淺談薄煤層無人工作面開采技術

1、<p>　　淺談薄煤層無人工作面開采技術</p><p>　　摘 要：本文針對薄煤層采用傳統的炮采工藝落后、開采難度大等問題，借鑒國外的經驗研究出適合薄煤層開采的螺旋鉆開采新工藝，介紹了螺旋鉆開采的工藝過程及技術特點，實踐表明，采用鉆采方式能夠解決較薄煤層開采問題，具有工藝先進、成本低等優(yōu)點，具有較好的推廣應用價值。 </p><p>　　關鍵詞：大同；薄煤層；螺旋鉆開采；工藝

2、</p><p>　　大同煤礦集團薄煤層可采儲量占總可采儲量的比重很大，薄煤層開采一直采用傳統的炮采工藝，少數工作面采用薄煤層采煤機采煤，這樣的工藝主要存在以下缺點：一是工藝復雜，單產低；二是效率低，采煤直接工效僅為500～1 000t／(人·年)；三是遇構造時搬家頻繁；四是工人的勞動強度大；五是厚度較小的薄煤層采用炮采無法開采。隨著某些礦井可采儲量的日益枯竭，薄煤層的開采問題在大同礦區(qū)已越來越突出，但

3、是一直沒有研究出更有效的開采方法，因此，借鑒國外的經驗研究適合大同煤礦地質條件的薄煤層開采新工藝、新方法和新設備，最大限度地開發(fā)地下煤炭資源，是急需解決的重要課題。大同煤礦集團公司要及時在工作面進行螺旋鉆開采成為薄煤層開采工藝的一次革命。 </p><p>　　螺旋鉆采煤法在我國剛剛起步，主要用于薄煤層開采，屬于一種無人工作面開采法。1998年，我國從俄羅斯進口了兩臺БyT-3M型螺旋鉆采煤機，在徐州韓橋進行了工

4、業(yè)性試驗。其工作原理為：在巷道內穩(wěn)設螺旋鉆采煤機，向巷幫鉆孔采煤，巷道內安裝運輸設備運煤，根據頂板巖性及礦壓情況，在鉆孔間留設0.5～1.0m煤柱支護頂板，螺旋鉆采煤機移動由本身的履帶行走機構在巷道內移動，2003年，山東新汶礦業(yè)集團公司引進了兩臺BSHK-2DM螺旋鉆機，已通過中國煤炭協會技術鑒定。螺旋鉆采煤技術的核心的螺旋鉆具，它由螺旋鉆頭和成對的螺旋鉆桿組成。鉆具部分可根據不同的開采和地質條件安裝2～4個鉆頭，平行的鉆進2～4個鉆

5、孔，鉆孔寬度可達到1.14～2.77m。鉆具上裝有5種傳感器，分別監(jiān)控鉆孔內的瓦斯?jié)舛?、鉆頭旋轉扭距、鉆孔間的煤柱、鉆孔導向、鉆頭與煤層間隙等情況，并通過多功能控制裝置實現集中控制，并用單獨的局部通風機向孔內壓入新鮮風流，用噴水管在鉆孔內噴霧，使鉆孔內的瓦斯?jié)舛群头蹓m濃度達到安全標準。目前進口一臺螺旋鉆采煤機約需120-150萬元，采用雙順槽對向開采，安裝4臺采煤機同時生產，年產能力預計在100萬t。下</p><p

6、>　　1．試驗面生產技術條件 </p><p>　　1．1潘西礦1701鉆采面地質條件 </p><p>　　1701鉆采工作面為-350 m水平一采區(qū)七層煤東翼第一個工作面，其西部為七層一采上山，東部至七層煤變薄帶，北部為1702工作面準備區(qū)，南部為澇坡煤礦邊界煤柱。工作面走向長1 043 m，傾斜長40～120 m，面積為83 440 m2。地面標高+228．4 m，井下標高-1

7、49．0～-161．5 m。 </p><p>　　該面煤層賦存穩(wěn)定，煤層總厚度0．42～0．81 m，平均0．65 m，煤層結構簡單，可采指數為1，變異系數25．28％，屬較穩(wěn)定層。 </p><p><b>　　1．2巷道布置 </b></p><p>　　七層煤一采區(qū)采用單翼布置，在采區(qū)西部布置采區(qū)軌道上山及采區(qū)輸送機上山，兩條上山均沿七

8、層煤掘進，其中，輸送機上山作為運煤及進風用，軌道上山作為輔助運輸及回風用。采區(qū)下部通過-350m水平七層煤大巷與-350m井底車場聯系，作為采區(qū)總進風巷。采區(qū)軌道上山上部連接-150m主石門，作為采區(qū)總回風巷。 </p><p>　　1701運輸巷位于采區(qū)上部車場以下40m處，采用單巷布置，巷道凈寬4400mm，凈高3500mm，斷面13．3m2，采用錨網梁支護，所用錨桿為螺紋鋼等強錨桿，直徑18mm，長度220

9、0mm，間排距為800mm×800mm。該巷道主要用于該鉆采面的進風、運煤和運料。 </p><p><b>　　2．開采方法 </b></p><p><b>　　2．1回采工藝 </b></p><p>　　1701工作面采用烏克蘭BSHK—2DM新型螺旋鉆機，采用前進式獨頭鉆采的工藝方式，下山方向鉆采完后再

10、退回調頭鉆采上山方向煤層。 </p><p><b>　　2．2落煤方法 </b></p><p>　　螺旋鉆機布置在運輸順槽中，向下山方向煤層打鉆，鉆頭割煤，螺旋鉆桿掏煤，掏出的煤直接落到運輸順槽的刮板輸送機上運山。該機一次采寬1905mm，鉆機自動接桿，達到設計采深或遇到斷層時退出鉆桿，螺旋鉆機整體前移，預留0．5m煤柱后開始下一循環(huán)鉆采。 </p>

11、<p>　　2．3螺旋鉆機工作面生產能力 </p><p>　　鉆采工作面每班鉆進30m，每天鉆進深度90m，鉆孔高度0．65m，鉆孔寬度1．905m，鉆煤時回收率0．95，則 </p><p>　　日產量Qd=90×1．905×0．65×1．31×0．95=138．7(t) </p><p>　　月產量Qm=13

12、8．7×30×90％=3745(t) </p><p>　　3．工作面設備配置 </p><p>　　運輸順槽內布置φ50mm的防塵管路，每50m設一個三通閥門，以便滿足鉆進時降塵和沖刷巷道，杜絕煤塵積聚。運煤巷道各轉載點相應安設噴霧裝置，實施轉載自動噴霧。在靠工作面?zhèn)仍O置SGW—40T型和SGW—30B型刮板輸送機和SPJ—800型膠帶輸送機，并在靠近鉆采工作面的地點

13、設有移動開關站、螺旋鉆機液壓系統泵站等設備。 </p><p>　　(1)螺旋鉆機BSHK—2DM型螺旋鉆采煤機，其主要技術參數為：鉆高0．65m，鉆寬1905mm，鉆深(上山力向）85 m；下山方向鉆深45m；電機功率235kW；鉆進速度1．0m／min。 </p><p>　　(2)運輸設備運輸設備有SGW—40T刮板輸送機一部，SPJ—800膠帶輸送機兩部。 </p>

14、<p>　　(3)輔助運輸設備輔助運輸采用單軌吊一部，起吊重量2 t，爬坡角度6°。 </p><p><b>　　4．頂板管理 </b></p><p>　　根據相鄰南冶礦1203西鉆采面的礦壓觀測資料和潘西礦1701面頂板情況觀測分析，由于煤層埋藏較淺，且為條帶式開采，雖然直接頂為不穩(wěn)定的二級二類頂板，但采寬1．905m，煤柱寬0．5m，頂板來

15、壓及下沉等顯現不明顯。 </p><p>　　5．勞動組織和主要經濟技術指標 </p><p><b>　　5．1勞動組織 </b></p><p>　　工作面采用“三八”制作業(yè)制度，每班作業(yè)8h，實行邊采邊準。每天檢修時間保持3h以上。 </p><p>　　1701工作面每班有1名帶班工長負責組織生產，配有螺旋鉆機司

16、機2人、維修工1人、輔助工2人、電工1人及相關工種的操作人員，全班合計7人。 </p><p>　　5．2主要經濟技術指標 </p><p>　　1701工作面的主要經濟技術指標見表及續(xù)表1中名稱 數量名稱數量煤硬度1.5出勤率81%煤層厚度0.42～0.81 m工作面效率6.5t/工鉆孔高度0.625m鉆孔寬度1.905m 地質儲量7.1萬t可采儲量5.67萬t可采期13.6月鉆煤采出率

17、≥80% </p><p><b>　　6．主要生產系統 </b></p><p><b>　　6．1通風系統 </b></p><p>　　選用DKJ—65No4．5型通風機對鉆孔內供風，DKJ—65No4.5型通風機供風量為130～200 m3／min，能滿足鉆孔供風要求。 </p><p>　

18、　1701運輸順槽采用壓入式通風方式。 </p><p><b>　　6．2供電系統 </b></p><p>　　1701西鉆采面的供電變壓器為KBSGZY—500／6型移動變電站，移動變壓器將6kV高壓變?yōu)?60V電壓，給螺旋鉆機、前部轉載機、后部轉載機、通風機、液壓泵站、單軌吊等供電；設備裝機總容量為387．76 kW。 </p><p>

19、;　　7．采煤成本對比分析 </p><p>　　螺旋鉆機采煤與炮采成本對比分析內容 </p><p>　　項目 螺旋鉆采煤機 炮采 設備租賃費 設備租賃費：53000元(1)工作面需用1m單體支柱1200棵，租賃費1.8萬元；(2)乳化液泵2臺，租賃費0.552萬元；(3)金屬鉸接頂梁260根，租賃費0.09萬元；(4)40T溜子租賃0.42萬元。小計2.862萬元材料消耗采煤材料消耗：

20、15115元(1)炸藥5.5t/萬t，每噸0.4萬元，計1.1萬元；(2)雷管1萬發(fā)/萬t，每發(fā)1元，計0.5萬元；(3)坑木10m3/萬t，750元/m3，計0.375萬元。小計1.975萬元電力消耗8.48 kW?h/t×3149t×0.45元/kW·h=12016元乳化液泵：37×0.7×12×30×0.45=4196 元；150刮板輸送機：5×0.7

21、×12×0.45=8505元。小計1.27萬元工資2000元/人×21人=42000元2000元/人×150人=300 000元 </p><p>　　項目 螺旋鉆采煤機 炮采 巷道費用 巷道成本2 725元/m，平均每月報廢巷道50 m，掘進費用13.625萬元 每米巷道成本1827元/m；每萬噸需掘進巷道587m，掘進費用：1827×587×0.5=

22、62.76萬元總合計25.828萬元71.867萬元噸煤成本68.994元143.734元 </p><p>　　注：0．7m以下的薄煤層炮采工作面單產按0．5萬t／月計算。 </p><p>　　從以上比較可以看出，采用螺旋鉆采煤機與采用炮采采煤相比，噸煤成本減少74．74元，按年產4萬t計算，每年可節(jié)省費用近300萬元。 </p><p><b>　　

23、8．結束語 </b></p><p>　　通過工業(yè)性試驗及對螺旋鉆采煤機性能的深入研究，主要取得以下成果： </p><p>　?、賹崿F了薄煤層單巷前進式開采。在同一條巷道中前面掘進、螺旋鉆機組滯后前進式的采煤方法，并且不用另外布置工作面回風巷，降低了巷道掘進率，有利于采掘接續(xù)，有利于薄煤層及邊角煤柱的回收。 </p><p>　　②實現了煤層潔凈開采。

24、鉆采過程中遇到斷層時退出鉆桿，掘進矸石可充填下部鉆孔，減少了矸石采出和排放量，同時孔間留設小煤柱，有利于建筑物下開采地表減沉。 </p><p>　?、蹖崿F了回采工藝的單一化。螺旋鉆機無人工作面開采工藝過程簡單，將傳統回采工藝的破、裝、運、支、處五大工序合并，由螺旋鉆機鉆采完成。 </p><p>　?、軐崿F了煤炭開采的車間化。螺旋鉆機無人工作面開采極大地改善了工人的勞動條件和勞動環(huán)境，工

25、人不再進入工作面，而是在巷道中操縱機械，勞動強度小，生產安全。 </p><p>　?、輨趧由a率高，經濟效益好。螺旋鉆機無人工作面開采，用人少，占用設備少，節(jié)省了工作面內的輸送機、支架等設備，減少了設備的故障率。 </p><p>　?、尢岣吡说V井安全生產程度。該機組采寬為1．905～2．105m，鉆采孔之間煤柱為0．5～1．0m，鉆采孔內不進入工作人員，實現了無人工作面獨頭采煤，杜絕了

26、占煤礦事故達50％的頂板事故；本鉆機采用局部通風機對迎頭供風，防塵管路、噴霧噴頭至迎頭，使用無火花型鉆頭，迎頭鉆桿中安設瓦斯斷電傳感器，鉆采孔開門處設置外噴等安全措施，杜絕了瓦斯、煤塵事故，可以說螺旋鉆采煤是一種安全度很高的先進采煤方式。 </p><p>　　總之，在薄煤層中使用螺旋鉆采煤機采煤試驗研究是成功的，達到了預期的效果，具有較好的推廣應用價值。而對于大同礦業(yè)集團也極具借鑒意義，從而極大利用現有資源，為