陕北地区较薄煤层综合机械化开采技术
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【摘 要】 较薄煤层资源在我国分布广泛，储量大、煤质一般较好，但开采成本高。研究出高效高产的较薄煤层的开采技术，对提高矿井效益有着重要意义。随着国内外采矿设备制造水平的提高，在采用大功率、高可靠性工作面设备的基础上，应根据当地的煤层赋存情况，因地制宜地选择采煤机械，并采用合理的采煤方法，努力实现较薄煤层的高产高效开采。本文将对矿井较薄煤层开采技术的的应用进行探讨。
1 工作面概况
1.1 工作面位置及井上下关系
102综采工作面为党家河煤矿首采工作面，位于矿井的东南部，距井底车场200m，北部与一盘区回风大巷相连接，南部与矿界（黄陵一号煤矿）相邻，东部和西部均为未开拓区。工作面设计走向长度1244m，倾向长度240m。102综采工作面地面对应位置均为山坡，常见洛河砂岩层被数十米的黄土所覆盖。无河流及建筑物，相对标高+1257～+1369m。该工作面煤层底板标高为+816～+824m，埋深+441～+545m，由于回采范围内为农田和坡地，对地面设施无任何影响。
1.2 工作面煤层情况
工作面煤层厚度为1.50～1.70m，平均厚度为1.65m。煤层走向为N1°～15°W，倾角0～3°，一般为0.5°。呈黑色，条痕为灰褐色、深棕色及棕黑色，沥青光泽，断口为阶梯参差状，呈条带状、线理状结构，具层状、块状构造，质硬而脆，外、内生裂隙较为发育，并被方解石、黄铁矿薄膜充填，另煤层中含少量黄铁矿结核，中上部以半亮及半暗型煤为主，中下部则以半暗及暗淡型煤为主。属弱粘煤，密度值为1.37t/m3。
1.3 煤层顶底板
1.3.1 煤层顶板
伪顶：紧贴煤层，厚度较薄，分布极不均匀，一般小于0.3m，多为砂质泥岩、泥岩和粉砂岩，局部见煤屑。
直接顶：厚度分布不均匀，一般厚度9.15～11.21m，平均厚 10.2m，多为黑灰色粉砂岩，含植物化石碎片，易碎，水平层理。
老顶：一般厚度为9.9～17.7m，平均厚15m（参见5-1、6-1钻孔），多为灰白、灰黑色细粒砂岩和中粒砂岩，主要矿物成分以石英、长石为主，局部夹粉砂岩、泥岩薄层，局部含植物化石、云母碎片，泥钙质胶结、板状层理，呈厚层状不易垮落。
1.3.2 煤层底板
直接底板：呈灰黑色细粒砂岩，含植物化石碎片及云母片，成分以石英为主，板状层理，一般厚度为1.85～3.65m，平均厚为2.80m，易风化，遇水膨胀。
老底：以黑、灰黑色细粒砂岩为主，成分以石英为主，板状层理，含植物化石碎片及云母片，泥钙质胶结。
2 采煤方法
2.1 采煤方法
本矿井开采近水平煤层，采用走向长壁综合机械化采煤方法。
2.2 巷道布置
2.2.1 盘区巷道布置概况
盘区前期共布置三条开拓巷道，其中+820m水平回风大巷担负回风任务； +820m水平胶带运输大巷担负运煤、进风、行人等任务； +820m水平辅助运输大巷担负进风、行人、运料等任务。
2.2.2 工作面巷道布置概况
102综采工作面是党家河煤矿的首采工作面，工作面共除切眼外另布置三条矩形断面，支护为锚网、W型钢带、锚索联合支护的巷道。102综采工作面回风顺槽，设计长度1218m，沿煤层底板布置，巷道规格为4400×2800mm，净断面为12.32m2。担负回风、运料、行人等任务。
102综采工作面主运输顺槽，设计长度1251m，沿煤层底板布置，巷道规格为4400×2800mm，净断面为12.32m2。担负进风、运输、行人等任务。
102综采工作面辅运顺槽，设计长度1694m，沿煤层底板布置，巷道规格为4400×2800mm，净断面为12.32m2。担负进风、运料、行人等任务。
102综采工作面切眼，设计长度240m，沿煤层底板布置，矩形断面，规格为6000×2300mm。
2.2.3 其他巷道
102综采工作面主运输顺槽和102综采工作面辅助运输顺槽之间布置3条联络巷，巷道规格为4400×2800mm，净断面为12.32m2。
2.3 采煤工艺
2.3.1 采煤工艺流程
采煤机由机头割三角煤后返刀移过渡支架、推机头由机头向机尾割煤跟机移架推移工作面前输送机机尾斜切进刀割三角煤移过渡支架、推机尾。
2.3.2 采高及循环进度
该工作面采高1.8m±0.1m，循环进度0.8m。
2.3.3 落煤方式
（1）割煤方式：双向割煤，采煤机往返一次割两刀。采用MG2×200/925-AWD型采煤机落煤，截深0.8m。
（2）进刀方式：端头割三角煤斜切进刀。
（3）进刀段长度：30m。
（4）牵引方式：齿轮销轨式无链电牵引。
（5）牵引速度：4-6m/min。
（6）进刀过程：
1）当采煤机割至工作面端头时，刮板输送机移近煤墙，采煤机机身处尚留有一段下部煤如图a所示。
2）升降摇臂，将前滚筒将下，后滚筒升起，反向牵引，沿刮板输送机弯曲段割入煤墙，直至前刮板输送机弯曲段移成直线为止如图b所示。
3）升降摇臂，再次调换滚筒上下位置，返回割煤至机头处如图c所示。
4）割完三角煤后， 再次调换滚筒上下位置，反向正常割煤如图d所示。
2.3.4 装煤方式
采用MG2*200/925-AWD型采煤机螺旋滚筒装煤，人工清理浮煤。
2.3.5 运煤方式
煤由工作面SGZ800/1050型刮板输送机SZZ800/315转载机102综采工作面主运顺槽+820水平胶带运输大巷上仓胶带斜巷井底煤仓主斜井胶带输送机地面原煤仓。
3 生产系统
3.1 运输系统
3.1.1 运煤路线
工作面102主运顺槽+820水平胶带运输大巷上仓胶带斜巷井底煤仓主斜井地面原煤仓。
3.1.2 运料路线
副斜井井底车场+820水平辅助运输大巷102辅运顺槽（102主运顺槽）102综采工作面。
副斜井井底车场+820水平辅助运输大102回风顺槽102综采工作面。
3.2 通风系统
3.2.1 通风路线
副斜井（主斜井）+820m水平辅运大巷（主运大巷）102主运顺槽102综采工作面102回风顺槽+820m水平回风大巷总回风石门回风立井地面。
3.2.2 工作面风量计算
（1）瓦斯绝对涌出量计算：102综采工作面绝对瓦斯涌出量取 15.02m3/min。102综采工作面瓦斯的浓度不超过0.8%的要求计算。
Q采1=125×q绝×K=125×15.02×1.3≈2441m3/min
式中：K―沼气涌出平均稳定系数，取1.3。
（2）按人数计算：Q采2=4N=4×80=320m3/min
式中：N―工作面同时最多人数，取80人。
（3）按气象条件计算：
Q采3=Q基本×K采高×K采面长×K温=370.06×1.1×1.4×1.1=626.88 m3/min
式中：Q基本―不同采煤方式工作面所需的基本风量，m3/min，
Q基本=60×工作面控顶距×工作面实际采高×70%×适宜风速=60×4.895×1.8×70%×1.0=370.06 m3/min；
K采高―回采工作面采高调整系数，取1.1；
K采面长―回采工作面长度调整系数，取1.4；
K温―回采工作面温度与对应风速调整系数，取1.1。
根据以上计算结果，工作面配风量按2441m3/min进行风速验算。
（4）风速验算：
根据《煤矿安全规程》规定，回采工作面最低风速0.25m/s，最高风速为4m/s的要求进行验算。即回采工作面风量应满足：
15×Sc≤Q采≤240×Sc
式中：Sc――回采工作面平均断面，m2（计算得12.32m2）
代入公式：15×12.32=184.8
240×12.32=2956.8>2441
工作面配风量设计为2441m3/min符合《煤矿安全规程》要求。施工中，根据工作面实际情况，还可由通风部门按规定作适当调整。
4 防尘系统
（1）回风顺槽：回风顺槽消防洒水管路采用DN50钢管，从+820水平辅运大巷主消防洒水管路上引入。
（2）主运顺槽：主运顺槽消防洒水管路采用DN50钢管，从+820水平辅运大巷主消防洒水管路上引入。
5 应用效果
经过现场应用，本开采技术方案非常适合较薄煤层矿井地质条件，工作面“三机”配套合理，设备运转正常，顶板控制可靠，月产量最高达到13.6万吨。值得在较薄煤层类似地质条件矿井推广应用。