关键词：工作面；设计优化；高产高效
1矿井概况
隆德煤矿位于榆神矿区一期规划区北侧，井田范围小，全井田划为一个盘区。全区为一向西倾斜的单斜构造，倾角＜1°，局部有宽缓的起伏，未见断层与火成岩侵入。其中主要可采煤层2-2煤层埋深约200m，全区可采，为近水平煤层，煤层结构简单、较坚固，直接顶板以粉砂岩、细砂岩为主，可采厚度平均为4.89m，采用长壁后退式综采一次采全高工艺回采，全部冒落法管理顶板。在靠近井田宽窄变化位置、垂直主副斜井和井田长轴方向呈东北西南向布置三条大巷，即辅运大巷、胶运大巷、回风大巷。工作面辅胶顺槽与三条大巷近似垂直布置，采用12CM15连采机双巷掘进，上一采面的辅运顺槽作为下一采面的辅助运输兼回风顺槽。
2 工作面设计优化
2.1缩短机头硐室长度
隆德煤矿回采工作面胶运顺槽使用DST140/200/4×500可伸缩带式输送机，东翼各采面胶运顺槽带式输送机驱动部设计在胶运顺槽内距离回风大巷30m左右，机头硐室总长度均在125m以上。通过设计优化，在西翼工作面，在不影响胶运顺槽带式输送机安装与使用的前提下，将带式输送机驱动部设计在胶运顺槽口，机头硐室长度约106m。机头硐室长度缩短19m，减少了挑顶、“锚网索喷”支护工程量，节约了生产成本，缩短了施工工期，保障了矿井的正常生产接续。
2.2增加回风绕道设计
隆德煤矿辅运、胶运顺槽采用12CM15连采机双巷联合快速掘进，上一采面的辅运顺槽兼作下一采面的辅助运输和回风顺槽。
以201工作面为例（见图一）。通风系统：掘进时辅运顺槽进风，胶运顺槽回风。回采时，胶运顺槽、辅运顺槽进风，上一采面203辅运顺槽回风。胶运顺槽需要安装可伸缩带式输送机，必须拆除跨辅运大巷、胶运大巷两座风桥。当回采下一工作面时，此时201辅运顺槽变为回风顺槽，需重建跨辅运大巷、胶运大巷两座风桥。重建风桥需要火工品爆破挑顶，工程比较复杂，安全系数低，施工难度大，工期较长。拆除、重建两座风桥总费用约100万元。
图一
通过设计优化，在207工作面设计时增设回风绕道（见图二），掘进时使用连采机直接跨胶运大巷和辅运大巷掘进回风绕道。通风系统:掘进时，胶运顺槽进风，回风绕道回风。回采时，胶运顺槽、辅运顺槽进风，上一工作面辅运顺槽回风。当回采下一工作面时，207辅运顺槽及回风绕道作为专用回风顺槽。增设回风绕道设计既满足了工作面掘进及回采通风要求，又避免拆除和重建风桥，施工工艺简单，每个工作面可节约外委施工成本100万元。
图二
2.3连采机掘进机头硐室
原机头硐室施工工艺为传统的火工品爆破配合装载机及防爆农用车出渣，采用MQT-120气动锚杆机进行锚网索支护。火工品审批程序复杂且爆破作业安全系数低，挑顶工程量大，运输、支护效率低，工期约为30天，不符合矿井安全高产高效要求。
鉴于火工品管控日趋严格、审批领用日渐困难，炮掘机头硐室可能影响工期，对正常采掘接续产生不利因素，设计优化通过连采机掘进机头硐室。工作面设计时，首先掘进主辅回撤通道，待主辅回撤通道掘进到位后根据辅回撤通道底板高程、辅运大巷底板高程、胶运大巷底板高程，提前设计机头硐室，自营区队使用12CM15连采机反向掘进与辅运大巷、胶运大巷贯通，10SC32-48B-5梭车、PL460/150破碎机、DSP-1080/100胶带输送机连续运输，采用CMM4-25四臂液压锚杆钻机进行锚网索支护。
连采机掘进机头硐室巷道成形好，掘进、支护效率高，此项工程工期约为10天，与炮掘机头硐室相比，工期缩短20天；避免了井下火工品爆破作业，提高了矿井安全系数；每个机头硐室节约外委施工成本约100万元，实现了提质降本增效。
2.4连采机掘进中转水仓及配电硐室
根据矿井实际生产需要，每个工作面辅运顺槽设计3个中转水仓、2个配电硐室用于工作面排水、供电。其中中转水仓规格为长×宽×高=14m×5m×3.6m，配电硐室规格为长×宽×高=14m×5m×3.6m。原工作面中转水仓、配电硐室施工工艺为传统的火工品爆破配合装载机及防爆农用车出渣，采用MQT-120气动锚杆机进行锚网索支护。爆破施工中转水仓、配电硐室成形差，掘进、支护效率低且存在高空作业安全隐患，每个工作面中转水仓及配电硐室外委施工费用高达75万元。经过设计优化，自营连采区队使用12CM15连采机掘进中转水仓及配电硐室，巷道成形好，生产效率高，每个工作面节约了外委施工生产成本75万元。
2.5工作面伪斜切眼设计
隆德煤矿采面辅胶顺槽近似垂直于大巷布置，各采面切眼均布置在斜长边界线附近，由于边界线的不规则性，形成多个三角煤区域。为了提高资源回收率，增加公司经济效益，自202工作面开始，切眼优化为伪斜设计，切眼斜度一般为3°-4°之间，机头超前机尾18m。伪斜切眼设计每个工作面约增加回采煤量0.945万吨，隆德煤矿2-2煤层共计10个工作面采用伪斜切眼设计，共增加回采煤量约9.45万吨，按照2017年隆德煤矿平均吨煤净利润200元/吨计算，共可产生1890万元净利润，经济效益非常可观。通过工作面伪斜切眼设计，回收了大量边角煤，提高了矿井资源回收率，经济效益得到大幅提升。
2.6优化辅胶顺槽煤柱留设宽度
隆德煤矿自2010年投产以来，未进行过区段煤柱留设宽度的研究，2-2煤层辅胶顺槽区段煤柱留设宽度为20m。2017年隆德煤矿与中国矿业大学合作开展了隆德煤矿厚煤层综采区段煤柱稳定性研究科技项目，采用理论计算与数值模拟相结合的方法，并对现有巷道进行表面位移监测，对厚煤层综采区段的稳定性进行科学研究，最终确定了2-2煤工作面区段煤柱留设宽度为16.5m。通过优化辅胶顺槽煤柱留设宽度，减小了巷道掘进、支护、后期维护工程量，降低了工人的劳动强度，减少了设备配件损耗和电能消耗，有利于组织生产，提高了采区资源回收率。以211工作面为例，211工作面增加回采煤量6.65万吨，吨煤利润按平均200元/吨，则仅以211工作面回采产生经济效益为6.65万吨×200元/吨=1300万，经济效益明显。
3 结论
在煤矿生产中，工作面设计是基础，是灵魂，很大程度上决定了工作面回采是否安全顺利和矿井经济效益好坏。隆德煤矿自212首采面投产以来，不拘泥于以往工作经验，开阔思路，超前谋划，根据煤矿实际发展现状，强化生产技术管理，加强生产技术革新力度，工作面设计不断优化，技术管理水平进一步提高。
通过实践证明隆德煤矿工作面设计优化是安全的、可行的、经济效益明显的，为公司实现了提质降本增效，从而提高了公司的市场竞争力。
参考文献
［1］ 袁亮 . 煤矿总工程师技术手册 [M]. 北京：煤炭工业出版社，2011.
［2］ 屠世浩 . 长壁综采系统分析的理论与实践 [M]. 徐州：中国矿业大学出版社，2004.
［3］ 吴雷 . 综采工作面主运系统优化设计及应用 [J].山西焦煤科技，2016，40（09）：17-19+30.
论文作者:刘芳
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年13期
论文发表时间:2019/12/9
标签：工作面论文; 隆德论文; 机头论文; 煤矿论文; 回风论文; 煤层论文; 矿井论文; 《工程管理前沿》2019年13期论文;