机械化采煤工艺参数及设备选型研究

郭明飞

（山西新景煤业有限公司， 山西 阳泉 045000）

引言

回采率为对煤矿开采考核的主要指标之一，同时高回采率也是避免煤炭资源浪费的主要措施之一。前期，由于煤矿回采工艺和综采设备的能力存在一定的制约性，导致类似于薄煤层被直接放弃，造成对煤炭资源的浪费[1]。为此，本文针对薄煤层综采工作面提出了相应的开采技术，在完成工作面合理有效支护的基础上采用高效的采煤工艺，并为其配套高效的设备对薄煤层进行开采，对煤矿的可持续发展具有重要意义。

1 82203 综采工作面工程概况

82203 综采工作面所属煤矿的设计能力为45 万t/年，目前可开采的煤层包括有2 号、3 号、12 号以及14 号煤层。本文对其中的14 号煤层，即82203 工作面的薄煤层开展研究，该工作面的煤层的厚度范围为0.80～4.87 m，对应煤层的平均厚度为2.87 m。总的来讲，82203 综采工作面煤层的结构相对稳定。82203 综采工作面的顶底板地质条件如表1 所示。

表1 82203 综采工作面顶底板地质条件

除上述参数以外，82203 综采工作面瓦斯的绝对涌出量为0.23 m3/min，二氧化碳的绝对涌出量为0.32 m3/min。总的来讲，82203 综采工作面巷道顶板处于裂隙发育状态，且相对松软容易破碎。但是，82203 综采工作面受到其地质的较小的断层、小褶曲以及陷落柱的影响，导致针对该工作面薄煤层的开采时其开采效率受到极大的影响[2]。

2 工作面开采方案及巷道支护研究

本小节重点为后续82203 综采工作面薄煤层开采工艺的设计奠定基础，重点从工作面巷道布置和支护两个方面开展研究。

2.1 82203 综采工作面开采方案

鉴于82203 综采工作面的14 号煤层可分为14-1 号和14-2 号煤层，其煤层间距从0～8 m 跨度较大。而且，经现场勘测主要分为0～1 m 和1～8 m 两种情况。当煤层间距范围在0～1 m 之间时，由于两个煤层距离过近，导致开采上层煤层时对应下层煤层开采时顶板管理难度较大[3]。因此，对于煤层间距在0～1 m的情况，可采用煤层合层开采方案，如图1 所示。

图1 近距离煤层合层开采方案

采用如图1 所示的开采方案可将上下煤层看为一个整体进行开采，可有效克服薄煤层开采的特点，从而解决了薄煤层开采困难的问题，极大地提升了煤矿的开采效率，降低煤炭开采成本。但是，采用该种方案会产生大量的矸石（两煤层之间的矸石），为后续煤炭洗选增加工作量。

当煤层间距为1～8 m 时，采用单一煤层开采方案，其对应的方案如图2 所示。

采用如图2 所示的单一煤层开采方式，有效避免了上层煤层开采时对下层的影响，即上层煤层开采完毕后才对下层煤层的巷道进行掘进、开采等工作。但是，采用单一煤层开采方案明显增加了巷道掘进的工作量，增加了煤矿生产成本[4]。

图2 单一煤层开采方案

综上，对于工作面间距较小的煤层采用煤层宜合层开采方式，而对于工作面间距较大的煤层采用单一煤层开采方案。

2.2 巷道的支护设计

巷道的有效支护是保证工作面高效、快速、安全生产的基础，在上述开采方案的基础上针对运输巷道、回风巷道以及开切眼断面分别结合其顶底板情况设计对应的支护方案，具体支护方案如表2 所示。

表2 82203 工作面各巷道支护方案

3 采煤工艺及设备选型

3.1 采煤工艺参数的设计

本工程采用双滚筒采煤机对工作面进行机械化开采，其进刀方式为三角煤端部斜切进刀方式（截割煤）。为提高装煤效率，本工程采用反装滚筒的方式进行装煤，具体为在左摇臂上安装右旋滚筒，在右摇臂上安装左旋滚筒，反方向将煤炭甩进刮板输送机（装煤）。本工程采用传统的原煤方式，由刮板输送机-装载机-带式输送机运煤[5]。

采空区处理为煤矿生产的主要环节之一，本工程采用爆破强制放顶对采空区进行处理。分别设计底层孔和顶层孔，爆破孔的深度均为16 m。

3.2 关键设备的选型

关键设备为工作面生产涉及的采煤机、刮板输送机和液压支架，在理论计算和工作面现场实际考察的基础上，所选型“三机”的主要参数如表3 所示。

表3 82203 工作面“三机”选型

4 结论

1）针对82203 综采工作面的实际情况，其14 号煤层工作面包含两层薄煤层，对于煤层间距在0～1 m的情况采用煤层合层开采方式；对于煤层间距在1～8 m的情况采用单一煤层开采方案。

2）结合82203 综采工作面的地质条件和煤层特点，设定薄煤层开采工作面长度为150 m，采用双滚筒采煤机为核心进行机械化开采。为提高装煤效率，采用反装滚筒方式进行装煤，其他工艺与普通机械化开采工艺一致。

3）主要完成采煤机、刮板输送机和液压支架“三机”的选型，具体采煤机型号为MG160/360-BWD，刮板输送机型号为SGZ-630/220，液压支架型号为ZYB4400/8.5/18。

4）采用上述开采工艺参数及设备支撑下，每月实际开采煤炭量为14 868.3 t，预计年采量可达17.8 万t。