机械化原巷充填设备及“三机”匹配研究

亢泽凯

（西山煤电集团公司安全管理部， 山西 太原 030053）

引言

针对巷道埋藏深度较大且煤层条件复杂的工作面，采用传统的巷道回采工艺主要存在工作面超前应力较大、回采率低及维护困难的问题。为此，有些煤矿采用原巷充填的理念对煤层进行开采，此种方式具有支撑力强、封闭效果好及实现了区段间无煤柱接替开采的优点，显著提升了工作面的回采率[1]。但是，目前原巷充填工艺的实施主要存在作业人员劳动强度大、充填效率低的问题，严重影响了综采工作面的生产效率。本文重点实现原巷充填的自动化生产，并针对性地完成“三机”的匹配选型。

1 17181 综采工作面概况

本文以17181 综采工作面为例开展研究，该工作面煤层厚度4～8 m，平均煤层厚度为6 m；工作面的轴向长度为1290 m，其中倾斜工作面的长度为203 m；工作面煤层的倾角范围为6°～10°，平均倾角为7°。17181 工作面的顶底板地质条件如表1 所示。

表1 17181 综采工作面顶底板地质条件

通过前期数值模拟分析可知，17181 综采工作面采用原巷充填采煤工艺的对应巷道在垂直方向的应力减小，且顶板的下沉量减小。从整体上看，17181 综采工作面采用原巷充填采煤工艺，能够实现对工作面围岩状态更加稳定性的控制。本文重点对机械化原巷充填采煤工艺对应设备的配套及实际应用效果进行验证，以从实践层面验证原巷充填采煤工艺应用的可行性和有效性。

2 机械化原巷充填采煤工艺

原巷充填，指的是通过注浆泵和相应的管路将充填材料输送至顺槽或运输槽充填模箱的位置，所形成的充填体与原巷内支护共同形成了巷道的“人工支护”设计。为实现原巷充填采煤工艺的机械化生产，采用相应的机械设备替代传统充填工艺中的人工搬运和充填材料的拆装等工序；同时，将传统的人工立模改为机械化充填模箱[2]。此外，为进一步提升原巷充填的机械化工艺，还需对采煤的空间和时间进行合理搭配。

机械化原巷充填采煤工艺的流程如下：采煤机截割煤层→移动液压支架→移动机械化充填模箱和支模→完成充填材料的充分搅拌→开启充填泵→完成充填操作→完成工作面巷道的超前支护→继续开展截割煤层的任务。机械化原巷充填采煤工艺除了生产必需的采煤机、刮板输送机、液压支架外，还包括皮带上料机、拆包机、搅拌设备等充填涉及的机械设备[3]。

2.1 充填设备的设计及选型

鉴于巷道空间相对较小，而且相对潮湿，因此，在为充填采煤工艺匹配充填设备时需考虑到防潮处理和材料的分类堆放。结合当前业内关于充填设备的设计经验，重点对自动上料机、自动拆包卸料机、自动配料装置、充填模箱及自移式超前液压支架进行设计。

2.1.1 自动上料机

所设计的自动上料机结构如图1 所示。

图1 自动上料机结构示意图

如图1 所示，自动上料机主要包括底座、立杆、气缸、电控箱、大臂、气动马达、小臂及抓手。在实际应用中可采用遥控器对其进行远程控制。

2.1.2 自动拆包卸料机

自动拆包卸料机的主要功能为对充填材料的包装进行拆除，并完成自动卸料功能。根据17181 工作面巷道实际情况，需要为其配置处理30 t/h 充填材料的设备，对应设备的功率为13.5 kW；为保证快速卸料，要求自动拆包卸料机的卸料功能能够提供0.40～0.63 MPa 的气压，实现充填材料的快速卸载。

2.1.3 充填泵

充填泵为原巷充填采煤工艺的主要设备，其主要将充填材料通过管路运输至所需的区域。本工程所选型充填泵的型号为ZBYSB300-90/5-15。

2.1.4 机械化充填模箱

机械化充填模箱是保证原巷充填采煤工艺高自动化生产的基础。对于不同巷道，需要为其设计专用的机械化充填模箱，其大体结构主要包括前模箱、千斤顶、双耳侧模及活动挡板。本工程中所配置机械化充填模箱的具体型号为TM25-35/20-32。

2.1.5 自移式超前液压支架

自移式超前液压支架也是实现高自动化、高效率生产的关键部件，其能够带动机械化充填模箱根据工作面的推进自移；自移式超前液压支架的应用可极大地减小作业人员的劳动强度，进一步提升巷道的回采效率，同时解决传统由人工拖拽充填模箱导致的充填效率偏低问题。本工程所配套自移式超前液压支架的具体型号为ZQL2*4000-27/56。

综上，本工程所选用机械化原巷充填采煤工艺的充填关键设备的选型结果和主要参数如表2 所示。

表2 关键充填设备选型及主要参数

2.2 “三机”匹配选型

结合17181 巷道的设计情况，并综合充填设备的选型结果，最终为17181 巷道所配置“三机”的具体型号及主要参数如表3 所示。

表3 “三机”匹配选型结果

3 机械化原巷充填采煤工艺效果

1）17181 巷道采用机械化原巷充填采煤工艺后，每月可推进工作面160 m，对应煤炭产量为15 万t；传统采煤工艺每月推进工作面113 m。

2）机械化原巷充填采煤工艺的应用，极大地缩减了工作面的作业人员数量，具体表现为：上料人数由15 人缩减为3 人，超前支护人员数量由10 人缩减为3 人，充填人数由4 人缩减为1 人。

3）采用机械化原巷充填采煤工艺，对应成本每推进1 m 减少4250 元。

4 结语

1）通过数值模拟分析得出，机械化原巷充填采煤工艺完全适用于17181 巷道的生产。

2）通过实践表明，为17181 巷道配置合理的充填设备和采煤设备，可极大地提升巷道的采煤效率，降低现场作业人员的数量，降低回采的成本。