張 騫

(晉能控股集團(tuán),山西 大同 037003)

麻家梁礦位于山西省朔南礦區(qū)，是一座年產(chǎn)1 200萬(wàn)t的特大型礦井，采用立井雙水平開(kāi)拓方式，現(xiàn)開(kāi)采一水平，開(kāi)采煤層為4號(hào)煤層，煤層厚度約6.5～7.5 m，布置有兩個(gè)高產(chǎn)高效放頂煤工作面，年產(chǎn)達(dá)到了1 200萬(wàn)t的能力。礦井自投產(chǎn)以來(lái)一直采用單輪順序放煤法，原煤含矸率普遍較高，最高達(dá)40%以上，在多出煤的同時(shí)，排矸量也顯著增加，致使礦井經(jīng)濟(jì)效益水平并不高，本文以橢球放礦理論為指導(dǎo)，依據(jù)煤層參數(shù)，對(duì)放煤方法進(jìn)行優(yōu)化[1-2]。

1 工程概況

麻家梁4號(hào)層一盤區(qū)14106綜放工作面，工作面傾向長(zhǎng)280 m，煤厚6.5～7.5 m，開(kāi)采深度為520.4～561.3 m，煤層f值為2.5。工作面選用ZF13000/25/38支撐掩護(hù)式放頂煤支架，工作面機(jī)采高為3.5 m，頂煤厚3～4 m，采放比為1∶0.86～1∶1.14。設(shè)計(jì)的放煤方法為單輪間隔放煤法，應(yīng)用此法發(fā)現(xiàn)頂煤中的含矸率較高，優(yōu)化為單輪分組間隔放煤法后，實(shí)現(xiàn)了頂煤回收率高、煤炭含矸率低的良好效果。

2 單輪分組間隔放煤法

依據(jù)放煤漏斗理論計(jì)算可知，在頂煤厚3～4 m，放煤漏斗線與水平方向夾角為52°時(shí)，形成兩個(gè)互不交叉的放煤漏斗，最小間隔3架支架?；诖?，沿著工作面每6架劃分為一個(gè)區(qū)段，其中1～3號(hào)架為一級(jí)，5號(hào)架為二級(jí)，4號(hào)、6號(hào)架為三級(jí)。為了減少放煤過(guò)程中的混矸率，應(yīng)盡量讓煤巖分界面均勻下降，具體放煤過(guò)程如圖1所示。

圖1 放煤工藝示意(m)

放煤步驟如下：

步驟1：三個(gè)放煤工緊跟采煤機(jī)同時(shí)放一級(jí)支架(1～3號(hào)支架)頂煤。

步驟2：一級(jí)支架放煤完成后，三個(gè)放煤工間隔三個(gè)支架同時(shí)再放相鄰的一級(jí)支架(7～9號(hào)支架)頂煤。

步驟3：相鄰一級(jí)支架頂煤放完后，三個(gè)放煤工返回先放二級(jí)支(5號(hào)支架)頂煤。

步驟4：二級(jí)支架頂煤放完后再放相鄰的三級(jí)支架(4號(hào)、6號(hào)支架)頂煤。

之后，放煤作業(yè)重復(fù)2～4步驟的放煤過(guò)程。

3 單輪分組間隔放煤工藝優(yōu)點(diǎn)

單輪分組間隔放煤法與單輪間隔放煤法相比，不僅提高了頂煤的回收率，而且最大限度地降低了頂煤的含矸率。以3～4 m頂煤為例，單輪分組間隔放煤工藝每個(gè)循環(huán)6架支架只產(chǎn)生一個(gè)煤巖分界面，較單輪間隔放煤工藝(見(jiàn)圖2)，煤巖分界面降低66%，減少了放煤過(guò)程中因相鄰支架矸石躥入而造成的提前見(jiàn)矸的情況。

一級(jí)支架放煤過(guò)程中，不會(huì)有相鄰支架矸石的躥入，矸石主要產(chǎn)生于頂板。三級(jí)支架在放煤的過(guò)程中，隨時(shí)會(huì)有相鄰支架矸石的躥入。采用單輪間隔放煤工藝時(shí)：在“見(jiàn)矸關(guān)窗”的情況下，會(huì)導(dǎo)致圖2中間隔架上方的頂煤無(wú)法回收，完全不混矸石的情況下，頂煤的回收率約為50%；允許含矸率為17.5%的條件下，頂煤回收率為62.7%。采用單輪分組間隔放煤法：在“見(jiàn)矸關(guān)窗”完全不混矸石的情況下，頂煤的回收率約為75%；若允許含矸率為7.2%時(shí)，頂煤回收率可達(dá)到97%。

圖2 單輪間隔放煤工藝示意(m)

可見(jiàn)，放煤操作實(shí)現(xiàn)“見(jiàn)矸關(guān)窗”，關(guān)系到頂煤中含矸率的多少。因此將一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)支架用綠、黃、紅三種顏色加以區(qū)分，以促進(jìn)操作工在放煤環(huán)節(jié)實(shí)施 “定量化”“見(jiàn)矸關(guān)窗”操作。

4 放煤工藝“定量化”操作試驗(yàn)

應(yīng)用單輪分組間隔放煤工藝時(shí)，為促進(jìn)操作工在放煤環(huán)節(jié)精確掌握各級(jí)支架放煤時(shí)的擺梁角度、放煤時(shí)間，進(jìn)而指導(dǎo)放煤工的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，對(duì)放煤環(huán)節(jié)的操作進(jìn)行了“定量化”試驗(yàn)。試驗(yàn)地點(diǎn)頂煤的厚度為4 m，泵站壓力30 MPa，在移支架為6架，分為3組。

試驗(yàn)結(jié)果顯示：一級(jí)支架總放煤時(shí)間平均為75 s時(shí)，尾梁最大擺動(dòng)角度為24°；二級(jí)支架總放煤時(shí)間為48 s時(shí)，尾梁最大擺動(dòng)角度為13°；三級(jí)支架總放煤時(shí)間為23 s時(shí)，不需擺動(dòng)尾梁(各級(jí)支架放煤形態(tài)如圖3、圖4和圖5所示)。支架標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)時(shí)后擺梁與水平成38°，向上最大擺動(dòng)20°，向下最大擺動(dòng)39°，放煤口的最大寬度為1 048 mm。

圖3 一級(jí)支架放煤示意(mm)

圖4 二級(jí)支架放煤示意(mm)

圖5 三級(jí)支架放煤示意(mm)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：一級(jí)支架放煤時(shí)，若放煤口全部打開(kāi)時(shí)，后溜煤量較大且煤塵較多，不易觀察見(jiàn)矸情況。當(dāng)放煤口開(kāi)1/2時(shí)，大塊頂煤無(wú)法放下，將放煤口開(kāi)至3/4(尾梁最大擺動(dòng)角度24°)擺動(dòng)兩次尾梁，有利于頂煤的下放。二級(jí)支架放煤時(shí)，頂煤量較少且破碎較充分，將放煤口開(kāi)1/2(尾梁最大擺動(dòng)角度13°)，有利于頂煤的下放。三級(jí)支架放煤時(shí)，頂煤破碎充分，同時(shí)頂煤量少，只需收回插板即可。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)“定量化”操作試驗(yàn)，精確確定了單輪分組間隔放煤工藝條件下，放煤時(shí)各類支架的擺梁角度、放煤作業(yè)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)放煤工實(shí)際操作的“定量化”。

5 結(jié) 語(yǔ)

1) 單輪分組間隔放煤法與單輪間隔放煤法相比，煤巖分離面更少，混矸率更低，煤炭回收率更高，在允許含矸率為7.2%的條件下，頂煤回收率可達(dá)到97%。

2) 麻家梁礦全面應(yīng)用單輪分組間隔放煤工藝后，不僅技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著，商品煤產(chǎn)率提高8%，每年還可減少排矸約80萬(wàn)t，節(jié)約排矸費(fèi)用2 400萬(wàn)元，增加商品煤產(chǎn)量80萬(wàn)t，按噸煤400元計(jì)算增收32 000萬(wàn)元。同時(shí)，減少了礦井各類生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備的磨損，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，并大大降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。