田位于大同煤田西北邊緣，井田面積約17 km2，煤種為優(yōu)質(zhì)工業(yè)動(dòng)力煙煤。該礦現(xiàn)開采14#、11#、7#煤層，14#與11#兩煤層間距為18～23 m。目前，全礦井采用綜合機(jī)械化后退式回采工藝。14#煤層煤炭儲(chǔ)量多，有必要合理采出這部分煤炭資源。

本礦14－3#煤層406盤區(qū)8602工作面，工作面長度為171 m，順槽長度1844 m。14－3#煤層沿工作面推進(jìn)方向煤層厚度變化大、極不平均，工作面推進(jìn)方向上前段400 m部分，煤層平均厚度為2.3 m，最薄處為1.4 m，而工作面推進(jìn)方向上后段1444 m部分，最厚處達(dá)4.4 m，煤層平均厚度為3.2 m，整個(gè)煤層平均厚度3.64 m，為沿工作面推進(jìn)方向上厚度起伏變化的薄～中厚煤層。由于這種特殊性，加大了高產(chǎn)高效回采這部分煤炭資源的技術(shù)難度。因此，必須采取合理可行的技術(shù)并進(jìn)行工程實(shí)踐開采這部分煤炭資源，達(dá)到8602工作面高產(chǎn)高效生產(chǎn)，同時(shí)提高煤炭資源的回收率。

1 合理選配采煤機(jī)

1.1 合理選配采煤機(jī)的必要性

406盤區(qū)8602工作面開采14－3#煤層，煤層特殊，沿工作面推進(jìn)方向上厚度起伏變化。從工藝角度來看，綜采放頂煤開采工藝由于設(shè)備選配上加設(shè)了放頂煤液壓支架，可調(diào)整放煤高度，能夠適應(yīng)煤層厚度變化［1］，但1433#煤層最大平均厚度只有 3.2 m，而放頂煤工藝要求煤層要求厚度在5 m以上，從整體上將不宜采用綜采放頂煤，只能采用綜采工藝開采。通過該礦30多年實(shí)踐生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于這類問題從工作面設(shè)備配置(尤其采煤機(jī)合理選配上)可以找到可行實(shí)用的解決辦法。

該礦技術(shù)設(shè)計(jì)組初始設(shè)計(jì)時(shí)為該工作面配置的MGTY400/900－3.3D型電牽引采煤機(jī)(簡稱900采煤機(jī))采高范圍為2.2～3.5 m，不適應(yīng)開采該工作面里面的400 m。如果該工作面采用900采煤機(jī)開采，那么8602工作面里面的400 m將無法開采，只能白白浪費(fèi)。并且14－3#層406盤區(qū)其它工作面的地質(zhì)情況均與該工作面情況相同。為了提高406盤區(qū)8602工作面14－3#煤層開采的回收率，減少煤炭資源浪費(fèi)，有必要重新配置生產(chǎn)設(shè)備，合理選配采煤機(jī)，以適應(yīng)沿工作面推進(jìn)方向上厚度起伏變化的煤層條件下的正?；夭?，高效采出8602工作面里面400 m部分的煤炭資源，提高回收率。

1.2 合理選配方案

該礦機(jī)電科有關(guān)人員通過研究分析，制定出多套開采方案，經(jīng)過優(yōu)化選擇，決定采用一部工作面刮板輸送機(jī)配套兩臺(tái)采煤機(jī)的方案進(jìn)行開采，具體方案如下:8602工作面里面400 m部分，采用一臺(tái)適合開采煤層平均厚度為2.3 m，最薄處為1.8 m的采煤機(jī)開采;工作面外面1444 m部分，采用原配置的適合開采煤層平均厚度為3.2 m的900采煤機(jī)。這樣工作面里面的400 m無法開采的難題就能順利地解決，整個(gè)工作面就可按計(jì)劃開采。該選配方案主要有以下優(yōu)點(diǎn):

1)適宜煤層段厚度變化，減少資源浪費(fèi)。

2)增加了工作面的生產(chǎn)時(shí)間。

3)減少了綜采工作面搬家次數(shù)。

4)投資少(少配備刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等一套三機(jī)設(shè)備)。

5)減少更換設(shè)備工時(shí)(更換采煤機(jī)時(shí)少，更換刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等一套三機(jī)設(shè)備)。

6)煤炭回收率高(預(yù)計(jì)8602工作面采用該方案可多回采煤炭41萬t)。

該方案的缺點(diǎn)，對(duì)開采煤層平均厚度為2.3 m，最薄處為1.8 m部分的采煤機(jī)采高要求高，必須嚴(yán)格精選，選配的兩臺(tái)采煤機(jī)都必須能與SGW960/800刮板輸送機(jī)(簡稱800刮板機(jī))配套。

1.3 方案實(shí)施過程

1)提前準(zhǔn)備工作。初始設(shè)計(jì)配置的MGTY400/900－3.3D型電牽引采煤機(jī)(簡稱900采煤機(jī))與SGW960/800刮板輸送機(jī)配套，所以，只需要再配一臺(tái)采高范圍為1.5～3.2 m并與SGW960/800刮板機(jī)配套的采煤機(jī)。要求生產(chǎn)廠家生產(chǎn)采高范圍為1.5～3.2 m的MG300/701－WD型電牽引采煤機(jī)(簡稱701采煤機(jī))與SGW960/800刮板機(jī)配套，這樣就為在同一工作面采用同一部刮板輸送機(jī)配套兩臺(tái)采煤機(jī)的方案進(jìn)行開采提供了必備條件。

2)方案具體實(shí)施。開采14－3#層406盤區(qū)8602工作面采用一部刮板輸送機(jī)配套兩臺(tái)采煤機(jī)的方法:將整個(gè)工作面沿推進(jìn)方向上分為兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行開采，如圖1所示。即采用與SGW960/800刮板機(jī)配套的MG300/701－WD采煤機(jī)開采該工作面靠里面400 m的薄煤層區(qū)域，工作面推進(jìn)到400 m位置時(shí)，更換成MGTY400/900－3.3D采煤機(jī)，開采該工作面靠外面的1444 m，完成工作面正?；夭晒ぷ?。

圖1 8602工作面布置及分區(qū)域開采范圍劃分示意圖

兩種采煤機(jī)正常割煤時(shí)，采用臥底與割頂相結(jié)合方式進(jìn)行割煤，都采用鏈軌方式牽引。同時(shí)兩部采煤機(jī)都采用單向割煤方式，沿工作面往返一次進(jìn)一刀，從尾向頭割煤，從頭向尾返空刀。前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤，一次性采全高，循環(huán)進(jìn)度0.8 m。采煤機(jī)正常割煤時(shí)，牽引速度控制在5 m/min，返空刀時(shí)，牽引速度控制在6.5 m/min。進(jìn)刀方式都采用端部割三角煤斜切進(jìn)刀法。當(dāng)采煤機(jī)割通頭部煤壁后，把工作面尾部溜子推向煤壁，長度必須大于30 m，彎曲段長度不低于18 m，水平彎曲度小于2.5°。在采煤機(jī)從頭向尾返空刀時(shí)，沿尾部彎曲段溜子逐漸切入煤壁，直到采煤機(jī)全部進(jìn)入溜子直線段達(dá)到規(guī)定截深，將尾部三角煤壁割通，完成尾部斜切進(jìn)刀工序。在采煤機(jī)進(jìn)刀后，把未移過的溜子逐漸推向煤壁使溜子成一直線，然后煤機(jī)從尾向頭正式割煤。

1.4 配套液壓支架的選型

由于選配了兩臺(tái)采煤機(jī)，若用兩套液壓支架費(fèi)用太高，選用一套液壓支架必須同時(shí)與兩種采煤機(jī)配套。為了保證兩套采煤機(jī)的正常生產(chǎn)，有必要對(duì)與其配套的液壓支架進(jìn)行選型。

類比該礦同煤層礦壓觀測(cè)資料得到8602工作面的礦壓參數(shù)參考數(shù)值，見表1。

8602工作面合理支護(hù)強(qiáng)度可由下式［2］計(jì)算

式中:

qt—工作面合理支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2;

h—采高，m，工作面最大采高取3.5;

γ—頂板巖石容重，t/m3，取 2.5;

k—工作面支護(hù)應(yīng)該支護(hù)的上覆巖層厚度與采高之比，取8。

表1 8602工作面參數(shù)參考數(shù)值表

根據(jù)以上計(jì)算分析，結(jié)合表1給出的參考數(shù)值，取最大值950 kN/m2即為工作面合理支護(hù)強(qiáng)度。查煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)［3］可得ZZ6000/17/37型支撐掩護(hù)式液壓支架的支架中心距為1.5 m，最小控頂距為4945 mm，最大控頂距為5805 mm，端面距340 mm，最大支護(hù)強(qiáng)度為1010 kN/m2，最小支護(hù)強(qiáng)度為850 kN/m2，所以，支架能夠滿足支撐頂板的要求。由于支架承受的頂板壓力最大為950 kN/m2，而支架自身對(duì)底板的壓力為55.2 kN/m2，故支架底板承受的壓力為1005.2 kN/m2，煤層底板單向抗壓強(qiáng)度為700 kN/m2，ZZ6000/17/37型支架的底板比壓為2860 kN/m2，能滿足抗壓要求。將工作面實(shí)際條件與ZZ6000/17/37型支架主要參數(shù)進(jìn)行比對(duì)分析，得到比對(duì)結(jié)果見表2，可以發(fā)現(xiàn)ZZ6000/17/37型支架能滿足開采要求。因此，選擇ZZ6000/17/37型支撐掩護(hù)式液壓支架配套MGTY400/900－3.3D型電牽引采煤機(jī)及 MG300/701－WD采煤機(jī)，并且配套SGW960/800刮板機(jī)，完成對(duì)8602工作面薄～中厚煤層的合理高效開采。

表2 煤層參數(shù)與支架參數(shù)比對(duì)表

2 實(shí)踐應(yīng)用效果

通過8602工作面6個(gè)月的生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用，該方案取得了好的應(yīng)用效果，實(shí)用性強(qiáng)，取得了較好的綜合效益。

經(jīng)過合理選配采煤機(jī)14－3#層406盤區(qū)8602工作面里面的400 m煤炭就可很順利采出，這樣就可多回收煤炭31萬多t噸，提高了煤炭資源的回收率，節(jié)約了工時(shí)和減少了設(shè)備資金的投入。

為同類薄～中厚煤層開采探索出一條合理高效的、可行的解決辦法。

3 結(jié)論

通過對(duì)馬脊梁煤礦406盤區(qū)8602工作面薄～中厚煤層開采過程中存在的資源浪費(fèi)問題，對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行了合理選配提出了采用一部工作面刮板輸送機(jī)配套兩臺(tái)采煤機(jī)合理選配方案。該方案的實(shí)施取得了良好的綜合效益，減少了資源浪費(fèi)。為開采本盤區(qū)其它工作面及其它類似工作面探索出一種好的辦法。按照這種方法，既提高了礦井的回采率，又為以后開采14－3#層406盤區(qū)其它回采工作面及其它類似薄～中厚煤層開采探索出一條合理高效、可行的解決辦法。

［1］呂 宏，孟國勝，劉旭東.厚煤層綜放開采設(shè)備選型及配套探討研究［J］.山西焦煤科技，2012(1):28－32.

［2］徐永圻.采礦學(xué)［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003:342－343.

［3］張榮立，何國緯.采礦工業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，199:562－568.