ＳｅｒｉａｌＮｏ．６２０Ｄｅｃｅｍｂｅｒ．２０２０偏正结构
现 代 矿 业
ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ
总第６２０期
２０２０年１２月第１２期
刘 辉（１９８７—），男，工程师，７１９４０７陕西省榆林市。
刘 辉
（陕西涌鑫矿业公司）
摘 要 沙梁煤矿受到断层影响一水平２２、３１号煤层无法布置综采工作面，４２号煤层仅能布置３个小综采工作面，５２号煤层仅能布置５个综采工作面。大量煤层无法有效布置开采工作面，极大影响了开采效率。通过分析该矿开采技术条件，对采煤工艺进行了设计，认为该矿适宜的开采工艺为一次采 全高综采采煤工艺。在此基础上，经过理论及计算分析，对采煤机、液压支架、乳化液泵站、可伸缩带式输送机等开采设备进行了选型。分析结果对于提高该矿开采效率具有一定的参考意义。
关键词 煤矿 采煤工艺 采煤设备优选ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４ ６０８２．２０２０．１２．０２６
沙梁煤矿位于陕西省榆林市府谷县境内。井田
含煤地层为中侏罗统延安组第一至第四段，含煤１
１层，煤层平均总厚１２．２１ｍ，煤层平均可采厚度８．１４ｍ，含煤系数７．４％。其中５２号煤层全井田可采，５１、４２、２２号煤层在分布范围内全部可采，３１号煤层在分布范围内大部分可采。沙梁煤矿大地构造位置位于华北地台鄂尔多斯盆地东缘河东断褶带西侧，伊陕单斜区东北角与乌拉山—呼和浩特断陷的接合带部位［
１］
。矿区构造形态为一向斜断陷带，近ＥＷ走向、南北宽４～５ｋｍ，东西延伸大于２０ｋｍ。地层在Ｆ１、Ｆ２断层之间为一扭曲状向斜构造，靠近断层附近抬升幅度大，在东部中间地带较平缓。
利用三维地震对井田范围内地质构造进行了探测，探测区域内存在大量褶皱和断层。发现地堑范围内三维地震共解释组合断层５９条，全部为正断层。落差≥１００ｍ的断层３条；５０≤落差＜１００ｍ的断层１条；３０≤落差＜５０ｍ的断层３条；落差１０≤落差＜３０ｍ的断层１８条；５≤落差＜１０ｍ的断层９条；落差＜５ｍ的断层２５条。
目前，沙梁煤矿由于受断层影响一水平２２、３１号
煤层不能布置综采工作面，
４２号煤层仅能布置３个小综采工作面，５２号煤层仅能布置５个综采工作面。大量的不能有效布置采煤工作的资源以及边角煤不得已的情况下只能放弃，这对于本就接续紧张的沙梁煤矿的可采储量以及生产服务年限带来巨大的影响。２０２０年５２０１工作面、５２０２工作面附近未能有效回采的煤量约为３０万ｔ，占核定产能的２５％。为确保该矿安全生产，本研究通过分析该矿开采技术条件，对采煤工艺进行设计，并对采矿设备进行优选。
１ 开采技术条件
１．１ 地质构造
井田构造形态为一向斜式断陷带，主要受井田南北边缘二条较大的正断层（Ｆ１、Ｆ２）控制，断陷
带内发育规模不等的次级断裂构造。地层在Ｆ１、Ｆ２断层之间为一扭曲状向斜构造，靠近断层附近抬升幅度大，在东部中间地带较平缓。地层在Ｆ２断层以南主体为
单斜构造，倾向Ｓ
Ｗ，倾角１°～３°，局部发育宽缓的波状起伏。
１．２ 可采煤层
井田内可采煤层共５层。２２煤层井田内可采范围分两部分，井田西部可
采范围为不规则区域，面积１ ３７ｋｍ２
。东部可采范
围面积４ ４４ｋｍ２，设计可采储量８ ４３Ｍｔ。一盘区内有４个钻孔，揭露煤层全厚分别为３ ６７，５ ８６，４ ２０，５ ３０ｍ。煤层总体为较稳定煤层，按钻孔计算平均全厚４ ７６ｍ，有一层夹矸；厚度大于５ ０ｍ的钻孔位于
可采边界处。下距３
１煤层１８ ６１～６２ ０２ｍ，平均３９ ６１ｍ。２２煤层较厚，根据现有资料计算，靠近买卖沟和乱菜沟附近２２煤层开采后导水裂隙带会波及地表，造成漏水、漏风和溃沙。
３１煤层分布面积１０ ２０ｋｍ２
，可采面积１０ １１ｋｍ２
，分布在Ｆ２断层以北区域。３
１煤层厚度０ ２０～１ ７２ｍ
，平均厚度０ ９２ｍ，平均可采厚度１ ２０ｍ；呈现西薄东厚变化趋势，分东西两个可采区域。属较稳定煤层，下距４２煤层１８ １～８７ １６ｍ，平均４８ ９３ｍ。
４２煤层分布在Ｆ２断层以北区域，可采面积１４ ４０ｋｍ２
。煤厚０ ８１～２ ９８ｍ，平均厚度１ ７０ｍ，
平均可采厚度１
５４ｍ，煤层厚度由西向东变厚，西部厚度１ ０～２ ０ｍ，东部基本厚２ ０ｍ。属稳定煤层，下距
５１煤层３８ ２６～５２ １１ｍ，平均４３ ０７ｍ。
５１煤层分布在Ｆ
光栅方程２
断层以北区域，可采面积１６ ６５ｋｍ２。煤层厚度０ ５０～１ ７４ｍ，平均厚度１ ３４ｍ，平均可采厚度１ ３８ｍ。５１煤层全区厚度比较均匀，但东部ＺＫ１３ １１钻孔周边煤层厚度小于０ ８ｍ，为不可采区域。属赋存区范围内大部可采的稳定煤层，下距５２煤层３４ ３０～６２ ４２ｍ，平均５１ ２３ｍ。
５２煤层，全区分布，可采面积２０ ９２ｋｍ２。厚度
由东南部向西北部厚度逐渐增大。Ｆ
１～Ｆ
２
之间５２
煤层可采面积１６ ６９ｋｍ２；厚度０ ８０～４ １８ｍ，平均３ １２ｍ，自西向东、由北向南厚度逐渐减小。煤层结构较简单，具一层稳定夹矸，厚度０ １１～０ ４０ｍ，为粉砂质泥岩或碳质泥岩。Ｆ
２
断层以南区５２煤层分布面积４ ２３ｋｍ２，厚度２ ２４～３ ０６ｍ，平均厚度２ ６３ｍ，总体变化趋势由北向南、由西向东厚度略有减小；煤层结构较简单，大部分具一层夹矸，厚度０ １３～０ ３０ｍ，岩性为粉砂质泥岩或炭质泥岩。５２煤层总体煤厚０ ８０～４ １８ｍ，平均厚度３ １２ｍ，其中首采盘区三盘区５２号煤层厚度２ ２４～２ ４１ｍ，平均２ ３２ｍ；结构较简单，有一层稳定夹矸，厚度０ １１～０ ４０ｍ，粉砂质泥岩。煤层顶板岩性为一套中细粒砂岩，厚度１５～２０ｍ。总体属于赋存区范围内全部可采的稳定煤层。
１ ３ 围岩稳定性
２２煤层顶板多以泥岩、粉砂质泥岩为主，粗粒砂岩次之，抗压强度一般为７ ８９～４３ ５４ＭＰａ，平均２０ ７９ＭＰａ，多属不稳定型（Ⅰ），少数为较稳定型（Ⅱ）。
３１煤层顶板多以中、粗粒砂岩为主，泥岩、粉砂质次之，抗压强度一般为１１ ３４～４５ ３９ＭＰａ，平均２７ ５３ＭＰａ。多属不稳定型（Ⅰ），少数为较稳定型（Ⅱ）。
４２煤层顶板多以粉砂质泥岩为主，细砂岩次之，抗压强度一般为１０ ５６～４７ ９４ＭＰａ，平均２５ １０ＭＰａ。多属不稳定型（Ⅰ），少为较稳定型（Ⅱ）。
５１煤层顶板多以粉砂岩泥岩为主，粉砂岩，细砂岩次之，抗压强度一般为２２ ３７～４３ ９５ＭＰａ，平均３１ １０ＭＰａ，多属不稳定型（Ⅰ），少为较稳定型（Ⅱ）。
５２煤层为全区可采煤层。其直接顶板为泥岩，粉砂质泥岩，泥岩粉砂岩，粉砂岩，细粒砂岩都有，间接顶板多为厚层中粒砂体，抗压强度为１５ ８２～４１ １０ＭＰａ，平均值２３ ４４ＭＰａ。属较稳定—不稳定型（Ⅱ－Ⅲ）。
其余局部可采煤层２２下煤层顶板多为泥岩及细粒砂岩，抗压强度为４３ ８０ＭＰａ，属较稳定型（Ⅱ）。
２２煤层底板多以泥岩、粉砂质泥岩，细粒砂岩为主，饱和抗压强度５ ７８～４３ ８０ＭＰａ平均值为２０ ７９ＭＰａ。多属不稳定型（Ⅰ），少为较稳定型（Ⅱ）。
３１煤层底板多为泥岩、粉砂岩为主，细粒砂岩次之，抗压强度一般为２３ ５８～４３ ６３ＭＰａ，平均值３３ ６１ＭＰａ。多属不稳定型（Ⅰ），少为较稳定型（Ⅱ）。
４２煤层底板多以粉砂质泥岩，粉砂岩为主，细砂岩次之，岩体较完整，抗压强度一般为４ ２４～４
７ ４１ＭＰａ，平均值２７ ７５ＭＰａ，多属不稳定型（Ⅰ），少为较稳定型（Ⅱ）。
５１煤层顶板以粉砂质泥岩、粉砂岩为主，细砂岩次之，抗压强度一般为１３ ６６～４３ ４７ＭＰａ。平均值２３ ２８ＭＰａ，多属不稳定型（Ⅰ），少为较稳定型（Ⅱ）。
５２煤底板以粉砂质泥岩、泥岩粉砂岩、粉砂岩、细粒砂岩为主，粉砂岩次之，抗压强度２０ １７～４２ ５９ＭＰａ，平均值２９ ６４ＭＰａ，多属不稳定型（Ⅰ），少为较稳定型（Ⅱ）。
井田内煤层顶、底板岩层为弱到中等强度岩石。属较不稳定型（Ⅰ）岩层。
１．４ 水文地质条件
井田主要直接充水含水层为各煤层顶板砂岩裂隙含水层，富水性极弱，地下水补给条件差，水文地质边界简单。井田水文地质勘探类型为二类一型。即以裂隙含水层充水为主的水文地质条件简单的矿床（按涌水量计为中等条件）。
１．５ 其它开采条件
低瓦斯矿井，煤层有自燃倾向性、煤尘有爆炸危险性，地温正常，无冲击地压。 ２ 采煤工艺设计
国内外生产实践证明，长壁后退式采煤法为目前效率、采出率、机械化程度最高的采煤方法，为条件适合时的首选。矿井开采条件很适宜长壁采煤法，设计确定能布置工作面的区域采用长壁后退式采煤法（根据《煤矿安全规程》第九十七条：高瓦斯、突出、有容易自燃或者自燃煤层的矿井，不得采用前进式采煤方法）。
由于煤层赋存稳定，开采条件好，具备采用综合机械化采煤工艺。根据“先进、安全、高产高效”的原则，采煤工艺不再考虑炮采、普通机械化采煤工艺。
煤层结构简单，近水平煤层。井田内各可采煤层可采范围内厚度０ ８～５ ００ｍ，其中厚度大于４ ０ｍ的钻孔只有２２号煤层近井田东部２个钻孔和５２号煤层西北部的２个钻孔，即井田内煤层为厚度基本小于４ ０ｍ的薄及中厚煤层。井田内煤层均可采用一次采全高综采采煤工艺。
分层综采采煤工艺只适用于煤层厚度大于５ ０ｍ煤层，且一般不小于６ ０ｍ。一次采全高综采工艺是目前世界工作面单产最高的采煤工艺，相对分层综采具有系统简单，管理简单、工作面生产能力高等优点。处于同一煤田的相邻的安山矿井采用是一次采
刘 辉：沙梁煤矿开采工艺及设备优选 ２０２０年１２月第１２期
全高综采采煤工艺。沙梁矿井、安山矿井同属于涌鑫公司，从设备统一性、共享性方面考虑，沙梁矿井也应采用一次采全高综采采煤工艺。综合以上分析，设计选择一次采全高综采采煤工艺。
３ 采煤设备选型
综采工作面的采、装、运工序全部机械化。设备选型注意点有：①机械设备的选择首先满足技术先进，生产可靠，追求高产高效。各设备之间能力、外形尺寸相互配套，保证运输畅通，以期达到采运平衡，不留瓶颈环节；②工作面设备选型以先期开采的三盘区５２号煤层为主，因三盘区５２号煤层服务年限较短（３ ９ａ），采煤机可采用租赁或与同属陕北煤业集团的其它矿井调配；③为方便设备维修、减少投资、节省外汇，同时考虑目前国产设备制造水平不断提高，设备均考虑国产化；④参考陕北煤矿生产中的实际经验。韩家湾和安山矿井设备是根据邻近矿井使用实际，经建设、设计和科研单位多次讨论后确定的，对本矿井借鉴意义很大；⑤尽量采用陕北矿业生产矿井已有设备，最大程度满足企业内部设备共享，以减少投产、便于维修。
（１）采煤机。随着综采工作面装备水平的提高和矿井生产能力的增大，采煤机选型有向大截深、高速度、大功率发展的趋势。根据本矿井煤层开采条件，采煤机选型应满足下列要求：前期开采的煤层厚度大，且有夹矸，应选用较大功率采煤机；采煤机截割效率高，装煤效果好；牵引速度快，稳定性好，操作安全，采用电牵引采煤机。根据相关计算、煤层条件，选用ＭＧ５００／１１３０ ＡＷＤ型双滚筒采煤机。该型采煤机，装机功率２×５００＋２×５５＋２０ｋＷ，截深０ ８ｍ，牵引速度８ ５～１４ ２ｍ／ｍｉｎ，采高１ ６～３ ４ｍ，牵引方式为交流变频调速电机驱动齿轮销轨式无链牵引，额定电压３３００Ｖ。主机重４５ｔ，最大不可折件重６ｔ。
剩余人生店
（２）液压支架。液压支架是综采工作面主要设备之一，是工作面装备中投资最多的设备，占６０％～７０％。支架不但要稳定可靠、故障率低，而且使用寿命要长。三盘区５２号煤层３个钻孔统计全厚２ ２４～２ ４１ｍ，平均全厚２ ３２ｍ。根据安山矿井的实际生产经验，初选ＺＹ９２００／１５／２９型掩护式液压支架，采用经验估算法进行验算。选用ＺＹ９２００／１５／２９型掩护式液压支架，支护高度１ ５～２ ９ｍ，泵站压力３１ ５ＭＰａ，支护强度０ ９２ＭＰａ，满足使用要求。端头过渡液压支架选用可与ＺＹ９２００／１５／２９型掩护式液压支架配套的ＺＹＴ９５００／１５／２９型端头过渡液压支架。液压支架重３６ ３ｔ。
（３）可弯曲刮板输送机、转载机、破碎机。工作面刮板输送机选型需满足４个方面要求：刮板输送机运输能力与采煤机落煤能力相适应；外型尺寸和牵引方式与采煤机相匹配；运输机长度与工作面长度相一致；刮板输送机每节长度与液压支架宽度一致［２］。本研究选用的工作面配套运输、转载与破碎设备有：①刮板输送机：ＳＧＺ８００／５００型，长度２００ｍ，运输能力７００ｔ／ｈ，电机功率２×２５０ｋＷ；②转载机：ＳＺＺ７６４／２００型（带迈步自移装置），能力７００ｔ／ｈ，电机功率２００ｋＷ；③破碎机：ＰＬＭ１２００型，额定能力１２００ｔ／ｈ，功率为１１０ｋＷ。
（４）乳化液泵站。乳化液泵站要保证其液压系统与所选择的液压支架系统相匹配［２］，达到移架速度的要求，选用ＢＲＷ４００／３１．５型乳化液泵站，三泵二箱。
（５）喷雾泵站选用ＢＰＷ３１５／１０型喷雾泵站，二泵一箱。可伸缩带式输送机要与工作面推进长度、采煤机生产能力要相适应，可伸缩带式输送机选用ＤＳＪ１００／１２０／３×２５０型带式输送机，运量７００ｔ／ｈ。其它除上述装备外，工作面还配备ＤＷ２８ ３０／１１０型单体液压支柱、ＤＪＢ １２００型金属铰接顶梁、回柱绞车及小水泵等设备。主要采煤设备特征见表１。
表１ 主要采煤设备特征
序号设备名称型号主要技术特征
１采煤机ＭＧ５００／１１３０ ＡＷＤ
国企备忘录
采高１．６～３．４ｍ，截深
０．８ｍ２液压支架ＺＹ９２００／１５／２９
支撑高度１．５～２．９ｍ，
工作阻力９２００ｋＮ６端头支架ＺＹＴ９５００／１５／２９
支撑高度１．５～２．９ｍ，
工作阻力９５００ｋＮ７
可弯曲刮板
输送机
ＳＧＺ８００／５００
铺设长度２００ｍ，
运输能力７００ｔ／ｈ８转载机ＳＺＺ７６４／２００
戈登模型
输送能力７００ｔ／ｈ，
带迈步自移装置９破碎机ＰＬＭ１２００
额定能力１２００ｔ／ｈ，
污水处理出料粒度３００ｍｍ以下
１０
可伸缩胶带
输送机
ＤＳＪ１００／１２０／３×２５０
带宽１０００ｍｍ，
运量７００ｔ／ｈ，
铺设长度２５００ｍ
１１乳化液泵站ＢＲＷ４００／３１．５
工作压力３１．５ＭＰａ，
公称流量４００Ｌ／ｍｉｎ，
三泵二箱
１２喷雾泵站ＢＰＷ３１５／１０
工作压力１０ＭＰａ，
公称流量３１５Ｌ／ｍｉｎ，
二泵一箱
４ 结 语
以沙梁煤矿为例，通过分析该矿开采技术条件，设计的采煤工艺为一次采全高综采采煤工艺，并对采煤设计进行了选型，可供类似矿山借鉴。
参 考 文 献
［１］ 邢应和，阳华，姜升．采煤沉陷地复垦适宜性评价探讨———以安山矿区为例［Ｊ］．矿山测量，２０１１（２）：５１ ５６．
［２］ 关伟．古城煤矿大采高综采工作面设备选型配套研究［Ｊ］．煤，２０１５（９）：４８ ５０．
（收稿日期２０２０ １０ ２８）
总第６２０期现代矿业２０２０年１２月第１２期
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