摘要：为了提高矿井块煤率，建新煤矿根据实际情况，针对影响块煤率的各个因素，从源头盯防和过程控制入手进行技术研究。采取了工作面CO2超前深孔预裂爆破、煤机滚筒技术参数改进、破碎系统优化、转载点改造及煤仓螺旋溜槽的安装等一系列行之有效的措施。经验证，块煤率提高了10%，为矿井提质增效提供了突破点。
关键词：块煤率；CO2超前深孔预裂爆破；煤机滚筒技术参数优化；螺旋溜槽；转载点改造
0 引言
近年来，由于国家能源供给侧改革及打响蓝天保卫战的不断深入，我国煤炭企业面临前所未有的生存压力，煤炭企业加快产品结构调整迫在眉睫。建新煤矿地处黄陵县境内，块煤的平均售价高于末煤50-100元/吨，矿井块煤率的提高，是矿井走出经营困境的一剂良药。但是随着综合机械化程度的提高，先进开采设备在矿山采煤工作面得到广泛应用，虽然大幅降低了工人的劳动强度，但矿井块煤采出率却呈现逐步下降趋势，而如何采取措施提高块煤率就变得尤为重要。
1 概况
建新井田含煤地层为侏罗系中统延安组，厚度0～117.33m，一般30～50m。井田内具有对比意义的煤层共有8层，其中可采煤层4层，编号自上而下为3－2、3－3、4－1、4－2号。各煤层均呈简单的层状产出，煤层平均倾角3°左右。
现主采煤层为4－2煤层。该煤层埋深433.88～810.98m，含夹矸1～2层，个别地段2～4层，厚0.05～0.76m，岩性以炭质泥岩和泥岩为主，少量为粉砂岩。煤层的顶板岩性以细砂岩、粉砂岩居多，次为泥岩，少量为粉砂质泥岩和炭质泥岩；底板主要为炭质泥岩和泥岩，次为细砂岩、粉砂岩。煤层与其顶底板均为明显接触。4-2煤层以弱粘煤和长焰煤为主，均为黑色，条痕褐黑色，沥青光泽—玻璃光泽，常见阶梯状、参差状断口，少量棱角状断口，硬度中等，性脆。外生裂隙较发育，裂隙面常被方解石和黄铁矿薄膜充填。结构以条带状为主，线理状次之，层状构造，各煤层水平层理发育。煤的视密度变化在1.30～1.34g/cm3之间。
建新煤矿年生产能力400万吨。其4210工作面位于42盘区东部，工作面呈东北—西南方向布置，其北为4208工作面(已开采），南界为4212工作面（未开采），东界为42盘区边界，西界为42盘区辅运大巷保护煤柱。该工作面切眼长215m，走向长度2000m，工作面巷道采用双巷布置，分别为运输顺槽及回风顺槽。工作面采用ZFY10500/20/36型支撑掩护式放顶煤液压支架，MD500/1130-WD型无链电牵引采煤机，SGZ800/2×525型前、后部刮板输送机，SZZ900/315型中双链刮板转载机，PLM200型锤式破碎机，DT-1200/355型可伸缩带式输送机。
2 矿井块煤率较低原因分析
根据井下煤炭运输系统分析，影响块煤率的主要原因有：巷道布置、采煤机截割技术参数、运输过程损失。
图-1 4210工作面巷道布置图
2.1 巷道布置不合理
工作面机头硐室如图设计，胶带机搭接点落差为3-5m，原煤经过工作面运输巷胶带垂直落在采区胶带大巷皮带上，由于碰撞、摔碎影响块煤率。
图-2 皮带搭接点示意图
2.2 原煤生产源头块煤率较低
1）工作面煤体硬度较高，完整性较好且裂隙不发育，采煤机在割煤过程中，截割阻抗大，导致截齿的切削厚度小，整体影响了工作面块煤率。
2）采煤机截齿技术参数影响。切削图是理论上假定滚筒旋转一周以上而绘制的,它反映截齿通过最大切削厚度的那个截面留下的痕迹,其形状直接影响块煤的大小。切削图形状与块煤大小的关系如图3所示。从图3可以分析得到,(b)图所示的切削图形状在同样大小的面积下,可以获得最大尺寸的块煤。因此,在设计截齿排列时应尽量使截割切削面为等四边形(理想状态为正方形)。这样可以保证各截齿截割断面的周长最短,使滚筒的破碎功最小,而得到的块煤最大。
图-3 切削形状与块煤大小的关系
2.3 原煤运输过程中块煤损失严重
1)破碎机破碎损失。工作面破碎机锤头高度为300mm,块煤经过破碎机后裂隙发育增多，机械强度降低，导致块煤在随后的运输转载过程中变得更容易破碎，整体降低了煤块率。
2）煤炭运输环节过多。原煤自工作面经工作面顺槽皮带至采区四部胶带巷至三部胶带巷至盘区煤仓至二部胶带巷至斜井主胶带升井，后经101皮带至煤仓，再由煤仓皮带运至洗煤厂。其中井下煤仓落差为30m，地面煤仓落差为15m，由于煤仓高度大，块煤机械强度低，在煤仓中跌落损失大，虽然采用了煤仓不放空的方式减少块煤损失，但效果不佳，块煤损失达10%。
3 提高块煤率方案
合理布置巷道。降低工作面运输巷胶带与采区胶带大巷皮带的垂直落差，减少煤炭跌落冲击，提高块煤率。
2）提高原煤生产源头的块煤率。①对工作面煤体进行CO2超前深孔预裂爆破。人工干预提高煤体裂隙发育程度，降低截割阻抗；②优化煤机截割技术参数，寻找最佳的截割深度、截距及截割速度，降低比能耗。
3)降低原煤运输过程中的块煤损失。①优化破碎机锤头高度。选择合理的锤头高度以减少块煤的破损。②在皮带转载点安设溜煤斗，原煤仓安装螺旋溜槽，减少块煤的挤压及冲击破损。
4 提高原煤生产源头的块煤率
4.1 工作面煤体超前深孔预裂爆破
4.1.1 CO2深孔预裂爆破参数的计算
依据爆破破碎区和裂隙区半径公式[1]进行破碎区及裂隙区半径计算：
(1)
(2)
4.2采煤机参数技术优化
建新煤矿对采煤机滚筒截齿进行了优化，保持端盘截齿数量不变，减少了每条截线的截齿数量，由于截齿数量减少导致截割阻力变大，同时更换了高强度截齿，增大截线距。
1）将采煤机牵引速度与滚筒转速之比调整为0.0762：0.1524的经验数值，获得比较理想的破煤块度。
4.3在原煤运输过程中降低块煤损失
4.3.1优化破碎机锤头高度
经过长期锤头高度的运行观察记录，确定在工作面不存在大块矸石时，工作面破碎机锤头高度为400mm时，块煤率最高，且产生的大块煤不会对沿途运输设备造成损坏，也未出现运输过程中各转载点和煤仓的卡堵现象。
4.3.2在皮带转载点安装溜煤斗
为了降低原煤在运输过程中块煤损失，建新煤矿在胶带机转载点安装溜煤斗，变煤流的自由落体为滑落，减少了块煤的撞击力度，顺槽皮带带速为4m/s，大巷皮带带速为4.5m/s，根据现场反复试验，确定溜煤斗坡度小于15°时，煤流沿溜煤斗滑行至大巷皮带时没有落差，碰撞角度减小且不会出现煤流的挤压，降低了块煤损失，保证了块煤率。
4.3.3在原煤仓安装螺旋溜槽
建新煤矿井下煤仓上仓皮带过煤量1500t/h，带速4.5m/s，原煤仓直径10米，净高30.4米，煤流进入煤仓做自由落体运动，最大碰撞速度可以达到24.6m/s。原煤经过原煤仓后块煤损失可达到5%，建新公司采用在原煤仓内安装螺旋溜槽的方式，变煤流的自由落体为匀速螺旋曲线运动，降低块煤运动速度和延长碰撞时间，减少块煤的破碎。
5 结论
(1)通过综采工作面煤体CO2超前深孔预裂爆破松动技术、煤机滚筒技术参数优化、破碎系统优化、转载点及煤仓导流装置的安装等措施后，矿井商品煤块煤率提高了10%，年利润增加200万元以上。
(2)块煤率提高的技术研究和应用取得了良好的经济效益，同时对区域内相似煤层及生产条件的矿井提供了可靠的依据，具有较高的推广价值。
参考文献：
[1]张守柱，吕剑梅.采煤机滚筒截齿排列的研究[J].西安矿业学院学报，1998（2）：170-171.
[2]程雪，杜长龙，李建平.采煤机滚筒与块煤率的关系分析[J].煤矿机械，2008（29）：76-77.
[3]徐建文，曹伟康，田素川，等.采煤机滚筒参数对块煤率的影响[J].矿山设备，2010（4）：62-64.
论文作者:赵圣权
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/21
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