薄煤層螺旋鉆無人工作面開采技術(shù)

薄煤層螺旋鉆無人工作面開采技術(shù)摘要針對薄煤層采用傳統(tǒng)的炮采工藝落后、開采難度大等問題，借鑒國外的經(jīng)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(shù)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。關(guān)鍵詞薄煤層；螺旋鉆開采；工藝新汶礦區(qū)薄煤層可采儲量占總可采儲量的41％，薄煤層開采一直采用傳統(tǒng)的炮采工藝，少數(shù)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(chǎn)低；二是效率低，采煤直接工效僅為500～1000t／(人·年)；三是遇構(gòu)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新汶礦區(qū)已越來越突出，但是一直沒有研究出更有效的開采方法，因此，借鑒國外的經(jīng)驗研究適合新汶礦區(qū)地質(zhì)條件的薄煤層開采新工藝、新方法和新設(shè)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。新礦集團公司往南冶煤礦1203西鉆采工作面和潘西煤礦1701工作面進行了螺旋鉆開采試驗，并取得了成功，是薄煤層開采工藝的一次革命。1試驗面生產(chǎn)技術(shù)條件1．1潘西礦1701鉆采面地質(zhì)條件1701鉆采工作面為-350m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1043m，傾斜長40～120m，面積為83440m2。地面標高+228．4m，井下標高-149．0～-161．5m。該面煤層賦存穩(wěn)定，煤層總厚度0．42～0．81m，平均0．65m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，可采指數(shù)為1，變異系數(shù)25．28％，屬較穩(wěn)定層。1．2巷道布置七層煤一采區(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(lián)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。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(wǎng)梁支護，所用錨桿為螺紋鋼等強錨桿，直徑18mm，長度2200mm，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。2開采方法2．1回采工藝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退回調(diào)頭鉆采上山方向煤層。2．2落煤方法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(shè)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。螺旋鉆機采煤示意圖如圖1所示。

圖1螺旋鉆機采煤示意圖(a)螺旋鉆機鉆頭割煤；(b)鉆機在順槽中工作狀態(tài)1——單軌吊；2——螺旋鉆采煤機；3——固定油缸；4——調(diào)斜油缸；5——刮板輸送機；6——節(jié)式鉆桿2．3螺旋鉆機工作面生產(chǎn)能力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，則日產(chǎn)量Qd=90×1．905×0．65×1．31×0．95=138．7(t)月產(chǎn)量Qm=138．7×30×90％=3745(t)3工作面設(shè)備配置運輸順槽內(nèi)布置φ50mm的防塵管路，每50m設(shè)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(zhuǎn)載點相應安設(shè)噴霧裝置，實施轉(zhuǎn)載自動噴霧。在靠工作面?zhèn)仍O(shè)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設(shè)有移動開關(guān)站、螺旋鉆機液壓系統(tǒng)泵站等設(shè)備。(1)螺旋鉆機BSHK—2DM型螺旋鉆采煤機，其主要技術(shù)參數(shù)為：鉆高0．65m，鉆寬1905mm，鉆深(上山力向）85m；下山方向鉆深45m；電機功率235kW；鉆進速度1．0m／min。(2)運輸設(shè)備運輸設(shè)備有SGW—40T刮板輸送機一部，SPJ—800膠帶輸送機兩部。(3)輔助運輸設(shè)備輔助運輸采用單軌吊一部，起吊重量2t，爬坡角度6°。4頂板管理根據(jù)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，頂板來壓及下沉等顯現(xiàn)不明顯。5勞動組織和主要經(jīng)濟技術(shù)指標5．1勞動組織工作面采用“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。1701工作面每班有1名帶班工長負責組織生產(chǎn)，配有螺旋鉆機司機2人、維修工1人、輔助工2人、電工1人及相關(guān)工種的操作人員，全班合計7人。5．2主要經(jīng)濟技術(shù)指標1701工作面的主要經(jīng)濟技術(shù)指標見表1。表11701工作面主要經(jīng)濟技術(shù)指標表名稱數(shù)量名稱數(shù)量鉆進度30m/班日產(chǎn)量138t鉆采長度85m月產(chǎn)量3745t煤層傾角15°正規(guī)循環(huán)率≥90%煤容重1.31t/m3日出勤21續(xù)表1名稱數(shù)量名稱數(shù)量煤硬度1.5出勤率81%煤層厚度0.42～0.81m工作面效率6.5t/工鉆孔高度0.625m鉆孔寬度1.905m地質(zhì)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≥80%6主要生產(chǎn)系統(tǒng)6．1通風系統(tǒng)選用DKJ—65No4．5型通風機對鉆孔內(nèi)供風，DKJ—65No4.5型通風機供風量為130～200m3／min，能滿足鉆孔供風要求。1701運輸順槽采用壓入式通風方式。6．2供電系統(tǒng)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(zhuǎn)載機、后部轉(zhuǎn)載機、通風機、液壓泵站、單軌吊等供電；設(shè)備裝機總?cè)萘繛?87．76kW。7采煤成本對比分析螺旋鉆機采煤與炮采成本對比見表2。表2成本對比分析表項目螺旋鉆采煤機炮采設(shè)備租賃費設(shè)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：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8.48kW·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：5×0.7×12×0.45=8505元。小計1.27萬元工資2000元/人×21人=42000元2000元/人×150人=300000元續(xù)表2項目螺旋鉆采煤機炮采巷道費用巷道成本2725元/m，平均每月報廢巷道50m，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=62.76萬元總合計25.828萬元71.867萬元噸煤成本68.994元143.734元注：0．7m以下的薄煤層炮采工作面單產(chǎn)按0．5萬t／月計算。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(chǎn)4萬t計算，每年可節(jié)省費用近300萬元。8結(jié)束語通過工業(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：①實現(xiàn)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。②實現(xiàn)了煤層潔凈開采。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(shè)小煤柱，有利于建筑物下開采地表減沉。③實現(xiàn)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(tǒng)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。④實現(xiàn)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(chǎn)安全。⑤勞動生產(chǎn)率高，經(jīng)濟效益好。螺旋鉆機無人工作面開采，用人少，占用設(shè)備少，節(jié)省了工作面內(nèi)的輸送機、支架等設(shè)備，減少了設(shè)備的故障率。⑥提高了礦井安全生產(chǎn)程度。該機組采寬為1．905～2．105m，鉆采孔之間煤柱為0．5～1．0