浅谈薄煤层无人工作面开采技术

    摘 要：本文针对薄煤层采用传统的炮采工艺落后、开采难度大等问题，借鉴国外的经验研究出适合薄煤层开采的螺旋钻开采新工艺，介绍了螺旋钻开采的工艺过程及技术特点，实践表明，采用钻采方式能够解决较薄煤层开采问题，具有工艺先进、成本低等优点，具有较好的推广应用价值。
　　关键词：大同；薄煤层；螺旋钻开采；工艺
　　
　　大同煤矿集团薄煤层可采储量占总可采储量的比重很大，薄煤层开采一直采用传统的炮采工艺，少数工作面采用薄煤层采煤机采煤，这样的工艺主要存在以下缺点：一是工艺复杂，单产低；二是效率低，采煤直接工效仅为500～1 000t／(人·年)；三是遇构造时搬家频繁；四是工人的劳动强度大；五是厚度较小的薄煤层采用炮采无法开采。随着某些矿井可采储量的日益枯竭，薄煤层的开采问题在大同矿区已越来越突出，但是一直没有研究出更有效的开采方法，因此，借鉴国外的经验研究适合大同煤矿地质条件的薄煤层开采新工艺、新方法和新设备，最大限度地开发地下煤炭资源，是急需解决的重要课题。大同煤矿集团公司要及时在工作面进行螺旋钻开采成为薄煤层开采工艺的一次革命。
　　螺旋钻采煤法在我国刚刚起步，主要用于薄煤层开采，属于一种无人工作面开采法。1998年，我国从俄罗斯进口了两台БyT-3M型螺旋钻采煤机，在徐州韩桥进行了工业性试验。其工作原理为：在巷道内稳设螺旋钻采煤机，向巷帮钻孔采煤，巷道内安装运输设备运煤，根据顶板岩性及矿压情况，在钻孔间留设0.5～1.0m煤柱支护顶板，螺旋钻采煤机移动由本身的履带行走机构在巷道内移动，2003年，山东新汶矿业集团公司引进了两台BSHK-2DM螺旋钻机，已通过中国煤炭协会技术鉴定。螺旋钻采煤技术的核心的螺旋钻具，它由螺旋钻头和成对的螺旋钻杆组成。钻具部分可根据不同的开采和地质条件安装2～4个钻头，平行的钻进2～4个钻孔，钻孔宽度可达到1.14～2.77m。钻具上装有5种传感器，分别监控钻孔内的瓦斯浓度、钻头旋转扭距、钻孔间的煤柱、钻孔导向、钻头与煤层间隙等情况，并通过多功能控制装置实现集中控制，并用单独的局部通风机向孔内压入新鲜风流，用喷水管在钻孔内喷雾，使钻孔内的瓦斯浓度和粉尘浓度达到安全标准。目前进口一台螺旋钻采煤机约需120-150万元，采用双顺槽对向开采，安装4台采煤机同时生产，年产能力预计在100万t。下面就以山东新汶矿业集团潘西煤矿与南冶煤矿为例分析薄煤层无人工作面开采技术。
　　
　　1．试验面生产技术条件
　　
　　1．1潘西矿1701钻采面地质条件
　　1701钻采工作面为-350 m水平一采区七层煤东翼 论文检测天使-免费论文检测软件http://www.jiancetianshi.com
第一个工作面，其西部为七层一采上山，东部至七层煤变薄带，北部为1702工作面准备区，南部为涝坡煤矿边界煤柱。工作面走向长1 043 m，倾斜长40～120 m，面积为83 440 m2。地面标高+228．4 m，井下标高-149．0～-161．5 m。
　　该面煤层赋存稳定，煤层总厚度0．42～0．81 m，平均0．65 m，煤层结构简单，可采指数为1，变异系数25．28％，属较稳定层。
　　1．2巷道布置
　　七层煤一采区采用单翼布置，在采区西部布置采区轨道上山及采区输送机上山，两条上山均沿七层煤掘进，其中，输送机上山作为运煤及进风用，轨道上山作为辅助运输及回风用。采区下部通过-350m水平七层煤大巷与-350m井底车场联系，作为采区总进风巷。采区轨道上山上部连接-150m主石门，作为采区总回风巷。
　　1701运输巷位于采区上部车场以下40m处，采用单巷布置，巷道净宽4400mm，净高3500mm，断面13．3m2，采用锚网梁支护，所用锚杆为螺纹钢等强锚杆，直径18mm，长度2200mm，间排距为800mm×800mm。该巷道主要用于该钻采面的进风、运煤和运料。
　　
　　2．开采方法
　　
　　2．1回采工艺
　　1701工作面采用乌克兰BSHK—2DM新型螺旋钻机，采用前进式独头钻采的工艺方式，下山方向钻采完后再退回调头钻采上山方向煤层。
　　2．2落煤方法
　　螺旋钻机布置在运输顺槽中，向下山方向煤层打钻，钻头割煤，螺旋钻杆掏煤，掏出的煤直接落到运输顺槽的刮板输送机上运山。该机一次采宽1905mm，钻机自动接杆，达到设计采深或遇到断层时退出钻杆，螺旋钻机整体前移，预留0．5m煤柱后开始下一循环钻采。
　　2．3螺旋钻机工作面生产能力
　　钻采工作面每班钻进30m，每天钻进深度90m，钻孔高度0．65m，钻孔宽度1．905m，钻煤时回收率0．95，则
　　日产量Qd=90×1．905×0．65×1．31×0．95=138．7(t)
　　月产量Qm=138．7×30×90％=3745(t)
　　
　　3．工作面设备配置
　　
　　运输顺槽内布置φ50mm的防尘管路，每50m设一个三通阀门，以便满足钻进时降尘和冲刷巷道，杜绝煤尘积聚。运煤巷道各转载点相应安设喷雾装置，实施转载自动喷雾。在靠工作面侧设置SGW—40T型和SGW—30B型刮板输送机和SPJ—800型胶带输送机，并在靠近钻采工作面的地点设有移动开关站、螺旋钻机液压系统泵站等设备。
　　(1)螺旋钻机BSHK—2DM型螺旋钻采煤机，其主要技术参数为：钻高0．65m，钻宽1905mm，钻深(上山力向）85 m；下山方向钻深45m；电机功率235kW；钻进速度1．0m／min。
　　(2)运输设备运输设备有SGW—40T刮板输送机一部，SPJ—800胶带输送机两部。
　　(3)辅助运输设备辅助运输采用单轨吊一部，起吊重量2 t，爬坡角度6°。
　　
　　4．顶板管理
　　
　　根据相邻南冶矿1203西钻采面的矿压观测资料和潘西矿1701面顶板情况观测分析，由于煤层埋藏较浅，且为条带式开采，虽然直接顶为不稳定的二级二类顶板，但采宽1．905m，煤柱宽0．5m，顶板来压及下沉等显现不明显。
　　5．劳动组织和主要经济技术指标
　　5．1劳动组织
　　工作面采用“三八”制作业制度，每班作业8h，实行边采边准。每天检修时间保持3h以上。
　　1701工作面每班有1名带班工长负责组织生产，配有螺旋钻机司机2人、维修工1人、辅助工2人、电工1人及相关工种的操作人员，全班合计7人。
　　5．2主要经济技术指标
　　1701工作面的主要经济技术指标见表及续表1中名称 数量名称数量煤硬度1.5出勤率81%煤层厚度0.42～0.81 m工作面效率6.5t/工钻孔高度0.625m钻孔宽度1.905m 地质储量7.1万t可采储量5.67万t可采期13.6月钻煤采出率≥80%
　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/fontbr />　　6．主要生产系统
　　
　　6．1通风系统
　　选用DKJ—65No4．5型通风机对钻孔内供风，DKJ—65No4.5型通风机供风量为130～200 m3／min，能满足钻孔供风要求。
　　1701运输顺槽采用压入式通风方式。
　　6．2供电系统
　　1701西钻采面的供电变压器为KBSGZY—500／6型移动变电站，移动变压器将6kV高压变为660V电压，给螺旋钻机、前部转载机、后部转载机、通风机、液压泵站、单轨吊等供电；设备装机总容量为387．76 kW。
　　
　　7．采煤成本对比分析
螺旋钻机采煤与炮采成本对比分析内容
　　项目 螺旋钻采煤机 炮采 设备租赁费 设备租赁费：53000元(1)工作面需用1m单体支柱1200棵，租赁费1.8万元；(2)乳化液泵2台，租赁费0.552万元；(3)金属铰接顶梁260根，租赁费0.09万元；(4)40T溜子租赁0.42万元。小计2.862万元材料消耗采煤材料消耗：15115元(1)炸药5.5t/万t，每吨0.4万元，计1.1万元；(2)雷管1万发/万t，每发1元，计0.5万元；(3)坑木10m3/万t，750元/m3，计0.375万元。小计1.975万元电力消耗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刮板输送机：5×0.7×12×0.45=8505元。小计1.27万元工资2000元/人×21人=42000元2000元/人×150人=300 000元
　　项目 螺旋钻采煤机 炮采 巷道费用 巷道成本2 725元/m，平均每月报废巷道50 m，掘进费用13.625万元 每米巷道成本1827元/m；每万吨需掘进巷道587m，掘进费用：1827×587×0.5=62.76万元总合计25.828万元71.867万元吨煤成本68.994元143.734元
　　注：0．7m以下的薄煤层炮采工作面单产按0．5万t／月计算。
　　从以上比较可以看出，采用螺旋钻采煤机与采用炮采采煤相比，吨煤成本减少74．74元，按年产4万t计算，每年可节省费用近300万元。
　　
　　8．结束语
　　
　　通过工业性试验及对螺旋钻采煤机性能的深入研究，主要取得以下成果：
　　①实现了薄煤层单巷前进式开采。在同一条巷道中前面掘进、螺旋钻机组滞后前进式的采煤方法，并且不用另外布置工作面回风巷，降低了巷道掘进率，有利于采掘接续，有利于薄煤层及边角煤柱的回收。
　　②实现了煤层洁净开采。钻采过程中遇到断层时退出钻杆，掘进矸石可充填下部钻孔，减少了矸石采出和排放量，同时孔间留设小煤柱，有利于建筑物下开采地表减沉。
　　③实现了回采工艺的单一化。螺旋钻机无人工作面开采工艺过程简单，将传统回采工艺的破、装、运、支、处五大工序合并，由螺旋钻机钻采完成。
　　④实现了煤炭开采的车间化。螺旋钻机无人工作面开采极大地改善了工人的劳动条件和劳动环境，工人不再进入工作面，而是在巷道中操纵机械，劳动强度小，生产安全。
　　⑤劳动生产率高，经济效益好。螺旋钻机无人工作面开采，用人少，占用设备少，节省了工作面内的输送机、支架等设备，减少了设备的故障率。
　　⑥提高了矿井安全生产程度。该机组采宽为1．905～2．105m，钻采孔之间煤柱为0．5～1．0m，钻采孔内不进入工作人员，实现了无人工作面独头采煤，杜绝了占煤矿事故达50％的顶板事故；本钻机采用局部通风机对迎头供风，防尘管路、喷雾喷头至迎头，使用无火花型钻头，迎头钻杆中安设瓦斯断电传感器，钻采孔开门处设置外喷等安全措施，杜绝了瓦斯、煤尘事故，可以说螺旋钻采煤是一种安全度很高的先进采煤方式。
　　
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总之，在薄煤层中使用螺旋钻采煤机采煤试验研究是成功的，达到了预期的效果，具有较好的推广应用价值。而对于大同矿业集团也极具借鉴意义，从而极大利用现有资源，为大同采煤提高到新的水平。
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