薄煤层螺旋钻无人工作面开采技术

薄煤层螺旋钻无人工作面开采技术摘要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。关键词薄煤层；螺旋钻开采；工艺新汶矿区薄煤层可采储量占总可采储量的41％，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500～1000t／(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新汶矿区已越来越突出，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新汶矿区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。新矿集团公司往南冶煤矿1203西钻采工作面和潘西煤矿1701工作面进行了螺旋钻开采试验，并取得了成功，是薄煤层开采工艺的一次革命。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-350m水平一采区七层煤东翼第一个工作面，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1043m，倾斜长40～120m，面积为83440m2。地面标高+228．4m，井下标高-149．0～-161．5m。该面煤层赋存稳定，煤层总厚度0．42～0．81m，平均0．65m，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。螺旋钻机采煤示意图如图1所示。

图1螺旋钻机采煤示意图(a)螺旋钻机钻头割煤；(b)钻机在顺槽中工作状态1——单轨吊；2——螺旋钻采煤机；3——固定油缸；4——调斜油缸；5——刮板输送机；6——节式钻杆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）85m；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2t，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1。表11701工作面主要经济技术指标表名称数量名称数量钻进度30m/班日产量138t钻采长度85m月产量3745t煤层倾角15°正规循环率≥90%煤容重1.31t/m3日出勤21续表1名称数量名称数量煤硬度1.5出勤率81%煤层厚度0.42～0.81m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%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130～200m3／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387．76kW。7采煤成本对比分析螺旋钻机采煤与炮采成本对比见表2。表2成本对比分析表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8.48kW·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=300000元续表2项目螺旋钻采煤机炮采巷道费用巷道成本2725元/m，平均每月报废巷道50m，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0．5～1．0