薄煤層螺旋鉆無(wú)人工作面開采技術(shù)

薄煤層螺旋鉆無(wú)人工作面開采技術(shù)摘要針對(duì)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(guó)外的經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)，實(shí)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(jìn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)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(chǔ)量占總可采儲(chǔ)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(jī)采煤，這樣的工藝主要存在以下缺點(diǎn)：一是工藝復(fù)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(shí)搬家頻繁；四是工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大；五是厚度較小的薄煤層采用炮采無(wú)法開采。隨著某些礦井可采儲(chǔ)量的日益枯竭，薄煤層的開采問題在新汶礦區(qū)已越來(lái)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(guó)外的經(jīng)驗(yàn)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(tuán)公司往南冶煤礦1203西鉆采工作面和潘西煤礦1701工作面進(jìn)行了螺旋鉆開采試驗(yàn)，并取得了成功，是薄煤層開采工藝的一次革命。1試驗(yàn)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(gè)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(zhǔn)備區(qū)，南部為澇坡煤礦邊界煤柱。工作面走向長(zhǎng)1043m，傾斜長(zhǎng)40～120m，面積為83440m2。地面標(biāo)高+228．4m，井下標(biāo)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(jiǎn)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(jī)上山，兩條上山均沿七層煤掘進(jìn)，其中，輸送機(jī)上山作為運(yùn)煤及進(jìn)風(fēng)用，軌道上山作為輔助運(yùn)輸及回風(fēng)用。采區(qū)下部通過-350m水平七層煤大巷與-350m井底車場(chǎng)聯(lián)系，作為采區(qū)總進(jìn)風(fēng)巷。采區(qū)軌道上山上部連接-150m主石門，作為采區(qū)總回風(fēng)巷。1701運(yùn)輸巷位于采區(qū)上部車場(chǎng)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(hù)，所用錨桿為螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，直徑18mm，長(zhǎng)度2200mm，間排距為800mm×800mm。該巷道主要用于該鉆采面的進(jìn)風(fēng)、運(yùn)煤和運(yùn)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(jī)，采用前進(jìn)式獨(dú)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(jī)布置在運(yùn)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(yùn)輸順槽的刮板輸送機(jī)上運(yùn)山。該機(jī)一次采寬1905mm，鉆機(jī)自動(dòng)接桿，達(dá)到設(shè)計(jì)采深或遇到斷層時(shí)退出鉆桿，螺旋鉆機(jī)整體前移，預(yù)留0．5m煤柱后開始下一循環(huán)鉆采。螺旋鉆機(jī)采煤示意圖如圖1所示。

圖1螺旋鉆機(jī)采煤示意圖(a)螺旋鉆機(jī)鉆頭割煤；(b)鉆機(jī)在順槽中工作狀態(tài)1——單軌吊；2——螺旋鉆采煤機(jī)；3——固定油缸；4——調(diào)斜油缸；5——刮板輸送機(jī)；6——節(jié)式鉆桿2．3螺旋鉆機(jī)工作面生產(chǎn)能力鉆采工作面每班鉆進(jìn)30m，每天鉆進(jìn)深度90m，鉆孔高度0．65m，鉆孔寬度1．905m，鉆煤時(shí)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(yùn)輸順槽內(nèi)布置φ50mm的防塵管路，每50m設(shè)一個(gè)三通閥門，以便滿足鉆進(jìn)時(shí)降塵和沖刷巷道，杜絕煤塵積聚。運(yùn)煤巷道各轉(zhuǎn)載點(diǎn)相應(yīng)安設(shè)噴霧裝置，實(shí)施轉(zhuǎn)載自動(dòng)噴霧。在靠工作面?zhèn)仍O(shè)置SGW—40T型和SGW—30B型刮板輸送機(jī)和SPJ—800型膠帶輸送機(jī)，并在靠近鉆采工作面的地點(diǎn)設(shè)有移動(dòng)開關(guān)站、螺旋鉆機(jī)液壓系統(tǒng)泵站等設(shè)備。(1)螺旋鉆機(jī)BSHK—2DM型螺旋鉆采煤機(jī)，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(jī)功率235kW；鉆進(jìn)速度1．0m／min。(2)運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)輸設(shè)備有SGW—40T刮板輸送機(jī)一部，SPJ—800膠帶輸送機(jī)兩部。(3)輔助運(yùn)輸設(shè)備輔助運(yùn)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(cè)資料和潘西礦1701面頂板情況觀測(cè)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(jí)二類頂板，但采寬1．905m，煤柱寬0．5m，頂板來(lái)壓及下沉等顯現(xiàn)不明顯。5勞動(dòng)組織和主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)5．1勞動(dòng)組織工作面采用“三八”制作業(yè)制度，每班作業(yè)8h，實(shí)行邊采邊準(zhǔn)。每天檢修時(shí)間保持3h以上。1701工作面每班有1名帶班工長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織生產(chǎn)，配有螺旋鉆機(jī)司機(jī)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(jì)7人。5．2主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)1701工作面的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表1。表11701工作面主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)表名稱數(shù)量名稱數(shù)量鉆進(jìn)度30m/班日產(chǎn)量138t鉆采長(zhǎng)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(chǔ)量7.1萬(wàn)t可采儲(chǔ)量5.67萬(wàn)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(fēng)系統(tǒng)選用DKJ—65No4．5型通風(fēng)機(jī)對(duì)鉆孔內(nèi)供風(fēng)，DKJ—65No4.5型通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量為130～200m3／min，能滿足鉆孔供風(fēng)要求。1701運(yùn)輸順槽采用壓入式通風(fēng)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(dòng)變電站，移動(dòng)變壓器將6kV高壓變?yōu)?60V電壓，給螺旋鉆機(jī)、前部轉(zhuǎn)載機(jī)、后部轉(zhuǎn)載機(jī)、通風(fēng)機(jī)、液壓泵站、單軌吊等供電；設(shè)備裝機(jī)總?cè)萘繛?87．76kW。7采煤成本對(duì)比分析螺旋鉆機(jī)采煤與炮采成本對(duì)比見表2。表2成本對(duì)比分析表項(xiàng)目螺旋鉆采煤機(jī)炮采設(shè)備租賃費(fèi)設(shè)備租賃費(fèi)：53000元(1)工作面需用1m單體支柱1200棵，租賃費(fèi)1.8萬(wàn)元；(2)乳化液泵2臺(tái)，租賃費(fèi)0.552萬(wàn)元；(3)金屬鉸接頂梁260根，租賃費(fèi)0.09萬(wàn)元；(4)40T溜子租賃0.42萬(wàn)元。小計(jì)2.862萬(wàn)元材料消耗采煤材料消耗：15115元(1)炸藥5.5t/萬(wàn)t，每噸0.4萬(wàn)元，計(jì)1.1萬(wàn)元；(2)雷管1萬(wàn)發(fā)/萬(wàn)t，每發(fā)1元，計(jì)0.5萬(wàn)元；(3)坑木10m3/萬(wàn)t，750元/m3，計(jì)0.375萬(wàn)元。小計(jì)1.975萬(wàn)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(jī)：5×0.7×12×0.45=8505元。小計(jì)1.27萬(wàn)元工資2000元/人×21人=42000元2000元/人×150人=300000元續(xù)表2項(xiàng)目螺旋鉆采煤機(jī)炮采巷道費(fèi)用巷道成本2725元/m，平均每月報(bào)廢巷道50m，掘進(jìn)費(fèi)用13.625萬(wàn)元每米巷道成本1827元/m；每萬(wàn)噸需掘進(jìn)巷道587m，掘進(jìn)費(fèi)用：1827×587×0.5=62.76萬(wàn)元總合計(jì)25.828萬(wàn)元71.867萬(wàn)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(wàn)t／月計(jì)算。從以上比較可以看出，采用螺旋鉆采煤機(jī)與采用炮采采煤相比，噸煤成本減少74．74元，按年產(chǎn)4萬(wàn)t計(jì)算，每年可節(jié)省費(fèi)用近300萬(wàn)元。8結(jié)束語(yǔ)通過工業(yè)性試驗(yàn)及對(duì)螺旋鉆采煤機(jī)性能的深入研究，主要取得以下成果：①實(shí)現(xiàn)了薄煤層單巷前進(jìn)式開采。在同一條巷道中前面掘進(jìn)、螺旋鉆機(jī)組滯后前進(jìn)式的采煤方法，并且不用另外布置工作面回風(fēng)巷，降低了巷道掘進(jìn)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(shí)現(xiàn)了煤層潔凈開采。鉆采過程中遇到斷層時(shí)退出鉆桿，掘進(jìn)矸石可充填下部鉆孔，減少了矸石采出和排放量，同時(shí)孔間留設(shè)小煤柱，有利于建筑物下開采地表減沉。③實(shí)現(xiàn)了回采工藝的單一化。螺旋鉆機(jī)無(wú)人工作面開采工藝過程簡(jiǎn)單，將傳統(tǒng)回采工藝的破、裝、運(yùn)、支、處五大工序合并，由螺旋鉆機(jī)鉆采完成。④實(shí)現(xiàn)了煤炭開采的車間化。螺旋鉆機(jī)無(wú)人工作面開采極大地改善了工人的勞動(dòng)條件和勞動(dòng)環(huán)境，工人不再進(jìn)入工作面，而是在巷道中操縱機(jī)械，勞動(dòng)強(qiáng)度小，生產(chǎn)安全。⑤勞動(dòng)生產(chǎn)率高，經(jīng)濟(jì)效益好。螺旋鉆機(jī)無(wú)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(jī)、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(jī)組采寬為1．905～2．105m，鉆采孔之間煤柱為0．5～1．0