连采机机械化开采回收边角煤资源技术研究

孟俊杰

(山西焦煤汾西矿业集团, 山西 介休 032000)

山西汾西矿业集团两渡煤业现主要开采崔家沟井田范围西部的9#、10#煤，生产采区为二采区。该采区断层发育且走向不一，断层交错切割及地面村庄压覆形成多个赋存不连续、形状不规则的9#、10#边角煤块段资源，不能布置正规的综采工作面。传统综采工艺存在以下问题：1) 巷道掘进过程中遇断层需后退重开切眼，掘进工程量浪费严重，无效进尺增多；且回采面长度及有效推进距离短，不能充分发挥综采装备效能。2) 工作面搬家倒面次数增多，特殊作业造成的安全隐患增加。3) 受断层及地质构造影响，易诱发水害事故。4) 工作面推进过程中揭露断层时，易造成片帮、拉槽甚至大面积冒顶。5) 边角煤资源回收困难，资源浪费严重。

根据《山西省煤矿特殊条件开采管理标准》中“鼓励生产企业在安全、合理、经济的前提下，进行三下开采、登空开采、边角煤开采、旧采空区复采等特殊条件下采煤”的政策要求，结合汾西矿业集团南关煤矿采用连采机回收边角煤资源的实践，在进一步优化巷道布置、工艺参数、完善全风压通风系统的基础上，开展两渡煤业连采机机械化开采回收构造复杂区边角煤资源技术研究。

1 矿井概况

汾西矿业集团两渡煤业为低瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量1.74 m3/t、绝对涌出量3.39 m3/min；煤尘具有爆炸性；自然发火等级为Ⅱ类自燃煤层(9#煤最短自然发火期82天，10#煤最短自然发火期80天)；矿井水文地质类型为复杂，带压突水系数为0.045 MPa.

矿井在二采区集中大巷南侧布置L21001连采工作面，分别布置有组装硐室、材料巷、顺槽回风联巷、运输巷、回采支巷及采硐，工作面平面示意图见图1.

L21001运输巷通过原21011溜煤眼与二采皮带巷连通，形成连采面主运输系统；L21001材料巷通过21011进料联巷与二采轨道巷连通形成连采面辅助运输系统；材料巷、运输巷通过原21011回风联巷与二采回风巷连通形成连采面通风系统。

L21001工作面全风压系统形成后开始掘进回采支巷。支巷掘进时，先掘1#回采支巷，待1#支巷回采结束后再掘北侧2#支巷，2#支巷回采结束后，依次后退掘进及回采3#—7#回采支巷，直至7条支巷全部回采结束。

2 巷道断面及施工要求

L21001材料巷、运输巷、顺槽回风联巷、回采支巷均为矩形断面，采用锚杆、金属网、W钢带联合支护，巷道断面设计参数见表1.

图1 工作面平面示意图

表1 巷道断面设计参数表

巷道采用连采机配套系统进行掘进。连采机破、落及装煤，胶轮梭车转载运煤及物料；采用该矿原使用的锚杆钻机进行锚杆、锚索安装。

支巷掘进过程中遇地质构造严重影响施工时，可停止掘进，并在已掘支巷内回采。

3 采硐回采工艺

3.1 采硐参数

3.1.1采硐方位角

依据巷道断面及连采机运行最小尺寸要求，确定采硐与回采支巷中线呈45°夹角。

3.1.2采硐高度、宽度

根据《L21001工作面连采机机械化开采初步设计说明书》，确定开采1.05 m厚9#煤、0.3 m厚夹矸、2.15 m厚10#煤(遗留0.1 m厚10#煤底煤)，总采煤层厚度为3.2 m，总采高3.5 m. 因此，将割煤高度(即采硐高度)确定为3.5 m.

采硐宽度即连采机截割滚筒宽度，工作面所选ML360型连采机滚筒宽度3.36 m，故采硐宽度确定为3.4 m.

3.1.3采硐深度

采硐深度主要由顶板自稳时间及机械设备配套长度决定，根据南关煤业实践经验结合连采机设备参数以及通风管理规定，将采硐最大深度确定为6 m.

回采过程中，为保证采硐内顶板的稳定性，回采深度视硐内顶板状况进行调整，规定每一采硐采完后立即退机并用金属网进行封闭，严禁二次进入。

3.1.4采硐回采顺序

回采支巷内双翼布置采硐，左右交替进刀后退式回采。

3.2 回采工艺

连采机回采采硐，完成对煤炭的破、落、装等工序；胶轮梭车跟随连采机接收煤量，并转载至刮板输送机、胶带输送机；采用煤柱支撑法管理顶板，从而完成对边角煤资源的回收。

回采支巷掘进到位后，在正前布置2台XZ7000/24.5/46型履带行走液压支架，连采机从回采支巷迎头由里向外、左右交替双翼进刀回收巷道两侧煤柱，连采机工作面回采工艺见图2.

图2 连采机工作面回采工艺图

1) 两台履带行走液压支架均布置在1#采硐口，其中1#支架布置在1#采硐前500 mm处，2#支架与1#采硐口平齐，遥控操作连采机斜切45°进刀回采1#硐，最大进刀深度6 m.

2) 回采完左帮1#采硐后退出连采机，及时封闭采硐，遥控操作1#支架前行至与2#采硐口平齐，支护住新暴露的三角区顶板，待1#支架支撑稳定后，操作2#支架前行至2#采硐前500 mm处。

3) 操作连采机在支巷右帮斜切45°进刀回采2#采硐，最大进刀深度6 m.

4) 回采完2#采硐后退出连采机并封闭采硐，操作2#支架前行至与3#采硐口平齐并支撑好顶板，再操作1#支架前行至3#采硐前500 mm处。

5) 依次循环，直至采硐回采完毕。

采硐间留设3 m煤柱，若遇构造或其他特殊地质条件影响严重时，须及时调整煤柱尺寸为4～6 m.每采5组采硐(单翼5个、双翼共10个)留设6 m采硐间保护煤柱。回采支巷间采硐回采结束留设8 m净煤柱。回采支巷两端与顺槽间留设15 m保护煤柱，支巷回采完后，将回采支巷两端及时密闭。

3.3 工作面生产系统

3.3.1运煤系统

采硐(连采机)→回采支巷(胶轮梭车、刮板输送机)→运输巷(带式输送机)→21011材料巷(带式输送机)→溜煤眼→二采皮带巷→二采区煤仓→+560 m.运输大巷(带式输送机)→上仓胶带斜巷(带式输送机)→井底煤仓→主斜井→地面

3.3.2运料系统

地面材料设备→崔家沟材料斜井→+610 m 运输平巷→集中轨道巷→二采轨道巷→21011进料联巷→L21001材料巷(运输巷)→用料地点

3.3.3行人系统

地面→人行斜井(猴车)→+560 m 运输大巷(猴车)→+560 m 行人斜巷(猴车)→二采轨道巷(猴车)→21011进料联巷→L21001运输巷(材料巷)→工作地点

3.3.4通风系统

地面→进风井→集中轨道巷→二采轨道巷→L21001工作面进风联巷→L21001材料巷→L21001顺槽回风联巷(回采支巷)→L21001运输巷→21011材巷回风联巷→二采回风巷→集中回风巷→崔家沟新风井→地面

采硐最大开采深度为6 m，采硐内主要靠扩散通风，配合ML360连采机配置的集尘系统，对工作面含尘气流强制性吸出，在连采机前方形成一定的负压区域，诱导支巷风流进入采硐经由除尘风机向连采机后部排出，从而可改善采硐通风。

3.3.5供、排水系统

供水路线:高山水池→崔家沟新风井→集中回风巷→二采回风巷→21011回风联巷→L21001工作面

排水路线:L21001工作面排水点→21011进料联巷→二采轨道巷(水沟)→二采中部水仓→中央水仓→地面

3.3.6防灭火系统

从二采回风巷引入4英寸注氮管，通过21011回风联巷进入L21001材料巷至各回采支巷，回采期间如支巷内CO浓度异常，达到0.002 4%并持续升高，则对工作面进行注氮(注氮量为231 m3/h).

支巷回采结束后两端及时封闭并在材料巷侧闭墙处留设注氮接口。连采面1#—3#、4#—7#支巷回采结束后分别进行注氮。

4 连采试验效果分析

以两渡煤业L21001连采面为例，采用“三八制”组织作业。连采机在进行旺格维利法采煤时，把采1个硐室作为1个正规循环进行统计。基于连采机机械化装备水平和现场实践，在采硐宽度3.4 m、高度3.5 m(0.3 m厚夹矸，3.2 m厚煤层)、深度6 m的情况下，生产班每班完成3个采硐，日循环6个采硐；支巷掘进时，掘进循环进尺2.0 m，每班3个循环，日掘进12 m.

4.1 支巷掘进生产能力

循环产量=巷道宽度×采煤高度×煤体容重×循环进尺=5.4 m×3.2 m×1.4 t/m3×2 m=48.38 t

日产量=循环产量×日循环数量=48.38×6=290.30 t

月产量=日产量×月工作天数×循环率=290.30×28×0.90=7 315.66 t

4.2 采硐生产能力

采硐循环产量=采硐深度×采硐宽度×采煤高度×煤体容重=6 m×3.4 m×3.2 m×1.4 t/m3=91.40 t

日产量=采硐循环产量×日采采硐数量=91.40×6=548.35 t

月产量=日产量×月工作天数×循环率=548.35×28×0.90=13 818.47 t

5 结 语

连采机机械化开采适用于回收矿区中赋存不连续、形状不规则、地质构造区等特殊难采边角煤资源，解决了因地质构造复杂、三下压煤、采煤工艺落后等原因造成的边角煤和旧采空区遗煤资源浪费的问题，提高资源回收率，延长矿井服务年限，保障企业可持续发展。