桑 磊

(開灤林南倉礦業(yè)分公司，河北 唐山 064106)

0 引言

縱觀我國采煤技術(shù)發(fā)展歷程可分為四個階段:第一，五、六十年代近20年時間主要是炮采;第二，六十年代末到八十年代初主要是普采階段，實現(xiàn)了采煤機械化發(fā)展的第一步;第三，到八十年我國大面積推廣應(yīng)用綜合機械化采煤，由此實現(xiàn)了采煤技術(shù)在我國的迅速發(fā)展，這十年是我國機械化發(fā)展最快、經(jīng)濟效益大幅度提高的時期;第四，從九十年代到現(xiàn)在，我國開始試驗和推廣應(yīng)用綜采放頂煤開采技術(shù)，這個時期，機械化采煤技術(shù)發(fā)展到了較高水平，采煤機械化的較快發(fā)展為我國煤炭工業(yè)的進(jìn)步起了決定性的作用。開灤集團林南倉礦1985年投產(chǎn)以來，先后經(jīng)歷了炮采、普采，到2000年引進(jìn)了ZFQ2400－16/24輕型放頂煤支架及配套設(shè)備和ZY3200－13/32型綜采支架及配套設(shè)備，2010年引進(jìn)ZF4000－15.5/25型綜放支架及配套設(shè)備。

1 綜采工作面設(shè)備配套分析

1.1 綜采工作面開采技術(shù)參數(shù)的確定

綜采工作面開采技術(shù)參數(shù)包括采高、工作面長度、推進(jìn)長度、循環(huán)進(jìn)度等。

1.1.1 采高

采高的確定主要取決于擬開采煤層的賦存厚度、液壓支架所能達(dá)到的最大支撐高度、采煤機型號等。

1.1.2 工作面長度

根據(jù)觀測總結(jié)的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律可知，采高增加，礦壓顯現(xiàn)強度增強，工作面長度加長，礦壓顯現(xiàn)強度也會趨于強烈。在總結(jié)分析礦壓實測成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合擬開采煤層的巖層結(jié)構(gòu)及賦存條件，充分考慮到采高、工作面長度對礦壓顯現(xiàn)和采場頂板巖層安全控制具有雙重影響作用再確定合理的工作面長度。

1.1.3 推進(jìn)長度

開采設(shè)計時工作面連續(xù)推進(jìn)長度主要依據(jù)采區(qū)布置劃分與地質(zhì)條件等確定，同時也要考慮到采煤機、輸送機和液壓支架等關(guān)鍵設(shè)備的大修周期和使用壽命，并兼顧到綜采工作面搬家難度、搬家時間、搬家費用等因素。

1.2 設(shè)備配套合理性選擇

1.2.1 液壓支架

液壓支架的支護強度應(yīng)該大于頂板所需的支護強度。頂板所需的支護強度取決于頂板的等級和煤層厚度，可按經(jīng)驗公式確定，即:

式中:Q為支護強度，MPa;K為作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，K=4～8;H為煤層采高，m;r為巖石密度，t/m3。

1.2.2 采煤機

1)工作面生產(chǎn)能力的確定

工作面綜合生產(chǎn)能力可根據(jù)公式確定，即:

式中:q為工作面生產(chǎn)能力，t/h;Q為年設(shè)計生產(chǎn)能力，t;K為生產(chǎn)不均衡因素，一般取1.1～1.25;h為年工作時間，h;s為時間利用系數(shù)，一般取0.2～0.5。

2)采煤機生產(chǎn)能力的確定

采煤機是綜采工作面的核心部件，在工作面生產(chǎn)能力已確定的情況下，采煤機的生產(chǎn)能力應(yīng)大于等于工作面生產(chǎn)能力，即:

采煤機生產(chǎn)能力 q1的核算可用公式計算，即:

式中:V為采煤機牽引速度m/min;H為工作面采高m;B為采煤機截深m;r為煤體容重t/m3。

1.2.3 刮板輸送機

刮板輸送機的運輸能力應(yīng)大于采煤機的生產(chǎn)能力。

1.2.4 綜采工作面“三機”幾何關(guān)系的配套

在“三機”幾何配套中，應(yīng)保證以下相關(guān)尺寸:鏟板到滾筒內(nèi)側(cè)距離應(yīng)在180～200 mm;梁端距應(yīng)在200～400 mm;一次采全高支撐高度取煤厚加200 mm;過煤高度應(yīng)在400 mm以上。放頂煤開采支撐高度符合要求即可。

1.2.5 工作面其它運煤設(shè)備

工作面轉(zhuǎn)載機及皮帶的運輸能力應(yīng)大于工作面刮板輸送機的運輸能力。

2 林南倉礦一次采全高綜采技術(shù)現(xiàn)狀分析

一次采全高綜采一般認(rèn)為是指分層高度和采煤機割煤高度小于3.5 m的綜采。目前國內(nèi)一次采全高采煤法最大采高已達(dá)7.0 m，隨著大采高設(shè)備和技術(shù)的進(jìn)步，大采高綜采已成為我國安全高效礦井的主要采煤方法之一。2002年以來，林南倉礦引進(jìn)ZY3200－13/32型支架及配套設(shè)備在11煤層進(jìn)行了試驗，取得了較好的效果，為該礦綜采技術(shù)積累了經(jīng)驗。最近該礦又將此種支架投入到9煤層(三軟煤層)和12煤層進(jìn)行試驗。

2.1 一次采全高綜采的主要特點

與林南倉礦現(xiàn)有的綜放開采相比，一次采全高綜采具有工序簡單、設(shè)備投入較少、便于管理、搬家倒面快捷、可以在林南倉礦各個煤層厚度較小的區(qū)域使用等特點。

2.2 一次采全高綜采實例

林南倉礦1112綜采工作面是一個位于井田邊界煤層相對比較薄的工作面，工作面推進(jìn)長度700 m，工作面長度90 m，回采量37.5萬噸，平均煤厚為3.3 m，采高為3 m，月生產(chǎn)能力達(dá)5萬噸。

液壓支架選用ZY3200－13/32型支架60組。

工作面采煤機選用西安煤機廠MG－200/500－AWD型采煤機一部。

工作面刮板輸送機選用張家口煤機廠生產(chǎn)的SGZ－730/200*2一部。

工作面轉(zhuǎn)載機選用SZB－730/40*2一部。

工作面破碎機選用張家口煤機廠SZZ－730/200一部。

乳化液泵選用山東淄博BRW200/31.5一臺，三泵兩箱。

3 林南倉礦放頂煤開采技術(shù)現(xiàn)狀分析

3.1 放頂煤開采的特性

放頂煤開采是針對厚及特厚煤層開采發(fā)展起來的一種采煤工藝。它是在厚煤層的下部布置一個采高2～3 m的工作面，隨著工作面的推進(jìn)，在前方支承壓力的作用下，使工作面上部的煤體壓裂破碎，并在支架尾部切頂線附近冒落放出的一種采煤方法。它與其它采煤方法的不同在于，除有一個包括破、裝、運、支、控全部工序和普通長壁采煤工作面外，同時在支架的后部還有一套破、放、運等的頂煤回收系統(tǒng)，即前后兩個采出煤炭的工作場所組成了一個完整的放頂煤工作面。這種采煤方法是我國目前安全高效礦井普遍使用的采煤方法之一。

3.2 林南倉礦放頂煤技術(shù)的現(xiàn)狀

我國綜放的發(fā)展始于80年代，90年代我國綜放技術(shù)迅速發(fā)展，綜放技術(shù)日趨成熟。在設(shè)備、工藝、安全保障等方面做了大量的理論研究和現(xiàn)場試驗，為近幾年的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。使用條件由初期的緩傾斜煤層發(fā)展到傾斜、急傾斜煤層;從厚煤層到特厚煤層;由開采條件較好工作面發(fā)展到條件較差的“三軟”、“兩硬”、“不穩(wěn)定”煤層。其中以緩傾斜厚煤層工作面的效果最明顯，工作面最高年產(chǎn)量達(dá)到500萬噸以上。目前，我國綜放技術(shù)使用的數(shù)量、范圍、技術(shù)的先進(jìn)性和取得的效果，均居世界領(lǐng)先地位。林南倉礦從2000年引進(jìn)輕放支架，礦井產(chǎn)量從60萬噸提高到90萬噸，2010年引進(jìn)綜放支架，礦井產(chǎn)量從90萬噸迅速提高到120萬噸。目前，林南倉正在努力拓展、研究將綜放支架在“三軟”煤層進(jìn)行試驗。

3.3 放頂煤開采實例

林南倉礦1185綜放工作面是該礦首個綜放工作面，工作面推進(jìn)長度1020 m，工作面長度120 m，平均煤厚5.5 m，可采煤量115萬噸，采高2.3 m，年生產(chǎn)能為80萬噸。

液壓支架選用開灤鐵拓煤機廠生產(chǎn)的ZF4000－15.5/25型支架 76組，過渡支架為ZFG4800－17/28型支架6組。

工作面采煤機選用西安煤機廠MG－200/500－AWD型采煤機一部。

工作面刮板輸送機選用張家口煤機廠SGZ－730/200*2兩部。

工作面轉(zhuǎn)載機選用SZB－730/40*2一部。

工作面破碎機選用張家口煤機廠SZZ－730/200一部。

乳化液泵采用山東淄博生產(chǎn)的BRW200/31.5一臺，三泵兩箱。

4 林南倉礦大傾角綜放技術(shù)現(xiàn)狀分析

4.1 大傾角煤層開采現(xiàn)狀

從20世紀(jì)80年代開始我國研制了大傾角煤層綜采設(shè)備，并在沈陽紅菱煤礦、開灤唐山煤礦等進(jìn)行了工業(yè)性試驗，雖然取得了一定效果，但尚未投入正式生產(chǎn)。此前，我國從德國等國引進(jìn)了一批大傾角綜采機組，并在北京、四川南桐等礦區(qū)進(jìn)行了試用，但均未取得較好的效果。開灤集團采用國產(chǎn)ZF4000－15.5/25大傾角綜放支架，解決了大傾角厚煤層綜放開采的技術(shù)難題，已經(jīng)應(yīng)用于煤層傾角50°以上的煤層，并且開采至今。

4.2 大傾角綜采技術(shù)實例

2004年，開灤集團公司在趙各莊礦3237東工作面采用ZF4000－15.5/25型放頂煤液壓支架進(jìn)行了大傾角分層開采試驗。2010年在林南倉礦1185工作面，煤層厚度4.2～7.4 m進(jìn)行了放頂煤開采試驗，平均日產(chǎn)2312 t，最高日產(chǎn)達(dá)到3010 t。目前林南倉礦正在開采的1184綜放工作面(煤層傾角28°～37°，局部可達(dá)43°)是該礦首個大傾角綜放工作面，工作面推進(jìn)長度1160m，工作面長度140m，平均煤厚5.5m，可采煤量152萬噸，采高2.3 m，年生產(chǎn)能力預(yù)計可達(dá)86萬噸，平均日產(chǎn)2723 t，最高日產(chǎn)達(dá)3420 t。

液壓支架選用開灤鐵拓煤機廠生產(chǎn)的ZF4000－15.5/25型支架 88組，過渡支架為ZFG4800－17/28型支架6組，參見表1、表2。

表1 綜放工作面普通支架參數(shù)表

表2 綜放工作面過渡支架參數(shù)表

工作面采煤機選用西安煤機廠MG－200/500－AWD型采煤機一部。

工作面刮板輸送機選用張家口煤機廠SGZ－730/200*2兩部。

工作面轉(zhuǎn)載機選用SZB－730/40*2一部。

工作面破碎機選用張家口煤機廠SZZ－730/200一部。

乳化液泵采用山東淄博生產(chǎn)的BRW400/31.5一臺，三泵兩箱。

5 林南倉礦采煤新技術(shù)的展望

5.1 減沉技術(shù)與采空區(qū)充填開采技術(shù)

5.1.1 建筑物下采煤與減沉技術(shù)

基于巖層控制的關(guān)鍵層理論，可將保證覆巖主關(guān)鍵層不破斷失穩(wěn)作為建筑物下采煤設(shè)計的基本原則。為了建筑物下采煤既具有較好的經(jīng)濟效益，同時又確保地面建筑物不受到損害，關(guān)鍵在于根據(jù)具體條件下覆巖結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵層特征來研究確定合量的減沉開采技術(shù)及參數(shù)，這是注漿減沉技術(shù)應(yīng)用可行性分析、鉆孔布置與注漿工藝設(shè)計及減沉效果評價的基礎(chǔ)。通過向開采煤層上覆巖層的離層帶內(nèi)打孔，并向其空隙中注入泥漿，可以減緩地表下沉。該項技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了工業(yè)性試驗，其地表下沉量比水沙充填減少了30% ～60%，最大下沉速度保持在0.5 mm/a。

5.1.2 采空區(qū)充填開采技術(shù)

采空區(qū)充填開采技術(shù)是綠色開采技術(shù)的重要組成部分，尤其在經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)解決建筑物下開采更應(yīng)受到重視。從理論上來說，充填采礦是解決煤礦開采環(huán)境問題的理想途徑，但由于目前充填采礦的成本相對偏高，限制了該項技術(shù)在煤礦的試驗與應(yīng)用。在市場經(jīng)濟條件下，充填技術(shù)的關(guān)鍵是充填材料的選取及如何降低成本。另外就是充填技術(shù)本身，它應(yīng)該包括充填系統(tǒng)與開采系統(tǒng)的協(xié)調(diào);充填運輸系統(tǒng)的暢通;充填后材料的力學(xué)特性等。

5.2 林南倉礦采煤新技術(shù)展望

林南倉礦井田地質(zhì)條件復(fù)雜，三下壓煤量較多，如何在高強度開采條件下控制圍巖活動規(guī)律是實現(xiàn)林南倉礦高強度采煤條件下高效開采、安全開采、綠色開采技術(shù)的發(fā)展方向。林南倉礦在12煤層?xùn)|一采區(qū)進(jìn)行了條帶開采試驗，先在12煤層?xùn)|一采區(qū)設(shè)計2222、2224和2226三個條帶工作面，最終地面沉降較多，效果不明顯。結(jié)合林南倉礦地質(zhì)條件復(fù)雜、三下壓煤量較多、目前水平銜接困難等特點，林南倉礦與河北理工大學(xué)合作研究采空區(qū)充填開采技術(shù)，目前正在林南倉礦二水平西一采區(qū)和工業(yè)廣場附近進(jìn)行采空區(qū)充填開采設(shè)計論證和建筑物下減沉開采設(shè)計論證。如果獲得成功，采空區(qū)充填開采技術(shù)將在該礦西二大采區(qū)、林南倉鎮(zhèn)壓煤區(qū)域進(jìn)行推廣。

6 結(jié)論

隨著現(xiàn)代化礦井的建設(shè)，生產(chǎn)集約化、設(shè)備成套化、隊伍專業(yè)化、信息自動化是安全高效礦井發(fā)展的方向。本文從林南倉礦綜采設(shè)備配套、一次采全高綜采、綜放開采、大傾角綜放開采現(xiàn)狀以及該礦開采技術(shù)的展望進(jìn)行了簡要分析。林南倉礦采煤技術(shù)在快速發(fā)展的同時，以下技術(shù)尚需研究開發(fā):

1)高強度開采工作面裝備智能化技術(shù)有待研究開發(fā)，真正實現(xiàn)煤機裝備的自動控制將是主要的發(fā)展方向。

2)進(jìn)一步研究提高工作面成套裝備系統(tǒng)可靠性的綜合技術(shù)。

3)進(jìn)一步研究高強度開采條件下圍巖活動規(guī)律，以實現(xiàn)林南倉礦高強度采煤條件下高效開采、安全開采、綠色開采的目標(biāo)。

［1］ 王國法，等.高效綜合機械化采煤成套裝備技術(shù)［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008

［2］ 李建民.開灤礦區(qū)大傾角開采技術(shù)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2009

［3］ 方新秋，等.煤礦無人工作面開采技術(shù)研究［J］. 科技導(dǎo)報，2008，26(9)

［4］ 方新秋，張雪峰.無人工作面開采關(guān)鍵技術(shù)［A］.煤炭開采新理論與新技術(shù)論文集［C］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006

［5］ 劉過兵.采礦新技術(shù)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2002