復(fù)雜條件下雙向割煤工藝技術(shù)研究

來紅祥 張志智 張偉龍

摘? 要：? 寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司麥垛山煤礦130602工作面煤層賦存結(jié)構(gòu)簡單，工作面平均傾角4-6度，為近水平工作面，在該工作面實現(xiàn)雙向割煤，提高設(shè)備開機率，提升產(chǎn)能，降低成本，減少頂板事故等優(yōu)勢，對相似條件下綜采工作面實現(xiàn)雙向割煤具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞： 雙向割煤;綜采工藝;綜采工作面;采空區(qū)處理

分類號：TH311

一、工程概況

1.煤層頂?shù)装鍘r性

寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司麥垛山煤礦的煤層結(jié)構(gòu)較簡單，煤層結(jié)構(gòu)總體呈北薄南厚之勢，厚度變化范圍較大，煤層為半暗淡型，瀝青光澤，內(nèi)生節(jié)理和構(gòu)造節(jié)理較發(fā)育，參差狀斷口，條帶狀的層狀構(gòu)造。頂板的巖性以粉質(zhì)砂石和碎屑砂巖為主，細(xì)顆粒砂巖和碎屑沙礫石次之，少量是中粒、粗顆屑砂巖。細(xì)砂巖的抗變形能力中等;粉質(zhì)砂巖容易變質(zhì)和軟化，不耐水浸，抗變形能力差;六煤頂板巖層不穩(wěn)定，六煤底板為粉砂巖，底板巖層單向抗壓強度相對較低，屬松軟類型底板[1-3]。

2.水文地質(zhì)情況

六煤頂部對工作面回采有影響的主要含水層有兩個，一是直羅組下段砂巖含水層（Ⅱ），分布于整個井田，含水層厚60～318m，平均厚度139m。巖性主要為灰綠、藍(lán)灰、灰褐色夾紫斑的中、粗粒砂巖為主，俗稱“七里鎮(zhèn)”砂巖，富水性相對較強;二是二煤～六煤間砂巖裂隙孔隙承壓含水層（Ⅲ），含水層巖性由灰、灰白、深灰色不同粒級的砂巖組成，平均厚度為74m，分布于全井田，是六煤直接充水含水層，屬弱含水層，二煤～六煤間砂巖裂隙孔隙承壓含水層是該工作面直接充水含水層。水文地質(zhì)類型屬于復(fù)雜類型[1-3]。

二、排水系統(tǒng)

煤礦主水倉位于副立井井底附近，一號水倉容積1952.4m3、二號水倉容積2718.8m3、三號水倉容積3816.5m3，總?cè)莘e8487.7 m3。在中央水泵房總共安裝了5臺MD600-118×9型離心泵，電機功率1600KW，單機揚程74m，通過在副立井井筒敷設(shè)的3趟Φ377mm管路將礦井水直接排至地面。13采區(qū)煤層呈北高南低，130602工作面從巷口向工作面方呈緩波狀下伏，為便于排水，在13采區(qū)南翼邊界設(shè)置邊界水倉，甲水倉容積458m3，乙水倉容積228m3，總?cè)莘e686m3，安裝3臺MD450-60×6水泵，敷設(shè)兩趟φ325×8mm無縫鋼管，排水系統(tǒng)在工作面形成前投入使用。

三、綜采工藝

綜合機械化采煤工藝簡稱“綜采”，是指采煤工作面主要生產(chǎn)工序全部實現(xiàn)機械化的采煤工藝。綜采工藝具有機械化程度高、勞動強度低、單產(chǎn)及安全性較好的優(yōu)勢[4-5]。

1.割煤

割煤是通過采煤機滾筒截割工作面煤壁的工序，采煤機分為滾筒式采煤機和刨煤機兩種，滾筒式采煤機有單滾筒采煤機和雙滾筒采煤機，目前雙滾筒采煤機普遍用于各煤礦綜采工作面。雙向割煤在煤層賦存穩(wěn)定、傾角較緩、煤層厚度適中的綜采面。

2.裝煤

采煤機割煤時通過滾筒螺旋葉片將截割的煤塊裝入刮板輸送機內(nèi)，拉移支架后推移刮板輸送機時通過刮板輸送機鏟煤板將底板浮煤裝入刮板輸送機內(nèi)，緊靠煤壁的浮煤成自然安息狀態(tài)。

3.運煤

刮板輸送機將工作面的煤運輸?shù)睫D(zhuǎn)載機中，通過轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)運輸至膠帶輸送機，再由順槽膠帶輸送機運輸至主運輸系統(tǒng)中。

4.工作面支護(hù)和采空區(qū)處理

工作面液壓支架和刮板輸送機連接，通過液壓系統(tǒng)可以實現(xiàn)對工作面頂板的支撐、前移、推移刮板輸送機和采空區(qū)處理等。工作面支護(hù)方式有及時支護(hù)和滯后支護(hù)，對頂板整體性差的工作面要及時拉移液壓支架進(jìn)行支護(hù)頂板，對直接頂穩(wěn)定性較好的頂板則可以考慮滯后支護(hù)，滯后距離要根據(jù)礦壓顯現(xiàn)情況明確規(guī)定，采空區(qū)處理通常采取全部垮落法進(jìn)行處理。

四、雙向割煤方式

麥垛山煤礦130602工作面配套MG750/1920-WD型采煤機，該礦井采用雙向割煤，采煤機往返一次完成兩個循環(huán)。雙向割煤時在工作面上下端部進(jìn)行斜切進(jìn)刀，每次連續(xù)進(jìn)刀兩次，斜切段長度為采煤機機身長度加刮板輸送機彎曲段長度。

面向回風(fēng)巷站在工作面，煤壁在右手方向的是右工作面，煤壁在左手方向的是左工作面，130602工作面為左工作面。為便于設(shè)備檢修，采煤機通常停機在上端頭附近，生產(chǎn)時采煤機由停機位置下行割煤，升起左滾筒割頂部的煤，下降右滾筒割底部的煤，滯后采煤機右滾筒5m移架，滯后采煤機右滾筒30m推移刮板輸送機;采煤機下行割通下端頭煤壁后，將左滾筒降下割底煤，并清理機頭浮煤;采煤機上行斜切進(jìn)刀時，右滾筒割頂部的煤，左滾筒割底部的煤，滯后采煤機左滾筒5m將拉移支架，待采煤機進(jìn)入直線段后將刮板輸送機斜切段推向煤壁，并通過操作調(diào)整液壓支架的推移梁順直刮板輸送機，采煤機開始割煤進(jìn)入下一循環(huán)[6]。

五、勞動組織

1.循環(huán)組織作業(yè)形式

生產(chǎn)作業(yè)管理方式嚴(yán)格實行“三八”制，即中班、夜班兩個生產(chǎn)班以工作面原煤生產(chǎn)和工作面回風(fēng)巷和膠帶輸送機巷的超前管理為主，早班主要以設(shè)備檢修為主，嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)場作業(yè)交接班的管理制度，每班有效生產(chǎn)作業(yè)及設(shè)備檢修時間為八小時。

2.循環(huán)數(shù)量計算

130602綜采工作面平均傾斜長度250m，考慮到上行割煤時大塊煤通過采煤機機身影響時間，采煤機下行割煤速度平均按照7m/min進(jìn)行計算，下行截割時間29min;采煤機上行割煤速度平均按5m/min進(jìn)行計算，采煤機上行割煤時間40min;采煤機在進(jìn)入斜切段時速度平均控制在4m/min，上下斜切段共計長度為100m，運行時間為25min;采煤機距工作面機頭、機尾30m停機移端頭，每次需20min;則下行割煤一個循環(huán)為時間為74min，上行割煤一個循環(huán)時間為85min。每班作業(yè)時間八小時，可以完成6個正規(guī)循環(huán)。

3.勞動組織

以采煤機割煤工序為主進(jìn)行組織生產(chǎn)，采煤機雙向割煤、移架、推移刮板輸送機等作業(yè)，分工種追采煤機作業(yè)，充分發(fā)揮了綜采設(shè)備的效能，提高生產(chǎn)功效。

六、雙向割煤適用條件

1.工作面長度及坡度

隨著綜采裝備和技術(shù)發(fā)展，工作面長度進(jìn)一步增大，一般長度適中的工作面采用雙向割煤方式比較合理的[7]。工作面坡度不易過大，坡度越大，功效越低。采用雙向割煤，為提高設(shè)備運行的安全性，要滯后采煤機一定距離推輸送機，每次推移方向不同，為控制輸送機上竄下滑，要加強拉架、調(diào)架管理[8]。因此，工作面長度不宜小于200m，坡度以近水平和緩傾斜為宜。

2.上下端頭管理

采煤機單向割煤時上下端頭每次只進(jìn)一刀，雙向割煤時上下端部斜切進(jìn)刀，每次連續(xù)進(jìn)刀兩次，壓力較集中，過臨時水倉、聯(lián)絡(luò)巷，頂板破碎時容易發(fā)生頂板事故。因此，雙向割煤適用于頂板較為穩(wěn)定，集中壓力較小，上下口便于管理的工作面。

3.采煤機安裝破碎機

上行割煤時，大塊煤在采煤機運行前方，不通過采煤機機身，不影響采煤機割煤速度，上行割煤時，為保證塊煤順利通過機身，需要安裝采煤機破碎機，，提高大塊煤通過率，減少生產(chǎn)影響。

七、結(jié)論

綜采工作面雙向割煤工藝能夠加快工作面推進(jìn)回采速度，增加作業(yè)循環(huán)數(shù)量，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)量，較大幅度發(fā)揮工作面生產(chǎn)能力，縮短了割煤后煤層頂板的空頂時間，提高了工作面作業(yè)安全性，降低了生產(chǎn)成本，實現(xiàn)最高日產(chǎn)1.8萬噸，生產(chǎn)18刀，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張志智.綜采工作面過沖刷帶技術(shù)研究[J] 華北科技學(xué)院學(xué)報.2016，（6）

[2] 楊雄國.麥垛山煤礦130602綜采工作面頂板初次來壓分析[J] 價值工程.2016，（3）

[3] 龔慧春.淺析麥垛山煤礦130602工作面采場管理方法研究[J] 價值工程.2016，（10）

[4] 張風(fēng)武.井下采煤技術(shù)與采煤工藝對生產(chǎn)的影響[J] 黑龍江科技信息.2014，（8）

[5] 侯昭君.井下采煤技術(shù)及采煤工藝的選擇[J] 煤炭技術(shù).2008，（12）

[6] 陳泓旭.淺談大采高綜采工作面雙向割煤工藝的應(yīng)用[J] 科技視界.2012，（8）

[7] 趙葆青.綜采工作面合理割煤方式的選擇[J] 同煤科技.1994，（04）

[8] 周平順.雙向割煤工藝在梅花井煤礦112203綜采工作面的應(yīng)用[J] 企業(yè)技術(shù)開發(fā).2011，（12）

作者簡介：來紅祥（1984.11-），男，寧夏平羅人，漢族，工程師，碩士研究生，2007年畢業(yè)于西安科技大學(xué)，現(xiàn)就職于國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)清水營煤礦，生產(chǎn)副礦長，主要研究井下生產(chǎn)技術(shù)管理。

通訊作者：張志智（1983.6-），男，寧夏固原人，漢族，工程師，本科，2009年畢業(yè)于華北科技學(xué)院，現(xiàn)就職于國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)清水營煤礦，生產(chǎn)管理部副部長，主要從事井下技術(shù)管理工作;

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