煤矿最佳回采工艺的选择及设备选型.pdf

引言 煤炭作为一种不可再生能源，在未来很长一段 时间内依然在我国能源结构中占据主导地位。为了 确保煤炭产量与工业生产及人们生活的需求相适 应， 需对煤炭的开采技术、 工艺以及综采设备的生产 能力进行不断优化改进。我国煤炭储量主要集中在 山西、 贵州、 内蒙古等地， 由于地理位置的不同各个 煤层的情况各不相同。 目前， 我国所开采煤层占据比 例最大的为缓倾斜煤层， 其次为倾斜煤层， 最后为急 倾斜煤层[1]。 其中， 由于当前采煤工艺及采煤技术的 局限性，针对缓倾斜煤层中的薄煤层和极薄煤层开 采受到制约，造成工作面煤炭无法得到百分之百的 开采， 进而造成能源的浪费。因此， 针对薄煤层和极 薄煤层的开采需为其设计最佳回采工艺，使得煤炭 资源得到充分开采。 1工程概况 以和顺新大地煤业有限公司某工作面 3 号煤层 为研究对象， 3 号煤层的主要情况如下所述 1） 3 号煤层厚度为 5.555.80 m，平均厚度为 5.68 m， 局部含夹矸一层， 厚度 0.330.35 m， 平均厚 度为 0.34 m。 2） 工作面地质构造情况 工作面以南 106.9 202.5 m， 工作面以东 27228.6 m 位置发育有 KX48 陷落柱；二次解释显示该陷落柱发育于工作面以南 83.5193.2 m， 2205 外切眼东帮以东 20197.4 m 位 置。 根据打钻探测结果显示 该陷落柱东边界距内切 眼西帮为 178 m，西边界距内切眼西帮为 317 m， 预 计陷落柱长轴 143 m， 短轴 68 m， 陷落柱不富水， 不 导水。 3） 工作面瓦斯、 火、 煤尘情况 经工作面实测， 瓦 斯含量为 7.236 2 m3/t，可解吸瓦斯含量为 4.834 0 m3/t， 不易自燃。 地温小于 26 ℃， 属于正常地温， 无热 害危险。 4） 工作面地质水文情况 根据瞬变电磁勘探结 果显示，工作面掘进范围上方发育有一处 3 号煤顶 板富水异常区。预计正常涌水量为 2 m3/h， 最大涌水 量为 7 m3/h。该工作面属于承压开采区域， 3 号煤底 板标高为 443.0～455.0 m，和顺新大地煤业有限 公司奥灰水水位标高为＋639 m， 承压 184.0～196.0 m 高水柱， 隔水层厚度为 141.87 m， 突水系数为 0.023 MPa/m， 进行掘进工程时要引起高度重视。 2工作面综采回采工艺的可行性研究 目前， 3 号煤层工作面一直采用综采回采工艺或 普通机械化采煤设备进行回采。 但是， 采用上述两种 回采工艺并未取得预期的效果，导致工作面的产煤 效率太低[2]。 经分析导致上述问题的主要原因为 3 号 煤层的地质构造复杂多变，而且 3 号煤层薄煤层所 占比例较大， 整个工作面煤层的变化较大。 就综合机 械化回采工艺在 3 号煤层的应用，有如下问题无法 解决 1） 3 号煤层工作面的向斜构造和背斜构造多， 斜 构造形式如图 1 所示。 由于上述向斜构造多，只有将刮板输送机安装 到向背斜构造的轴部才能够实现运输任务，而刮板 输送机无法实现较大角度的向上弯曲和向下弯曲。 因此， 3 号煤层向背斜构造多的原因导致采煤机无法 煤矿最佳回采工艺的选择及设备选型 李志杰 （阳泉煤业集团和顺新大地煤业有限公司， 山西晋中032700） 摘要 针对不同煤矿工作面煤层、 地质水文以及地质构造等基础条件不同的特点， 需为其选择最佳回采工 艺， 因此以和顺新大地煤业有限公司 3 号煤层为研究对象， 在分析其地质水文、 地质构造以及煤层特点的基础 上， 对比分析了综合机械化回采工艺、 普通机械化回采工艺以及炮采回采工艺的优劣性， 最终选择炮采回采工 艺为 3 号煤层的最佳回采工艺。 关键词 炮采生产效率生产成本 中图分类号 TD823文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 06-0028-02 收稿日期 2020-03-28 作者简介 李志杰 （1978） ， 男， 大专， 毕业于阳泉职业技术学 院， 助理工程师， 从事采煤技术管理工作。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.06.013 总第 206 期 2020 年第6 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 206 No.6， 2020 1-1煤层遇向斜构造1-2煤层遇背向斜构造 图 1斜构造形式 煤层 煤层 设计理论与方法 2020 年第 6 期 来回移动。 2） 该工作面煤层厚度的变化范围较大， 且薄煤 层所占比例较大。 当在生产中遇到薄煤层时， 无法实 现采煤机的移动和液压支架的平移。 而且， 当生产过 程中遇到顶板破碎带时， 难以对顶板进行支护， 进而 容易出现漏顶的事故发生[3]。 3） 工作面采用综合机械化回采工艺要求上下巷 处于平行的状态， 从而保证工作面长度相对稳定。 但 是， 3 号煤层工作面无法实现上巷和下巷的平行， 需 尽可能地减少运输设备的台数，否则需通过改变原 有巷道的方向， 提升工作面的采煤效率。紧接着， 改 变原有巷道的方向造成了 3 号煤层工作面长度的不 稳定， 无形增加了综采回采工艺的开采成本， 提升了 综采回采工艺的施工难度。 4） 由于 3 号煤层薄煤层所占比例较大， 而针对 薄煤层的液压支架类型较少。而且， 3 号煤层开采时 采高变化较大， 目前尚未有采高变化大的液压支架。 综上所述， 3 号煤层采用综合机械化回采工艺是不 现实的、 不合理的。因此， 拟采用普通机械化回采工 艺或炮采回采工艺对其进行开采[4]。 3最佳回采工艺确定及设备选型 为保证最终所选择回采工艺为最适合 3 号煤层 工作面的特点， 从开采效率、 顶板管理劳动量以及资 源回收率方面对普采和炮采回采工艺的优劣性进行 对比。 1） 顶板管理劳动量方面的对比。当采用炮采回 采工艺时，需对 3 号煤层工作面采用三排五柱的支 护方式， 排柱的间距分别为 1.2 m 和 0.8 m， 回采率 为 97。 经计算可知， 基于炮采回采工艺每生产 1 万 t 煤的平均回柱量为 5 814 棵。当采用普采回采工艺 时， 需对 3 号煤层工作面采用四排六柱的支护方式， 排柱的间距分别为 0.8 m 和 0.8 m，回采率为 97。 经计算可知，基于炮采回采工艺每生产 1 万 t 煤的 平均回柱量为 8 712 棵。综上所述， 炮采回采工艺能 够有效减少工作面顶板支护的管理劳动力，有效缩 短循环时间。 2） 开采效率方面的对比。对于普通煤层工作面 而言，基于炮采回采工艺的产量低于基于普采回采 工艺的产量。 而对于 3 号煤层的特点而言， 基于炮采 回采工艺的产量高于基于普采回采工艺的产量。而 且， 普采的事故率较高。基于炮采回采工艺， 采用三 班倒的工作制度， 每班产量为 251 t， 则每天的产量 为 751 t， 则每个月的理论产量为 22 590 t。按照炮采 循环率为 90计算，则基于炮采回采工艺的实际月 产量为 20 331 t。而普采回采工艺的循环率为 70， 每月的实际产量仅为 17 535 t。因此， 基于炮采回采 工艺每月比普采回采工艺多 2 796 t，按照每吨煤的 价格为 340 元。则，炮采回采工艺每月可多盈利 2 796340950 640 元。综合对比分析炮采回采工 艺和普采回采工艺开采效率和顶板支护管理的劳动 量， 炮采回采工艺均优于普采回采工艺[5]。因此， 针 对 3 号煤层的特点与其对应的最佳回采工艺为炮采 回采工艺。 根据该工作面的煤层特点及所选择的工艺， 为 其选择最为合适的综采设备。液压支架和刮板输送 机与工作面特点相关性大。 因此， 此处完成对液压支 架 和 刮 板 输 送 机 的 选 型 ， 液 压 支 架 型 号 为 ZF56200-18， 刮板输送机型号为 SGZ900/750， 其参 数分别如表 1、 表 2 所示。 4结语 煤矿工作面所选用的回采工艺是决定该工作面 生产效率的关键因素。 因此， 不同采煤工作面需综合 对比分析其煤层、 地质水位、 地质构造等情况， 从当 前应用最为广泛的综合机械化化回采、普通机械化 回采以及炮采回采工艺中选择最佳的采煤工艺， 以 达到工作面的产煤效率最高、 顶板管理劳动量最小、 生产成本最小等目的。本文针对 3 号煤层薄煤层比 例较大的特点， 最终选择最佳回采工艺为炮采。 参考文献 [1]王润红， 郭联宏， 朱文胜.霍尔辛赫煤矿回采工艺的优化设计 [J].煤矿安全， 2009， 44 （4） 106-109. [2]赵冲.煤矿开采中的采煤工艺、 掘进工艺和顶板控制及支护形 式研究[J].煤矿开采， 2017， 18 （6） 7-9. [3]马力， 李克民， 彭洪阁.露天煤矿倒堆条件下底部薄煤层柱式回 采工艺研究[J].采矿与安全工程学报， 2015， 32 （1） 73-77. [4]王新丰， 高明中， 李彦.衰老矿井回采工艺改革及系统改造探讨 [J].煤矿开采， 2007 （3） 28-30. [5]段红民， 李春阁.黑岱沟煤矿综放开采提高回采率技术研究[J]. 煤炭工程， 2013， 45 （5） 65-67. （编辑 赵婧） 高度 /mm中心距 /mm初撑力 /kN 工作阻力 /kN 支护强度 /MPa 1 3003 5001 5005 0635 274 6 000 6 250 0.80.86 表 1ZF56200-18 液压支架选型参数 长度 /m输送能力 / （t h-1）装机功率 /kW链速 / （m s-1） 2501 50023751.31 表 3SGZ900/750 刮板输送机选型参数 （下转第 64 页） 李志杰 煤矿最佳回采工艺的选择及设备选型29 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 状， 扩散的面积比较大， 喷雾颗粒细小且十分均匀， 能够大面积并且有效地降低粉尘浓度。 3功能特点 此装置的主要创新点在于其基于红外识别和粉 尘监控的原理， 监测更加迅速准确全面， 可靠性高。 不仅在井下工作时间可以连续监控整个区域，也可 以在煤炭车辆运输的时候监测粉尘浓度。 安装此装置后能够较为全面清除运输车辆表面 还有轮胎及其他容易积灰的地方，从煤矿生产的源 头控制了一定量的粉尘，使得在接下来的煤矿井下 工作的粉尘能够减少一部分，而且有效地改善了空 气的质量， 减少了对环境的污染。 且在煤矿井下进行 工作时，此装置中的粉尘浓度探测器和红外热释传 感器也能够很好地检测井下的粉尘浓度，并通过一 系列的装置反馈给控制中心，进行有效且全面的喷 雾降尘，减少工作人员尘肺病的发生率和井下爆炸 的事故率。 相应的， 控制中心也可以给降尘系统一个 定时喷雾降尘的指令，预防其他监测装置出现故障 时对工作造成的不便。 4结语 “人 - 机 - 环 - 管” 四位一体的粉尘源头控制煤 炭运输车辆降尘系统，具有尘浓度检测和人体红外 传感功能， 不仅能够精准降尘， 而且大大提高了降尘 效率。 实地考察后发现该系统能够满足生产需要， 实 现了对粉尘的源头控制。 参考文献 [1]陈卫红， 邢景才， 史廷明.粉尘的危害与控制[M].北京 化学工业 出版社， 2005． [2]李利军.采煤机机载喷雾降尘装置改进研究[J].自动化应用， 2019 （10） 17-19. [3]许满贵， 刘欣凯， 新强.煤矿综掘工作面高效喷雾降尘系统[J]. 湖南科技大学学报 （自然科学版） ， 2000 （2） 1-7. [4]杨卫兵， 王强.煤炭运输车辆专用除尘系统的研发及应用,[J]. 机械工程与自动化， 2000 （5） 209-210.（编辑 贾娟） 图 3降尘雾化喷头 Dust Reduction Equipment for Controlling Coal Transportation Vehicles based on Dust Source Yang Weibing （Sanyuan Fuda Coal Industry Co.,Ltd., Changzhi Shanxi 046000） Abstract The dust in the coal mine will not only threaten the respiratory tract of human body, but also be explosive in underground operation, so it is necessary to reduce dust in coal mine operation through certain measures. Firstly, the source and distribution of dust are expounded, the composition and working principle of dust control equipment are studied, and the function characteristics of the device are analyzed. Based on the “man-machine-ring-pipe“ four-in-one dust source control coal transport vehicles dust, not only accurate, from the dust source control, but also greatly improve the dust control efficiency. Key words coal dust source control; coal transport vehicle; atomization Selection of Optimal Mining Technology and Equipment Selection in Coal Mine Li Zhijie （Heshun Xindadi Coal Industry Co., Ltd., Jinzhong Shanxi 032700） Abstract According to the different characteristics of coal seam, geological hydrology and geological structure, it is necessary to select the best mining technology for it. Based on the analysis of its geological hydrology, geological structure and coal seam characteristics, this paper compares and analyzes the advantages and disadvantages of comprehensive mechanized mining technology, ordinary mechanized mining technology and blasting mining technology, and finally selects blasting mining technology as the best mining technology of No.3 coal seam. Key words gun extraction; production efficiency; production cost （上接第 29 页） 图 2热释电红外传感器 64