机械化原巷采煤工艺及工业性试验研究

宋永红

（山西宁武大运华盛老窑沟煤业有限公司， 山西 宁武 036700）

引言

我国煤炭资源丰富，在全球范围内储量位居前列。目前，我国成为煤炭生产量和消耗量最大的国家，而且煤炭在未来很长一段时间内仍然在我国能源结构中占据主导地位。因此，在此大背景、大形势的需求下对煤炭的开采效率提出了更高的要求。影响煤炭开采效率的因素包括有采煤工艺、采煤技术、综采设备的自动化水平以及工作面巷道的支护效果，而上述因素与煤矿的地质、水文、煤层以及巷道等情况相关[1]。对于巷道较宽的工作面而言，采用传统的采煤工艺不仅其采煤效率低，而且其支护效果也无法达到生产要求。目前，针对巷道埋藏深度大、难以维护且回采效率低的问题，采用原巷充填技术能够解决上述问题。本文着重开展对机械化原巷采煤工艺的研究，并将验证其在实际生产中的应用。

1 工程概况

以17181 工作面为研究对象，该工作面走向长度为1 817 m、倾斜长度为187.4 m、面积为340 505.8 m2，倾角为2°～11°，平均5°。该工作面所采9 号煤层裂隙发育，结构简单，局部地段煤层下部夹0.2 m的页岩或炭质页岩，厚度变化不大，属于稳定煤层。煤层顶底板岩层情况如表1 所示。

2 原巷充填材料的研究

针对17181 工作面地质水位、构造复杂的情况，为了确保巷道掘进过程中避免应力集中现象的出现，采用原巷充填采煤工艺对该工作面进行生产，从而达到优化工作面布局，提高煤炭回采效率的目的[2]。本节对充填材料的力学性能进行研究。

目前可供选用的充填材料包括矸石固体材料、膏体材料和高水速凝材料等。结合17181 工作面的地质条件，并对比上述三种充填材料的特点，鉴于高水速凝材料具有强度高、适应性好、支撑力大等优势[3]，所以该工作面原巷充填采煤工艺选用高水速凝材料作为其充填材料。在前期调研的基础上，可将当前充填材料的配置方案分为三类（见表2）。

表1 17181 工作面煤层顶底板岩层情况表

表2 1 m3 充填材料配置方案及用途

当水灰质量比为2∶1 制备原巷充填材料时，制作成本较高。因此，本文选用水灰质量比为1.5∶1 的比例制备原巷充填材料。经试验表明，基于1.5∶1 比例所制备的原巷充填材料能够实现长距离、长时间的泵送，且所得原巷充填材料的强度满足实际生产的需求。

3 机械化原巷采煤工艺的研究

3.1 原巷机械化充填原理

所谓原巷充填指的是，将配制所得的充填材料通过注浆泵和管路将其运送至充填位置，从而使得所形成的充填体承担煤柱的作用实现采空区与原巷内的支护作用。原巷充填支护原理如下页图1 所示。

图1 原巷充填支护原理示意图

原巷充填采煤工艺的流程为割煤—平移液压支架—拉移充填模箱、支模—拌料—开泵—充填—移巷道超前支架—割煤。

根据17181 工作面的特点为原巷充填工艺选定充填泵站，选定充填设备，设计充填制浆系统，设计充填材料输送系统，设计充填材料的储存。

表3 原巷充填采煤工艺配套设备选型结果

3.2 机械化原巷采煤工艺的“三机”配套

为配合原巷充填采煤工艺的实施，为其配置自动上料机、自动拆包卸料机、自动配料装置、机械化充填模箱、超前液压自移支护支架[4]。此外，还需为该采煤工艺配置相应的采煤机、刮板输送机以及液压支架。其中，液压支架选型时需首要考虑支护强度、可适应煤层赋存变化等因素；采煤机选型时需要求其实际生产能力要高于工作面的设计生产能力，还需与液压支架相匹配；刮板输送机选型的关键原则为液压支架和采煤机相匹配。

4 机械化原巷充填采煤工艺的工业性试验

17181 工作面布置有回风巷道、运输巷道和开切眼断面。根据该工作面的现场情况，为了方便充填材料的运输，将充填泵站设定在轨道大巷650 m 的附近，经管路到运输顺槽最后达到充填工作面[5]。经计算，充填材料的管路总长度为3 000 m。原巷充填采煤工艺配套设备的选型结果如表3 所示。

机械化原巷充填采煤工艺被应用于17181 工作面后，其应用效果总结如下：

1）自该工作面采用机械化原巷充填采煤工艺以来，最大一次的填充长度为7.2 m，每月产量为15 万t，较之前每月产量为12 万t 有了大幅的提升。

2）工作面采用机械化原巷充填采煤工艺后，工作面作业人员的劳动强度得到明显降低。

3）工作面用机械化原巷充填采煤工艺后，原巷充填巷道的矿压显现得到明显缓和，且在回采过程中不需对巷道进行卧底、加固操作。

4）由于机械化原巷充填采煤工艺能够有效减少应力集中的现象，在支护过程中节约了支护材料，达到节约支护成本的目的。