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        堅硬煤層開采的進刀方式對塊煤率的影響分析

        2022-04-02 01:44:40
        山西冶金 2022年1期
        關(guān)鍵詞:采煤機

        馮 濤

        (晉能控股煤業(yè)集團永定莊煤業(yè)公司生產(chǎn)技術(shù)部, 山西 大同 037000)

        我國的煤炭資源豐富,為我國的經(jīng)濟發(fā)展提供了充足的動力。煤炭作為重要的能源供應(yīng),在使用過程中容易造成一定的污染。隨著清潔型能源的使用,對煤炭的綠色開發(fā)利用有了迫切的需求。在煤炭的開采過程中,現(xiàn)有的綜采開采工藝容易造成煤體的粉碎率過高,礦井的塊煤率低,影響煤炭的清潔使用。堅硬煤層由于煤層的質(zhì)地堅硬,內(nèi)生的裂隙發(fā)育不足,在采煤作業(yè)時功耗大,煤炭的可截割性較差,在工作過程中形成的粉塵較大,塊煤率不高,且會造成惡劣的作業(yè)環(huán)境[1]。在不改變煤巖力學性質(zhì)的前提下,對開采工藝設(shè)備及參數(shù)進行改進,是提高塊煤生產(chǎn)效率的重要方式,開采過程中進刀方式的不同,也會影響開采的產(chǎn)量和效益。對堅硬煤層開采過程中的進刀方式造成塊煤率低的問題進行分析,從而優(yōu)化煤層的開采工藝,提高成煤的塊煤率[2]。

        1 煤層開采進刀方式與割煤方式的組合

        采煤機在進行煤層開采時,進刀過程指采煤機的滾筒進入煤層的過程,割煤方式指采煤機截割與其他工序的配合。采煤機的進刀方式與割煤方式的組合對于采煤作業(yè)的產(chǎn)量及效益具有直接影響。在煤層的綜采中,常用的組合方式有三種,分別為雙向割煤端頭斜切進刀方式、單向割煤端頭斜切進刀方式和中部斜切進刀方式[3]。

        雙向割煤端頭斜切進刀方式如圖1-1 所示,即在采煤機往返一次的過程中割煤兩次,常用在煤層的賦存條件穩(wěn)定及傾角較小的綜采過程中。在煤層產(chǎn)生壓裂后,煤層的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,會影響割煤過程中的牽引速度。單向割煤端頭斜切進刀方式即從采煤機一端開始進刀進行割煤[4]。單向割煤中部斜切進刀方式如圖1-2 所示,即開采過程中從工作面的中部開始進刀進行割煤。

        圖1 不同進刀方式示意圖

        在煤炭的開采過程中,塊煤率的大小與壓裂的形式有關(guān),不同的牽引速度下所形成的壓裂形式不同,從而影響煤層的塊煤率。在同一壓裂形式下,對進刀方式及塊煤率的關(guān)系進行分析。在煤層的開采過程中,選取不同的工作面長度及巷道保護煤柱的距離,進行不同進刀方式下的塊煤率分析[5]。

        2 進刀方式對塊煤率的影響分析

        2.1 工況一組合下的塊煤率分析

        選取工作面的長度為150 m,巷道保護煤柱為15 m,對三種不同的進刀方式下的塊煤率進行分析,得到如下頁圖2 所示的關(guān)系曲線。從圖2 中可以看出,在不同的壓裂形式下,隨著三種進刀方式下割一刀煤所需的總時間減小,對應(yīng)的塊煤率逐漸增加;其中,割一刀煤所需時間最小時塊煤率最高,在雙排孔來壓區(qū)采用雙向割煤端頭斜切進刀方式[6]。

        圖2 工況一不同壓裂形式下塊煤率與進刀方式的關(guān)系曲線

        2.2 工況二組合下的塊煤率分析

        選取工作面的長度為150 m,巷道保護煤柱為25 m,對三種不同的進刀方式下的塊煤率進行分析,得到如下頁圖3 所示的關(guān)系曲線。從圖3 中可以看出,在不同的壓裂形式下,隨著三種進刀方式下割一刀煤所需總時間的減小,對應(yīng)的塊煤率逐漸增加;其中,在雙排孔來壓區(qū)采用雙向割煤端頭斜切進刀方式時所需的進刀時間最小,為40.2 min,此時形成的塊煤率最高為69%。

        圖3 工況二不同壓裂形式下塊煤率與進刀方式的關(guān)系曲線

        2.3 工況三組合下的塊煤率分析

        選取工作面的長度為250 m,巷道保護煤柱為15 m,對三種不同的進刀方式下的塊煤率進行分析,得到如圖4 所示的關(guān)系曲線。從圖4 中可以看出,在不同的壓裂形式下,隨著三種進刀方式下割一刀煤所需總時間的減小,對應(yīng)的塊煤率逐漸增加;其中,在雙排孔來壓區(qū)采用雙向割煤端頭斜切進刀方式時所需的進刀時間最小,為55.5 min,此時形成的塊煤率最高為69%。

        圖4 工況三不同壓裂形式下塊煤率與進刀方式的關(guān)系曲線

        2.4 工況四組合下的塊煤率分析

        選取工作面的長度為250 m,巷道保護煤柱為25 m,對三種不同的進刀方式下的塊煤率進行分析,得到如圖5 所示的關(guān)系曲線。從圖5 中可以看出,在不同的壓裂形式下,隨著三種進刀方式下割一刀煤所需總時間的減小,對應(yīng)的塊煤率逐漸增加;其中,在雙排孔來壓區(qū)采用雙向割煤端頭斜切進刀方式時所需的進刀時間最小,為57 min,此時形成的塊煤率最高為69%。

        圖5 工況四不同壓裂形式下塊煤率與進刀方式的關(guān)系曲線

        通過上述分析可知,在巷道保護煤柱不變時,三種進刀方式下割一刀煤所需的時間逐漸減小,在雙排孔來壓區(qū)采用雙向割煤端頭斜切進刀方式時所需的進刀時間最小,此時的塊煤率最高;當保護煤柱增加時,三種進刀方式割一刀煤所需的時間也逐漸增加。在不同的工作面長度時,巷道保護煤柱越小,三種進刀方式割一刀煤所需的時間越小,采用雙向割煤端頭斜切進刀方式對雙排孔壓裂區(qū)進行開采時的塊煤率最高。

        3 結(jié)論

        1)塊煤率的大小與開采中割一刀煤所需的時間相關(guān),隨著割一刀煤所需時間的減小,則形成的塊煤率增加。

        2)在三種不同的進刀方式下,雙向割煤端頭斜切進刀方式所需時間最小,此時的塊煤率最高。

        3)在進行煤層的開采時,應(yīng)盡量選擇雙向割煤端頭斜切進刀方式,從而提高煤樣的塊煤率,利于煤樣的清潔使用。

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