連續(xù)采煤機短壁開采技術(shù)在東坪煤礦的應(yīng)用

郝萬東

(中國煤炭科工集團太原研究院，山西 太原 030006)

東坪煤礦為具有60年開采歷史的老礦井，資源整合后礦井批準生產(chǎn)能力為120萬t/a。目前井田范圍內(nèi)4號、8號、9號煤層已經(jīng)開采枯竭，15號煤層尚剩余部分資源，但剩余資源大部分為村莊下壓煤、邊角煤以及大巷保護礦柱，其中邊角煤資源量1200萬t。這部分剩余邊角煤資源賦存點分散，儲量較小，形狀不規(guī)則，無法布置正規(guī)綜采工作面。如何安全高效地開采這部分資源，延長礦井服務(wù)年限，是該礦目前亟待解決的問題[1-15]。

1 首采面煤層地質(zhì)條件

首采工作面位于井田中部F6大斷層附近，工作面西邊為綜采面采空區(qū)，東部和北部分別為秦賈村和劉賈村的村莊保護煤柱，工作面南部為劉賈村保護煤柱，首采工作面位置如圖1所示。整個工作面為不規(guī)則梯形，面積1.7萬m2，可采儲量15.6萬t。

圖1 首采工作面位置

1.1 煤層

首采面主采15號煤層，該煤層位于太原組底部，厚度5.49～6.82m，平均6.15m，結(jié)構(gòu)為簡單～復雜，煤層傾角3°～5°，屬于近水平厚煤層。煤層硬度f=2左右。煤層距地表100～120m。

1.2 頂?shù)装?/h3>

15號煤層直接頂為K2石灰?guī)r，巖質(zhì)細膩，堅硬，節(jié)理裂隙不發(fā)育，平均厚度9.75m。15號煤層直接底為灰黑色砂質(zhì)泥巖，富含植物化石及菱鐵礦結(jié)核，平均厚度6m，抗壓強度8.8～12.4MPa，屬軟巖。

1.3 其它技術(shù)條件

1)瓦斯。根據(jù)瓦斯等級鑒定批復文件，瓦斯絕對涌出量為4.72m3/min、相對瓦斯涌出量2.00m3/t，二氧化碳絕對涌出量為5.86m3/min、相對涌出量2.47m3/t，瓦斯等級為低瓦斯礦井。

2)煤塵。根據(jù)鑒定報告，15號煤火焰長度20mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量為35%，煤塵有爆炸性。

3)自燃傾向性。根據(jù)鑒定報告，15號煤吸氧量1.02m3/g，自燃傾向性等級為Ⅲ級，屬不易自燃煤層。

4)地溫。井田內(nèi)及周邊地區(qū)未見地溫、地壓異常區(qū)，礦井生產(chǎn)實踐中，地溫、地壓正常，屬地溫、地壓正常區(qū)。

2 采煤方法與開采技術(shù)方案設(shè)計

2.1 采煤方法選擇

以連續(xù)采煤機為主要開采設(shè)備的短壁機械化開采技術(shù)特別適用于不規(guī)則邊角煤塊段、各類煤柱的殘采和復采、建筑物下壓煤開采等。東坪煤礦15號煤層連采適應(yīng)性評價分析見表1。由表1可知，東坪煤礦15號煤層地質(zhì)賦存特點非常適宜采用連續(xù)采煤機進行開采。

2.2 開采技術(shù)方案設(shè)計

根據(jù)東坪煤礦15號煤層首采工作面地質(zhì)賦存條件和地表建筑物分布情況，工作面考慮采用塊段房柱式工藝布置方案，頂板按不垮落考慮。

表1 15號煤層連采適用性評價分析

2.2.1 巷道布置

在井田中央開拓大巷西北側(cè)村莊保護煤柱內(nèi)垂直開拓大巷方向布置連采工作面運輸大巷和回風大巷，在到達工作面開采區(qū)域后，沿村莊保護煤柱邊界布置首采面運輸平巷，沿斷層走向布置工作面回風平巷。在回風平巷與運輸平巷間布置回采支巷，支巷與運輸平巷布置呈60°，以便于設(shè)備運行。支巷間留設(shè)15m寬煤柱支撐頂板，相鄰支巷間每隔27m(巷中對巷中)采用聯(lián)巷貫通。各回采支巷和支巷間聯(lián)絡(luò)巷寬度均為6m。根據(jù)布置方案，回采區(qū)域內(nèi)共布置回采支巷10條，聯(lián)巷12條，工作面開采方案布置如圖2所示。

圖2 工作面開采方案布置圖(m)

2.2.2 巷道斷面與支護設(shè)計

整個回采工作面的巷道全部采用矩形斷面，根據(jù)巷道的不同用途以及從方便工作面設(shè)備運行方面考慮，巷道斷面設(shè)計如下：運輸平巷與運輸大巷斷面：寬×高=5.5m×4.5m；拉底回采前支巷斷面：寬×高=6m×4m；拉底回采后支巷斷面：寬×高=6m×6.5m。

工作面巷道頂板全部采用Ф20mm×2200mm高強度螺紋鋼錨桿支護，每排4根，間排距1500mm×2000mm。兩幫采用Ф20mm×1800mm玻璃鋼錨桿或圓鋼錨桿支護，間排距1500mm×1500mm，每幫支護三根。錨索采用三花布置，排距4m。

支巷上分層掘進時，對支巷上分層頂板和兩幫同時進行支護，回采下分層時，只回采不支護。

2.2.3 開采工藝

連采工作面的采煤包括支巷掘進與支巷拉底回采，全部由連續(xù)采煤機完成。工作面采掘順序如下：掘進支巷1、 掘進支巷2及聯(lián)絡(luò)巷1和2、二次拉底回采支巷1、掘進支巷3及聯(lián)絡(luò)巷3和4、二次拉底回采支巷2及聯(lián)絡(luò)巷1、2，支巷掘進與拉底回采順序如圖3所示。如此往復直至整個工作面10條支巷拉底回采完畢。

圖3 支巷掘進與拉底回采順序

支巷回采工藝：回采支巷時，一次正規(guī)循環(huán)進尺6m，當遇到復雜地質(zhì)情況或發(fā)育頂板及煤層時及時減小循環(huán)進尺，支巷采用切槽和采垛的方式完成6m寬巷道的掘進。支護與掘進平行作業(yè)，即連采機在支巷掘進時，工人在聯(lián)巷進行支護作業(yè)，連采機在聯(lián)巷掘進或在相鄰支巷拉底回采時，工人在支巷進行支護作業(yè)。

支巷拉底回采工序：支巷采用連續(xù)采煤機挖底的方式進行底部煤層的拉底開采。其工藝是首先回采支巷上部4m高度煤層，邊回采邊支護，形成全風壓通風系統(tǒng)后，再進行支巷下部剩余2.5m底煤的回采。其方式是在運輸巷開口處，連續(xù)采煤機采用8°下山的方向掘進，待切割至煤層底后，連采機保持水平方向掘進，二次回采兩幫不支護，連采機整個拉底過程中全部采用遙控器操作。拉底工序如圖4所示。

圖4 支巷回采與二次拉底工序(m)

2.2.4 工作面連采設(shè)備選擇

根據(jù)東坪礦15號煤層特點，工作面選擇了由中國煤炭科工集團太原研究院生產(chǎn)的成套連采裝備。采煤機選擇了EML340-33/55型大采高連續(xù)采煤機，該采煤機一次有效截割高度3.3～5.5m，每小時落煤量可達1000t以上。采用變頻調(diào)速控制行走機構(gòu)，啟動扭矩大、過載能力強，爬坡能力強。

由于工作面不規(guī)則，回采支巷長短不一，故后配套運輸設(shè)備選擇SC15/182F型分體梭車，該梭車最大安全載重15t，采用拖電纜電驅(qū)驅(qū)動方式，滿載運行速度8.2km/h，有效運行距離150m。工作面其它主要配套設(shè)備見表2。

表2 工作面配套設(shè)備

2.2.5 工作面運輸系統(tǒng)

聯(lián)巷掘進、支巷掘進和二次拉底回采時采用SC15/182F梭車、刮板輸送機、DSJ100/63/2×45實現(xiàn)工作面至運輸平巷最終到運輸大巷帶式輸送機間的煤炭運輸。

輔助運輸設(shè)備主要是采用平板車或防爆鏟運車從運輸大巷經(jīng)運輸平巷運至連采工作面。

2.2.6 工作面通風系統(tǒng)

1)通風方式：運輸平巷、回風平巷、工作面回采支巷掘進時全部采用局部通風機進行通風，支巷拉底回采采用全風壓通風方式，拉底回采支巷2時通風方式如圖5所示。

圖5 拉底回采支巷2時通風示意圖

2)通風路線：主井、副井→井底車場→井田開拓運輸大巷→采區(qū)運輸大巷→連采面運輸平巷→支巷(礦房)開采工作面→連采面回風平巷→采區(qū)回風大巷→井田開拓回風大巷→回風斜井→風硐排出地面。

3)工作面配風量：工作面配風量既要滿足稀釋瓦斯和二氧化碳等有毒有害氣體的要求，又要滿足人員呼吸和巷道最小風速要求。計算工作面配風量為900m3/min。

3 經(jīng)濟效益

東坪煤礦從2018年初引進該套連采技術(shù)以來，工作面運行穩(wěn)定，平均每月生產(chǎn)原煤2.5萬，噸煤售價459元，每月實現(xiàn)經(jīng)濟收入1125萬元。根據(jù)工作面設(shè)備配置和東坪煤礦現(xiàn)場實際消耗費用統(tǒng)計，每月機械費(主要包括設(shè)備折舊費、大修費、配件費、電費)為77.5萬元，人工費每月(工資、福利)50萬元，材料費每月(支護材料、油脂)26萬元，折合噸煤直接生產(chǎn)成本為61.4元/t，經(jīng)濟效益可觀。

4 結(jié) 語

以連續(xù)采煤機為主要開采設(shè)備的短壁開采技術(shù)在東坪煤礦取得了成功，該技術(shù)的成功實施，不僅為東坪煤礦可持續(xù)發(fā)展和延長礦井服務(wù)年限提供了技術(shù)解決途徑，而且也為其它類似礦井的邊角煤開采提供了很好的借鑒。