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        厚煤層綜放開采工藝及參數(shù)的研究

        2022-01-15 04:41:02
        山東煤炭科技 2021年12期
        關(guān)鍵詞:采煤機(jī)工藝

        鄧 飛

        (山西焦煤西山煤電有限公司東曲煤礦,山西 太原 030200)

        1 概況

        東曲礦8818 開采面主采8#煤,煤層厚度在5.2~7.8 m,平均厚度6.8 m,埋深315 m。原開采方式為水平分層開采,工藝較落后,勞動(dòng)強(qiáng)度大,機(jī)械化程度低,且開采效果不佳,嚴(yán)重制約生產(chǎn)效益。為改進(jìn)開采工藝,提升生產(chǎn)效益,針對(duì)該工作面特點(diǎn),對(duì)其開采工藝進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)。

        2 采煤工藝方案

        2.1 頂煤冒放性分析

        根據(jù)大量礦井開采作業(yè)經(jīng)驗(yàn),綜放開采能否更好地實(shí)施,關(guān)鍵在于工作面的頂煤冒放性。煤礦開采中,煤厚、煤層構(gòu)成、開采深度、夾矸層數(shù)、厚度及硬度、裂隙發(fā)育、頂?shù)装鍘r性等都對(duì)頂煤冒放性有影響,因此分析頂煤冒放性需結(jié)合上述因素進(jìn)行[1-2]。圖1 是頂煤受力狀態(tài)圖,該模型可簡(jiǎn)化為二維模型如式(1)。

        圖1 頂煤受力狀態(tài)圖

        式中:γH為原巖應(yīng)力;KγH為圍巖內(nèi)支承壓力最大值;H為煤層賦存深度,m;σ1為第1 主應(yīng)力,MPa;σ3為第2 主應(yīng)力,MPa;Rc為煤體強(qiáng)度,MPa;f為煤內(nèi)摩擦系數(shù)。

        取煤的泊松比μ=λ/(1+λ)=0.25,K=3.5,γ=2.3 t/m3,可得:H=0.439Rc/γ。假設(shè)煤體強(qiáng)度不變,需滿足H≥19.1Rc,結(jié)合工作面8#煤的埋深及其煤體強(qiáng)度,可知該條件滿足。進(jìn)而分析采深與抗壓強(qiáng)度、煤頂巖性、采放比等參數(shù),得冒放性權(quán)重?cái)?shù)據(jù)見表1。

        表1 頂煤冒放性影響因素表

        由表1 可知,8818 工作面頂煤冒放性:μ= ∑Aiμi≈0.8,由表2 可知8#煤冒放性較好。

        表2 頂煤冒放性性能評(píng)價(jià)表

        2.2 回采工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

        (1)試驗(yàn)開采工作面選擇在8818 工作面的南翼,煤層傾角約為9°,平均煤厚7 m,機(jī)巷標(biāo)高+1386~ +1393 m,風(fēng)巷標(biāo)高+1408~ +1426 m,傾向長(zhǎng)150 m。

        (2)采用放頂煤開采方式,采煤機(jī)采高增加時(shí),放煤高度應(yīng)該減少,這樣可提高頂煤冒放性和回收率。但采煤機(jī)采高增加時(shí),礦山壓力將更為明顯,對(duì)支架性能要求就會(huì)變高[3]。確定采煤機(jī)割煤高度為3 m,放煤高度為4 m,采放比為二者比值。

        (3)放煤步距通常是采煤機(jī)滾筒截割深度的整數(shù)倍,采煤機(jī)放煤一般是采一放一、采二放一或者采三放一,本文中采煤機(jī)滾筒截割深度為0.8 m,即步距有0.8 m、1.6 m、2.4 m 三種。通過軟件模擬分析不同情況下相關(guān)開采數(shù)據(jù)見表3。可確定放煤步距為0.8 m。

        表3 不同放煤方式開采數(shù)據(jù)表

        (4)放煤方式的確定實(shí)際上是選擇放煤口開啟的數(shù)量、順序和放煤量,按開口順序分順序和間隔兩種,按放煤次數(shù)又分單輪、多輪和雙輪。本文分別分析了單輪間隔放煤、單輪順序放煤、多輪順序放煤三種放煤方式的放出率,分別為83.2%、78.1%、85.3%,因此確定放煤方式為多輪順序放煤。

        2.3 “三機(jī)”選型

        (1)采煤機(jī)選型。根據(jù)割煤高度3 m 及工作面其他相關(guān)技術(shù)條件,初步選定采煤機(jī)的滾筒直徑為1.8~2.4 m??捎?jì)算得最大落煤量為761 t/h,進(jìn)而求出需要的切割功率不小于1100 kW,綜合考慮,選擇滾筒直徑為2 m、切割功率為1200 kW 的采煤機(jī)。

        (2)支架選型。支架的選型應(yīng)結(jié)合理論和實(shí)際,支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)足夠支護(hù)冒落頂板巖層和頂煤的重量,計(jì)算結(jié)果為1.10 MPa,因此支架選型設(shè)計(jì)的支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)為1.10 MPa,高度在1.8~3.5 m 范圍內(nèi)[4-5]。

        (3)刮板運(yùn)輸機(jī)選型。刮板運(yùn)輸機(jī)的選擇包括兩部分:前、后刮板運(yùn)輸機(jī)。前刮板運(yùn)輸機(jī)需滿足運(yùn)煤能力大于最大割煤能力并有足夠的余量,確定前刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸量為1800 t/h。后刮板運(yùn)輸機(jī)主要作用是拉運(yùn)放頂煤,可計(jì)算出最小運(yùn)輸能力為782 t/h,最終設(shè)計(jì)后刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸量為2000 t/h。

        3 效果

        經(jīng)采煤工藝設(shè)計(jì),確定方案為采高3 m,一采一放,放煤步距0.8 m,多輪順序放煤。選擇適宜的配套“三機(jī)”。在8818 開采面試驗(yàn)開采,工作面日產(chǎn)萬噸以上,較之前有很大提升。

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