韓 濤

(山西省長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100)

0 引言

當(dāng)前我國(guó)煤炭資源開(kāi)發(fā)節(jié)奏快，各個(gè)煤炭企業(yè)對(duì)煤炭生產(chǎn)效率的要求越來(lái)越高[1]。故在煤礦初步設(shè)計(jì)與采區(qū)設(shè)計(jì)回采工作面時(shí)，必須將工作面設(shè)計(jì)為幾何形狀規(guī)整、地質(zhì)條件類(lèi)似區(qū)域[2]。通常，在煤礦井田范圍規(guī)劃時(shí)，主要依據(jù)為行政區(qū)劃、自然邊界以及其他不可控自然因素[3]。這就必然導(dǎo)致，在采區(qū)或工作面回采完畢之后，在邊角處留有大量的不規(guī)則邊角煤資源遺留[4]，我國(guó)各大礦區(qū)與煤炭企業(yè)普遍存在這一現(xiàn)象。為有效解決這一問(wèn)題，我國(guó)眾多專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行了研究。葉根喜等[5]從全國(guó)邊角煤宏觀賦存幾何與地質(zhì)角度出發(fā)，提出了“弧三角”模型，并在該模型基礎(chǔ)上發(fā)明了“弧”狀回采工作面，建立了綜合條件下的回采工藝選擇約束函數(shù)；張能虎等[6]從煤礦經(jīng)濟(jì)效益角度出發(fā)，采用“費(fèi)用-效益”經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，建立了煤礦三角煤的開(kāi)采效益模型。但這些研究普遍過(guò)于宏觀，未能對(duì)煤礦企業(yè)的具體實(shí)踐與操作產(chǎn)生有效指導(dǎo)[7]。同時(shí)，現(xiàn)有邊角煤資源普遍煤質(zhì)較高，為有效利用、節(jié)約高質(zhì)煤炭資源，煤礦回收三角煤的社會(huì)效益應(yīng)當(dāng)在經(jīng)濟(jì)效益之上。本文針對(duì)經(jīng)坊礦邊角煤遺留實(shí)際，結(jié)合該礦具體地質(zhì)與裝備條件，提出了一些貼合實(shí)際并行之有效的技術(shù)措施。

1 工程概況

經(jīng)坊礦3-邊角06工作面，處于3-702工作面(已采)，南側(cè)鄰近3-701工作面(已采)之間，呈東西走向。在采區(qū)回采工作面設(shè)計(jì)時(shí)，為有效規(guī)避東南—西北走向的F7-17斷層大斷層的影響，在3-701與3-702工作面之間預(yù)留了近230 m的煤層未采，在3-701與3-702回采完畢，形成“孤島工作面”，待工作面頂板活動(dòng)完全穩(wěn)定之后[8]，可決定回采3-邊角06工作面。

該工作面主采3#煤層，煤層厚度6～6.6 m，平均6.3 m，煤層傾角2°～8°平均為5°，工作面位于東呈村西側(cè)，長(zhǎng)晉高速、207國(guó)道在工作面的東側(cè)；省道227斜穿工作面上方，地面建有廟宇一座，在工作面南側(cè)100 m外建有一座養(yǎng)殖場(chǎng)；西側(cè)至F7-17斷層，北側(cè)鄰近3-702工作面(已采)，南側(cè)鄰近3-701工作面(已采)，東側(cè)與七采區(qū)軌道、運(yùn)輸順槽相連通。煤層賦存狀況穩(wěn)定，工作面頂?shù)装逄卣饕?jiàn)表1，工作面范圍內(nèi)未見(jiàn)大型斷層與陷落柱等情況，工作面地質(zhì)與水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。工作面概況見(jiàn)表2，工作面布置形式如圖1所示。

表1 工作面頂?shù)装逄卣鞅?/p>

表2 工作面概況表

圖1 工作面布置形式圖

2 采煤工藝的選擇

3-邊角06工作面的推進(jìn)長(zhǎng)度較少，工作面長(zhǎng)度較短，結(jié)合經(jīng)坊礦現(xiàn)有裝備水平，見(jiàn)表2，決定對(duì)3-邊角06工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤工藝回采，采用全部垮落法管理頂板。表3為經(jīng)坊礦現(xiàn)有設(shè)備統(tǒng)計(jì)表。

2.1 工作面液壓選型

由于ZF5800/16/30主要用于該礦的正?；夭晒ぷ髅?。為有效保障在回采3-邊角06工作面生產(chǎn)的安全，必須對(duì)工作面液壓支架的工作阻力進(jìn)行最新核算，見(jiàn)式(1)、(2)。

表3 經(jīng)坊礦現(xiàn)有設(shè)備統(tǒng)計(jì)表

(1)

P=q(LK+LD)B

(2)

式(1)中：Kd—?jiǎng)虞d系數(shù)，一般取1.4；M—綜放一次采厚，取6.3 m；Kd—頂板巖石碎脹系數(shù)，取1.40；γ—頂板巖石容重，25 kN/m3；q—支護(hù)強(qiáng)度，MPa。

式(2)中：P—支架工作阻力，kN；LK—支架伸縮量，m；LD—支架頂梁長(zhǎng)度，m；B—液壓支架寬度，m。

3-邊角06工作面擬采用ZF5800/16/30型液壓支架伸縮量0.8 m、支架的頂梁長(zhǎng)度5.0 m、支架寬度1.5 m，可算出支架工作阻力為4 796 kN。小于液壓支架工作阻力5 800 N，可見(jiàn)該支架能夠保證工作面的安全。

2.2 工作面巷道布置

該工作面切眼南北布置，兩巷沿東西走向布置，工作面沿走向方向回采。工作面運(yùn)輸順槽、回風(fēng)順槽均為錨網(wǎng)支護(hù)。頂錨桿采用φ22 mm×2 400 mm無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿，幫錨桿采用φ22 mm×2 400 mm無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿，錨索采用φ22 mm×9 000 mm的1×19股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，巷道支護(hù)狀況見(jiàn)表4。

表4 巷道支護(hù)狀況

2.3 工作面生產(chǎn)能力

在工作面采用經(jīng)坊礦現(xiàn)有設(shè)備后，計(jì)算3-邊角06工作面的采出量為

循環(huán)割煤量：Q1=177.81×2.8×0.8×1.41×97%≈544.7(t)；

循環(huán)放煤量：Q2=167.31×3.5×0.8×1.41×93%≈614.3(t)；

循環(huán)采出量：Q=Q1+Q2=544.7+614.3=1 159(t)。

每日8點(diǎn)班完成1個(gè)循環(huán)、其余2個(gè)班各完成2個(gè)循環(huán)，每日完成5個(gè)循環(huán)，日產(chǎn)量5 795 t；每月平均按25 d計(jì)算(除檢修、過(guò)地質(zhì)構(gòu)造、初采及末采等情況)，月產(chǎn)量144 875 t，可見(jiàn)采用經(jīng)坊礦現(xiàn)有設(shè)備后可以有效保障工作面產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)該礦對(duì)煤炭資源的高效率回收。

3 采煤工藝選擇

3.1 工作面割煤、裝煤、運(yùn)煤

由表3現(xiàn)有設(shè)備統(tǒng)計(jì)表可知，現(xiàn)有工作面采煤機(jī)優(yōu)先選擇MG-300/700WD型雙滾筒電牽引采煤機(jī)，改型采煤機(jī)的滾筒截深為0.8 m，采煤機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌道為前刮板輸送機(jī)，運(yùn)動(dòng)方向從機(jī)頭運(yùn)動(dòng)向機(jī)尾，前后滾筒分別隔頂?shù)酌?；煤炭由滾筒截齒割落后，自然甩向前刮板輸送機(jī)的槽內(nèi)，由前刮板輸送機(jī)運(yùn)至轉(zhuǎn)載機(jī)后經(jīng)工作面皮帶運(yùn)輸至采區(qū)煤倉(cāng)，同時(shí)，少量在煤壁與前刮板輸送機(jī)以及前刮板輸送機(jī)與支架之間的浮煤由采煤工作面的浮煤清理工人工鏟至刮板輸送機(jī)運(yùn)送，防止浮煤影響工作面液壓支架與刮板輸送機(jī)的移動(dòng)。工作面采煤機(jī)割下的煤和支架放下的頂煤分別由前、后刮板輸送機(jī)運(yùn)輸至前、后刮板輸送機(jī)機(jī)頭卸載，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)載輸送機(jī)由順槽膠帶輸送機(jī)運(yùn)出。

3.2 推前刮板輸送機(jī)

由表3現(xiàn)有設(shè)備統(tǒng)計(jì)表可知，工作面前刮板機(jī)型號(hào)為 SGZ830/750，在推前刮板輸送機(jī)移架前，滯后采煤機(jī)10 m進(jìn)行。推前部刮板輸送機(jī)時(shí)，要求刮板輸送機(jī)必須處于工作狀態(tài)，為保障足夠的推移動(dòng)力與相應(yīng)的轉(zhuǎn)彎角度，5架液壓支架千斤頂同組順次操作，由于推前刮板運(yùn)輸機(jī)時(shí)采煤機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌道，故其最小彎曲段的長(zhǎng)度為15 m，保證采煤機(jī)順利轉(zhuǎn)彎，同時(shí)，必須注重前部刮板輸送機(jī)的平直，便于采煤機(jī)割煤。在采煤機(jī)停止割煤后，前刮板輸送機(jī)必須停止推移作業(yè)，防止事故發(fā)生。推移機(jī)頭、機(jī)尾時(shí)必須停機(jī)作業(yè)。

3.3 移架作業(yè)

由表3現(xiàn)有設(shè)備統(tǒng)計(jì)表以及式(1)、(2)可知，ZF5800/16/30型液壓支架滿(mǎn)足工作面使用要求，液壓支架的操作方式為手動(dòng)操作，采用單架間隔放煤方法，追機(jī)作業(yè)。

3.4 放頂煤作業(yè)

工作面放煤步驟必須在工作面液壓支架移架作業(yè)以及前刮板運(yùn)輸機(jī)正常作業(yè)完成后，其中，工作面前刮板輸送機(jī)與放煤作業(yè)必須串聯(lián)作業(yè)，嚴(yán)禁并行作業(yè)。在工作面第一次放頂煤作業(yè)時(shí)，由于工作面礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度較弱，頂煤破壞程度較弱，難以達(dá)到要求的放煤標(biāo)準(zhǔn)與資源回收率，為有效解決這一問(wèn)題，必須減慢割煤速度，延長(zhǎng)應(yīng)力作用于頂煤的時(shí)間，同時(shí)，應(yīng)當(dāng)調(diào)整液壓支架的支護(hù)高度，使直接頂與頂煤充分分離。正常放煤，采用放煤順序?yàn)椤案粢环乓弧?，放煤步距?.8 m，即一采一放。

3.5 拉后刮板輸送機(jī)

由表2現(xiàn)有設(shè)備統(tǒng)計(jì)表可知，工作面前刮板機(jī)型號(hào)為SGZ830/750，拉后刮板輸送機(jī)滯后放頂煤20 m進(jìn)行。推后部刮板輸送機(jī)時(shí)，要求刮板輸送機(jī)必須處于工作狀態(tài)，為保障足夠的推移動(dòng)力與相應(yīng)的轉(zhuǎn)彎角度，5架液壓支架千斤頂同組順次操作，最小彎曲段的長(zhǎng)度為15 m，同時(shí)，必須注重刮板輸送機(jī)的平直，便于采煤機(jī)割煤。在采煤機(jī)停止割煤后，后刮板輸送機(jī)必須停止推移作業(yè)，防止事故發(fā)生。推移機(jī)頭、機(jī)尾時(shí)必須停機(jī)作業(yè)。

3.6 清煤

清煤作業(yè)應(yīng)當(dāng)在推移刮板輸送機(jī)之后的12～16 m，煤壁與前刮板輸送機(jī)之間的浮煤由采煤工作面的浮煤清理工人工鏟至前刮板輸送機(jī)。保證2 m2浮煤厚度小于30 mm，且無(wú)大塊煤矸。工作面放完煤后，要將支架間的浮煤清入前刮板輸送機(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

基于經(jīng)坊礦3-邊角06工作面是邊角工作面的實(shí)際，分析了邊角煤工作面形成的原因，并對(duì)工作面的地質(zhì)條件、工程條件、設(shè)備條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)工作面液壓支架工作阻力進(jìn)行計(jì)算為4 796 kN，說(shuō)明ZF5800/16/30能夠保證工作面安全回采，分析了工作面的循環(huán)采出量為1 159 t，符合經(jīng)坊礦的生產(chǎn)要求。對(duì)工作面巷道布置與支護(hù)形式進(jìn)行了說(shuō)明，對(duì)工作面的采煤工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)。對(duì)相似礦井的三角煤工作面開(kāi)采提供了一些實(shí)踐指導(dǎo)。