張?zhí)烊?，魏棟梁，王悅?/p>

(三一重型裝備有限公司 支護研究院，遼寧 沈陽 110027)

目前，我國內(nèi)蒙古地區(qū)很多煤炭基地都利用房式開采體系，只采煤房，不采煤柱，這必然形成呆滯煤量。房式采煤這種掠奪式的開采，現(xiàn)已成為中國煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的戰(zhàn)略性問題。提高煤炭資源回收率，不僅僅是一個企業(yè)、一個區(qū)域的問題，還是一個涉及到中國煤炭工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略問題，其研究及推廣意義重大[1]。本文闡述了煤柱回收不僅節(jié)約不可再生煤炭資源，其環(huán)境、經(jīng)濟、社會效益也非常顯著。并根據(jù)鄂爾多斯地區(qū)房式采煤普遍的開采結(jié)果，有針對性的制定了煤柱回收切實有效的開采工藝，開發(fā)了成套先進的煤柱回收設備。

1 煤柱回收的意義

鄂爾多斯地區(qū)煤礦長期以來采用房式開采方法采掘煤炭，回采率非常低，只有20%～30%。這種掠奪式的開采，使該地區(qū)地下遺留許多采掘煤房后的礦井，存有大量的煤柱、頂煤及邊角煤，稱為呆滯煤炭。不但使優(yōu)質(zhì)的煤炭資源浪費，還造成以下地質(zhì)災害：

(1)殘煤井下自燃。每年都有一些廢棄的礦井發(fā)生自燃災害，政府和企業(yè)要花費大量的人力、物力進行治理。

(2)地表突然塌陷。導致呆滯煤炭回收難度增大，甚至無法回收。

開展煤柱回收工程，不僅能大大提高不可再生的煤炭資源回收率，甚至與長壁綜采面相媲美，消除因井下呆滯煤炭帶來的一系列問題。還可延長礦井服務年限，并解決數(shù)以萬計人民的就業(yè)問題，增加國家和地方政府的財政收入，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，是一個利國利民的好項目。

2 煤柱回收工藝

伊泰集團對房式開采留下的煤柱回收工程，投入了很大的精力進行攻關(guān)，積累了比較豐富的經(jīng)驗，工藝基本成熟，已取得了較大進展。

因圍巖條件不同，房柱開采結(jié)果不同，需采用不同的煤柱回收工藝[2]。根據(jù)鄂爾多斯地區(qū)較為普遍的情況，假定條件為：房柱式開采、煤柱十字布置、煤柱尺寸為8×8m、煤房寬度為8m；原采高≤4.4m、頂板較完整；礦井基本生產(chǎn)系統(tǒng)健全；具備機械化設備開采條件。

煤柱回收基本方法，是以履帶支架支護煤房頂板，逐排回收煤柱和頂板，然后推進支架，強迫頂板垮落，回收下一排煤柱。主要包括：支護、切割煤柱、煤炭轉(zhuǎn)載運輸、浮煤清理、強制放頂預打眼、支架前行、強制放頂、臨時支護、通風和采空區(qū)防火等。主要工序具體如下：采用前一排距采空區(qū)側(cè)留設1.5m煤柱，6個煤柱橫向一次進刀，采寬3.3m；然后，在最后一排每兩個一組的煤柱縱向中心進刀，采寬4m；每個煤柱只剩余三個矩形小煤柱(1.8m×8m，1.8m×3.2m，2m×3.2m)；在切割完剩余三個矩形小煤柱上打眼，工作面全部切割結(jié)束后，裝藥和連接遙控起爆接收器；履帶行走式液壓支架前移至切頂線以前，爆破穩(wěn)定后，再進入下一個工作循環(huán)。

爭取在發(fā)火期內(nèi)推進完成一個條帶，盡量采用順槽保護煤柱和護巷煤柱做為采空區(qū)隔離帶，采空區(qū)防火密閉滯后工作面2～3排，隨工作面推進；只要采空區(qū)與其他區(qū)域有連通，必須嚴格密閉，工作面結(jié)束后及時封閉。

3 煤柱回收設備

運用煤柱回收成套設備，可省去以往的架設專用支架、錨桿支護等緩慢的輔助工序，實現(xiàn)連續(xù)采煤機房柱式落煤、裝煤、運煤及支護工序的機械化生產(chǎn)，同時實現(xiàn)全部垮落法管理頂板，提高資源采出率，安全生產(chǎn)。主要設備包括連續(xù)采煤機、梭車、履帶行走式液壓支架等。

3.1 ML340連續(xù)采煤機

連續(xù)采煤機[3]是一種適用于短壁式開采、集截割、裝載、轉(zhuǎn)運、移動行走、噴霧降塵于一身的綜合機械化開采設備。它具有體積小、調(diào)動靈活、使用方便等優(yōu)點，不僅可開采煤炭，還能用于巷道掘進，在國外已廣泛地使用。

ML340連續(xù)采煤機是自主開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化連采機，該機主要用于巷道的快速掘進以及房柱式采煤、回收邊角煤，適用于掘進破碎煤層硬度≤f4，夾矸硬度≤f8，斷面9～28m2的煤、半煤巖巷道的巷道施工。

ML340連續(xù)采煤機機身矮，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，工作穩(wěn)定。主要特點如下：

(1)截割滾筒引用國外技術(shù)，采用小直徑截割頭，截齒布置合理，破煤過斷層能力強、截割振動小、工作穩(wěn)定性好。

(2)星輪裝載機構(gòu)采用電機驅(qū)動減速器，提高了裝載機構(gòu)的可靠性。

(3)采用履帶行走機構(gòu)，使用進口的馬達帶動減速機，性能好，故障率低，互換性強。漲緊液壓缸放置在履帶架側(cè)面，方便維護。

(4)電氣系統(tǒng)采用可編程控制器(EPEC)作為主控制器，具有工況檢測和故障診斷功能，可以實現(xiàn)無線遙控和手動操作兩種方式，同時設有液晶顯示屏指示操作或進行故障點顯示。

3.2 SC15/111梭車

梭車是短壁機械化開采設備中的關(guān)鍵配套設備之一[4]。主要功能是在連續(xù)采煤機后，將連續(xù)采煤機開采的煤轉(zhuǎn)運至給料破碎機的料斗內(nèi), 卸完后返回連續(xù)采煤機處再一次裝煤。其特點是能較好地發(fā)揮連續(xù)采煤機的回采能力,較大幅度地提高短壁式開采的生產(chǎn)效率, 減輕工人的勞動強度。

SC15/111梭車適合于井下短距離運煤、卸煤，運距小于200m，為中厚煤層短壁機械化開采設備中與連續(xù)采煤機配套使用的關(guān)鍵運煤設備。具有以下特點：

(1)車體防碰撞結(jié)構(gòu)，前、后機架分別用高強鋼板焊接而成，敞開式焊接結(jié)構(gòu)，承載能力大，卸載方便快捷，具有超強的防碰撞功能。

(2)雙向駕駛，座椅舒適可調(diào)，司機室頂棚高度液壓可調(diào)。

(3)采用EPEC專用控制器，CAN總線控制，有彩色液晶顯示、攝像監(jiān)控、瓦斯檢測報警等性能，能自動顯示梭車工作參數(shù)、并進行故障診斷。

3.3 ZX10000/30/50履帶行走式液壓支架

履帶行走式液壓支架集行走和支護于一體，主要與連續(xù)采煤機相配套進行煤柱回收[5]。回收煤柱時，支架有效支護頂板，給人員及設備提供安全的作業(yè)空間；一旦支架被埋，可以輔助逃逸。

ZX10000/30/50履帶行走式液壓支架是在國際及國內(nèi)現(xiàn)有機型的基礎(chǔ)上研制開發(fā)的，該機同奧地利阿爾卑尼公司的ABLS185/380/540型、美國弗萊徹公司的MRS-3H型、太原煤科院的XZ7000/24/45型履帶行走式液壓支架相比，在支護強度、支護高度、地隙、逃逸性能、控制系統(tǒng)抗干擾性能等方面，優(yōu)于同類產(chǎn)品。

ZX10000/30/50履帶行走式液壓支架，可實現(xiàn)本架手動和遠距離有線、無線控制三種操作方式，滿足房柱式開采煤柱回收工況需要。具有以下特點：

(1)結(jié)構(gòu)件制造優(yōu)良，運用先進、可靠的高強度鋼板焊接技術(shù)和熱處理工藝，可靠性大大提高。

(2)一個發(fā)射器可控制五臺履帶行走式液壓支架；主控制器采用具有CAN通訊功能的EPEC，增強了系統(tǒng)的抗干擾性；遙控器采用德國HBC的技術(shù)，提高系統(tǒng)可靠性。

(3)該支架采用整體焊接摩擦板式剛性底座,解決了在高達10000kN的工作阻力下，履帶板易損壞問題。該項技術(shù)已申請實用新型專利。

4 安全性分析

煤柱回收設備中，關(guān)鍵設備是履帶行走式液壓支架，依靠多臺履帶支架成組分散支撐在相應煤房中，采完煤柱后移動到下一排煤房中，來保證人員和設備的安全。ZX10000/30/50履帶行走式液壓支架有以下特點：

(1) 支護阻力大，達到10000 kN,可保證對煤房頂板的可靠支撐；

(2) 無線和有線遙控功能，遙控距離30m，操作人員可以站在安全區(qū)域內(nèi)進行操作；

(3) 有較強逃逸功能，一旦頂板在預期外塌落，可以實現(xiàn)自助逃逸和互助逃逸；

(4) 回收工藝中考慮保留預警煤柱，等行走支架等設備安全撤離以后對其實施爆破，強行控制頂板落下，減少頂板壓力，增強安全性。

5 經(jīng)濟性分析

使大量呆滯煤柱實現(xiàn)回收利用，提高資源回收率；并且使已經(jīng)破壞的環(huán)境得以改善，減少地質(zhì)安全隱患；可以對舊礦井稍加改造，整理運輸通道和添加通風設施后就可以采煤，大量減少礦井投資，縮短建井周期；根據(jù)工作面具體情況，選擇行走支架數(shù)量，投入成本遠遠小于相同產(chǎn)量綜采工作面，大概為綜采工作面的1/2～1/3,回采率也能達到70%左右。

據(jù)資料統(tǒng)計，伊泰集團呆滯煤炭儲量約4.35億t,至少能回收2億t，工業(yè)產(chǎn)值約360億元，利潤約200億元；整個鄂爾多斯地區(qū)呆滯煤炭可采儲量約10億t，工業(yè)產(chǎn)值約1800億元，利潤約1000億元。若每年開采20個回收礦井，每個礦井回收100萬t煤炭(工業(yè)產(chǎn)值約36億元，利潤20億元)，則可以持續(xù)回收50年。

6 結(jié) 語

綜上所述，自主開發(fā)的房柱式開采成套設備，其性能接近(某些方面甚至超過)國外公司的水平，但價格只有國外設備的70%左右，配件供應和售后服務國外產(chǎn)品更是無法比擬。不僅可以用于煤柱回收項目，也可以用于房柱式開采，較之長壁式開采工藝具有投資少、見效快的顯著優(yōu)點，尤其適合內(nèi)蒙古等地區(qū)的煤炭地質(zhì)條件。

[1] 鹿志發(fā),孫建明,潘金，等.旺格維利(Wongawilli)采煤法在神東礦區(qū)的應用[J].煤炭科學技術(shù),2002，30(增刊):11-18.

[2] 劉克功. 短壁開采技術(shù)及其應用[M].北京: 煤炭工業(yè)出版社, 2007.

[3] 王安.連續(xù)采煤機房柱式短壁機械化采煤技術(shù)的研究與實踐[D].阜新:遼寧工程技術(shù)大學,2002.

[4] 李春英,樊運平. 一種新型短壁開采設備—TY9FB型梭車[J]. 機械工程與自動化，2005,128(1):51-53.

[5] 任葆銳. 履帶行走式液壓支架的研究[J]. 煤礦機械，1999(10)：15-18.