含硬夹矸薄煤层机械化回采工艺技术探讨

兖矿集团北宿煤矿16、17层煤，平均厚度不足10m，且煤层中含有坚硬的硫化铁结核和硬夹矸，硫化铁结核普氏系数f值高达11，硬夹矸普氏系数f值高达7，由于硫化铁结核和硬夹矸的存在使机械落煤成了世界性难题。机械化程度低、劳动强度大、生产效率低、经济效益差、安全可靠程度小等因素制约着北宿煤矿的生存与发展。面对困难与压力，北宿煤矿工程技术人员和兖矿工程技术人员联合攻关，在不改变薄煤层炮采工序的情况下，实现了其他工序的机械化，矿井生产能力突破100万t，工作面单产突破50万t，进入了全国高产高效矿井行列。 　　1　从劳动强度最大、占用时间最长、影响劳动生产率 　　最大的攉煤工序抓起，实现了装煤工序的技术创新 　　采煤工作面的煤炭是靠工作面上的刮板输送机运出的，以输送机为中心，把输送机前后的煤炭集中到输送机上，实现装煤工作。炮采工作面劳动强度最大，占用时间最长的工序就是攉煤工序，在整个炮采工作面正规循环中攉煤时间占整个循环时间的50%，是其他工序时间的总和，也是影响劳动生产率提高的关键因素、核心因素。为解决人工攉煤问题，北宿煤矿先后成功解决了输送机后挡装煤和输送机前铲装煤问题，采煤工人基本上从繁重的体力劳动中解放出来，装煤时间缩短60%，劳动强度降低80%，劳动生产率提高30%，煤炭回收率提高2%。 　　11　输送机后煤挡装技术工艺 　　输送机后煤是工作面爆破后，爆破力抛掷到输送机后部的煤炭，把爆破抛向输送机后的煤炭挡进输送机内，就实现了挡装的目的。 　　实现挡装首先选择能挡住煤的挡煤板。要求挡煤板必须具有一定的强度和弹性，既能挡煤，受炮击力后又能恢复原形，实践证明高分子聚乙烯挡煤板是一种比较理想的挡煤板。挡煤板设置上下两块，下挡煤板底部与刮板输送机后护管架牢固连接，上挡煤板以下挡煤板为基础随采高上下调节，上部与顶板接触，挡煤板后部以支柱为牢固支点。挡煤板用圆环链和连接环固定和联接，杜绝因受炮击力变形带来操作上的不便。工作面爆破时把冲向输送机后部的煤挡进输送机。 　　12　输送机前煤铲装技术工艺 　　输送机前煤是指爆破后从输送机到煤壁间的煤。这一部分煤可利用装煤机械将煤装到输送机内，也可用安装在输送机后的推移千斤顶使输送机前移，利用煤的自然堆积角，将煤挤落进输送机内，实现铲装煤的目的。北宿煤矿在总结了过去铲装煤经验和教训的基础上，克服铲装的各种影响因素，成功实现了铲装。铲装经常出现的问题是：输送机钻底和上漂，在前移中过度弯曲甚至脱节，输送机运转阻力大，这是铲装长期不能突破的根本问题。为解决上述问题，在铲装技术上采取了如下措施： （1）铲煤板。铲煤板的高度和刮板输送机槽帮高度一致，其长度与溜槽一节长度一致；垂直方向上中心线以下采用30°，中心线以上采用45°，中间部分圆弧过渡，铲煤板下插角1～2°，改变了原来的三角形结构（铲煤板示意图如图1）。 　　图1　铲煤板示意图（略） 　　这样做的目的是使铲煤板在铲煤过程中受到阻力的合力在中心线以上产生一个与后部千斤顶推力力矩相反的力矩，利用力矩的平衡，减少扎底力，同时铲煤板下部铲角变小，也减小了铲煤板铲入阻力。 　　（2）刮板输送机。工作面使用SGW—150型输送机，使原输送机溜槽宽度不变，增加溜槽的厚度，链条直径由16mm变为22mm，电机由50kW改为90kW，解决了过去使用的SGW—40T型输送机所带来的运输能力低，放炮挡煤时输送机启动困难等问题；为解决刮板输送机前移过程中的脱节，溜槽连接采用哑铃销连接，改造了溜槽端头，增强了溜槽整体性能。为降低推移过程中输送机的阻力和实现力的平衡传递，溜槽底部进行了封闭，改变了溜槽中板单独传递力容易产生偏心力矩的状况，由于是封闭铁板和底板直接接触，输送机前移时，浮煤、浮矸不能进入输送机内，这样就大大降低了输送机铲煤过程中的工作阻力。 　　（3）增加推进铲煤装置，并严格按以下要求操作： 　　①铲煤时，由班长统一指挥、协调，严格执行从输送机机尾向机头方向依次铲煤推进顺序，循序渐进，时刻观察拉煤量及输送机运转情况，发现异常情况立即停止铲煤，及时处理好异常情况； 　　②每次推进铲煤20m，减少了人工，提高了效率，同时也减小刮板板输送机的弯曲度，进一步降低了铲装过程中的运输阻力； 　　③推溜铲煤操作移溜器时，要求两个或两个以上的移溜器同时前移（或抽回）以防损坏设备，且每组两人进行，人员在顶板完整、支护齐全的安全地点，一人照明监护、观察顶板和支护，另一人操作移溜器操作阀进行铲煤作业（推进铲装煤示意图如图2）。 　　2　工作面几何尺寸的加大，降低了资金投入、提高了经济效益 　　随着工作面刮板运输能力的提高，工作面的几何尺寸逐渐加大，单翼走向长由原来400～500m增加到1000～1400m，工作面长度由200～220m，增加到310～350m，对拉工作面倾斜长度超过300m，走向长度超过1400m，由于工作面长度的加大，万吨掘进率降低了20m，同时，由于沿空留巷煤柱减少，使采区回收率提高。工作面走向长度的增加，延长了工作面推进时间，减少了工作面搬家次数，每面节约人力物力近百万元。 　　图2　推进铲装煤示意图 　　3　完善配套设施的创新，达到安全可靠低耗的目的 　　31　信号系统的研究和应用 　　工作面信号系统在综采工作面已比较完善，但在薄煤层炮采工作面由于爆破和支柱与输送机挤压影响，设置信号系统相当困难。组织技术人员进行攻关，对现有的护管架进行改造，并自制护管架。在护管架中安装通讯装置，实现炮采工作面的语言和信号传递，为安全生产创造了条件，为炮采工作面信号系统的安装使用提供了经验。 　　32炮采工作面运输巷转载机和带式输送机尾自移系统的研究和应用 　　原回采工作面运输巷转载机和带式输送机尾的牵移一直采用JHZ—75型回柱绞车作为动力，在使用过程中存在着很多缺点：（1）牵移时绳道内不安全，易出事故；（2）有时由于阻力大，回柱绞车拉不动，还需采取加回头轮等辅助措施；（3）带式输送机尾每隔20～30m移动一次，转载机每班移动一次，每次需两人专门处理，且处理时间在30min以上。 　　工作面运输巷设计安装转载机和带式输送机尾自移装置后，不仅解决了回柱绞车牵引的不安全因素，而且也减少了设备的占用，同时也减少了人工，使运输巷人行道畅通，方便了行人（转载机和带式输送机尾自移系统安装示意图如图3 ）。 　　图3　转载机和带式输送机尾自移系统安装示意图（略） 　　33 大行程单体支柱的研制和应用 　　回采工作面因煤层厚度变化较大，工作面需配12m、10m和08m高的3种支柱，在使用过程中调整频繁，占柱多、换柱多。若煤层发生变化，支柱更换不及时，容易造成死柱，致使油缸、活柱被压裂变形损坏，给安全生产带来不利因素。为解决上述问题，我们自行研制开发设计了DZDC10型大行程侧供液单体支柱，可满足采高06～10m的需要，以该支柱替代了1 0m和08m的两种规格的支柱，使支柱在册量减少14%，且减少了频繁更换支柱的工作量，降低了职工的劳动强度，提高了安全性能。 含硬夹矸薄煤层采煤工艺改革是一项非常艰难的工作，由于空间低矮，加上是炮采，使试验新工艺难上加难。但是，只要把握住采煤工艺改革的关键环节和关键工序逐个突破，完全能实现在不改变落煤工艺的前提下实现其他工序的机械化或自动化，这不仅能把采煤工人从繁重的体力劳动中解放出来，而且能大大提高劳动生产率和经济效益，使安全生产的环境得到极大改善，安全生产的可靠程度得到极大提高。 信息来源于：中国煤炭