“三軟”厚煤層綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)

張 偉

(山西義棠煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 介休 032000)

一般來(lái)說(shuō)，在開(kāi)采“三軟”厚煤層時(shí)，都是采用綜合化的機(jī)械開(kāi)采技術(shù)，采取這種技術(shù)不僅能夠提高“三軟”厚煤層的開(kāi)采效率，而且還能在一定程度上防止煤礦事故的發(fā)生，從而讓礦區(qū)服務(wù)的年限加以延伸，礦區(qū)搬家的次數(shù)減少。

1 “三軟”厚煤層的概念

通常而言，當(dāng)煤體的直接底、頂均是炭質(zhì)泥巖，且其硬度的數(shù)值在0.5以內(nèi)，平均厚度為5米左右，抗壓、抗拉強(qiáng)度低于10兆帕斯卡，單項(xiàng)抗壓的強(qiáng)度為45兆帕斯卡時(shí)，可以將此煤層定義為“三軟”厚煤層。

2 開(kāi)采的工藝選擇

鑒于此類(lèi)煤層的地質(zhì)條件的限制，采煤時(shí)可以選擇的開(kāi)采工藝只有綜合開(kāi)采放頂煤和綜合一次性開(kāi)采全高等兩種形式。如果使用原有的放頂煤綜合開(kāi)采工藝，則可能會(huì)出現(xiàn)頂板的控制效果不佳、成本高、工作效率低、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度強(qiáng)、資源的回收率不高等問(wèn)題。如果使用新工藝、新技術(shù)進(jìn)行一次性的全高綜合機(jī)械化的開(kāi)采，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤壁的端面進(jìn)行有效的控制，使配套設(shè)備的設(shè)計(jì)得到優(yōu)化，而且還能夠達(dá)到高效、安全的開(kāi)采目標(biāo)。

相比較而言，綜合開(kāi)采放頂煤和綜合一次性開(kāi)采全高等兩種開(kāi)采形式各有不同，兩者的優(yōu)缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面:

(1)頂板的管理。由于“三軟”厚煤層的煤硬度不高，如果使用一次性開(kāi)采全高的開(kāi)采方式，則需要對(duì)所使用支架中防片幫的裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)化，使用對(duì)前探梁所帶的防片幫兩級(jí)折疊式裝置進(jìn)行伸縮、對(duì)整體頂梁機(jī)構(gòu)中端部的頂板支護(hù)能力進(jìn)行加強(qiáng)等方式，使其功能盡可能滿足對(duì)煤壁與暴露頂板及時(shí)的支護(hù)。而對(duì)于開(kāi)采放頂煤的方式來(lái)說(shuō)，由于煤礦頂部的煤體破碎疏松，因此對(duì)端面頂板的管理存在著很大的難度。

(2)瓦斯和煤突出的防治。“三軟”厚煤層屬于瓦斯較為突出的煤層，因此在使用一次性開(kāi)采全高的開(kāi)采方式時(shí)，由于煤礦頂部直接收到液壓支架的支持，有效地對(duì)煤壁處的頂板下沉進(jìn)行了控制，進(jìn)而使得煤壁支撐壓力的峰值轉(zhuǎn)移到煤壁的深處，使其成為低壓區(qū)域，有助于對(duì)瓦斯進(jìn)行釋放，能夠有效的對(duì)煤壁前方瓦斯的高能量聚集區(qū)域進(jìn)行防止，減小瓦斯和煤突出的可能性。

(3)煤炭的回收率和煤質(zhì)。煤炭的回收率不高與煤質(zhì)較差是綜合開(kāi)采放頂煤工藝中的主要缺陷。當(dāng)綜合開(kāi)采放頂煤的工作面在6米左右時(shí)，其回收率約在70%至80%之間，煤炭中含矸量會(huì)增加15%至20%，每開(kāi)采100萬(wàn)噸的采集儲(chǔ)存數(shù)量，煤炭資源的損失將達(dá)到20至30萬(wàn)噸。但如果通過(guò)運(yùn)用一次性開(kāi)采全高的開(kāi)采方式進(jìn)行采集，煤炭的回收率則能夠達(dá)到95%至98%，其損失的煤炭?jī)H為2至3完噸，而且煤炭產(chǎn)品的質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，此類(lèi)方法具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

(4)工作的效率。對(duì)于已經(jīng)開(kāi)采過(guò)的綜合開(kāi)采放頂煤的工作面而言，其平均的單產(chǎn)量在4萬(wàn)噸左右，工作效率不高;而使用一次性開(kāi)采全高的開(kāi)采方式進(jìn)行采集，若能夠?qū)敯暹M(jìn)行有效的控制，單產(chǎn)量將遠(yuǎn)高于綜合開(kāi)采放頂煤的方法。

不難看出，通過(guò)使用一次性開(kāi)采全高的開(kāi)采方式對(duì)“三軟”厚煤層進(jìn)行中和機(jī)械化的采集更具有實(shí)用性，但需要注意的是應(yīng)注意實(shí)際操作過(guò)程中頂板的控制與參數(shù)的確定，以保證煤礦實(shí)現(xiàn)高效、安全的生產(chǎn)。

3 “三軟”厚煤層進(jìn)行綜合機(jī)械化開(kāi)采的實(shí)踐

對(duì)于成功使用一次性開(kāi)采全高的方式對(duì)“三軟”厚煤層進(jìn)行開(kāi)采的關(guān)鍵在于頂板的管理，而其中的重點(diǎn)有在于確定支架的架型。

3.1 選擇架型

液壓支架的架型選擇主要是根據(jù)不同工作面當(dāng)中煤層的地質(zhì)條件而確定的。對(duì)單一的煤層開(kāi)采而言，主要有兩柱的掩護(hù)式與四柱支撐的掩護(hù)式兩類(lèi)。但在實(shí)際的使用中，由于兩柱的掩護(hù)式支架具有控頂距離小、頂梁短等特點(diǎn)，因此可以為靠近工作面的煤壁提供合力和較強(qiáng)的水平支撐力，對(duì)不穩(wěn)定的易垮頂板進(jìn)行有效控制并阻止頂板的水平運(yùn)動(dòng)，為結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定提供保障。在實(shí)際使用中由于立柱有的受力狀態(tài)較好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)高的范圍大，抗水平壓力較強(qiáng)等特點(diǎn)，因此可以使用大伸縮的液壓支柱，以適應(yīng)不同煤層的變化。

3.2 支架的主要技術(shù)參數(shù)

3.2.1 支護(hù)強(qiáng)度的參數(shù)

在一次性全高綜合機(jī)械化開(kāi)采工作面中，液壓支架的受力主要受到垮落層的巖層靜壓力與上位巖層來(lái)壓過(guò)程中的動(dòng)壓影響。在煤層進(jìn)行開(kāi)采后，可及時(shí)按照垮落的上巖層對(duì)支所產(chǎn)生的靜壓力和所需煤層開(kāi)采后的垮落高度對(duì)最大的可垮落帶進(jìn)行計(jì)算，其公式如下:

式中 H——垮落帶的巖層厚度

M——煤層的采高

C——直接頂在垮落后碎脹的系數(shù)

支架合理的支護(hù)強(qiáng)度P可以按照下列公式進(jìn)行估算:

式中 k——上位巖層的動(dòng)載系數(shù)

Y——巖層的容重

3.2.2 工作阻力的參數(shù)

根據(jù)配套設(shè)備的尺寸、支護(hù)強(qiáng)度、空頂?shù)木嚯x與支架的頂梁程度可以對(duì)支架的工作阻力進(jìn)行計(jì)算:

式中 n——安全系數(shù)

Lk——端面的距離

Ln——梁頂?shù)拈L(zhǎng)度

B——架間的距離

n1——支護(hù)的效率

n2——安全閥的波動(dòng)系數(shù)

3.2.3 支架高度的參數(shù)

對(duì)于使用一次性全高綜合機(jī)械化開(kāi)采中所使用的支架而言，通常應(yīng)選擇最大高度比平均值高0.2至0.4米的支架，綜合考慮煤層實(shí)際的地質(zhì)情況與起伏程度后，可以根據(jù)支架的高度系列對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

3.3 架型的特點(diǎn)

3.3.1 整體的頂梁設(shè)計(jì)

此類(lèi)支架的頂梁前端存在上翹，使得第一接頂點(diǎn)與煤壁之間的距離得到縮短，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，端部的載荷量大，可以減小片幫，有效對(duì)頂板進(jìn)行控制。另外，由于支架頂梁的側(cè)護(hù)板可以延伸到頂梁的前端，形成接近封閉的空間，因此可以有效的防止矸石的滲漏，提高煤礦的質(zhì)量。

3.3.2 頂梁前端鉸接式的護(hù)幫機(jī)構(gòu)

一次性全高綜合機(jī)械化開(kāi)采過(guò)程中所使用的支架通常采用鉸接式的兩級(jí)護(hù)幫機(jī)構(gòu)，當(dāng)護(hù)幫機(jī)構(gòu)在煤壁上支撐時(shí)，護(hù)幫板都可以進(jìn)行向上的挑平，以防止煤壁片幫的產(chǎn)生。另有，由于其挑梁所使用的是四連桿的結(jié)構(gòu)，在實(shí)際使用中不僅能夠保證收回與伸出到達(dá)預(yù)定的角度，而且能夠更有效地對(duì)頂板進(jìn)行支撐，為安全生產(chǎn)提供了保障。

4 工作面的配套設(shè)備

在“三軟”厚煤層的工作面中可以使用SZH-1050/1100型刮板傳輸機(jī)與GM670/1540-MJ型采煤機(jī)進(jìn)行配套使用。另外，在機(jī)巷中可以配套使用GWW-760/150型轉(zhuǎn)載機(jī)與TCF-190型破碎機(jī)。

5 結(jié)論

由于一次性開(kāi)采全高綜合機(jī)械化開(kāi)采中所使用的支架明顯地提升了頂板的支撐效果，有效地對(duì)頂板和煤壁進(jìn)行了控制，減少了工作面中端面的漏冒現(xiàn)象，提高了支架的穩(wěn)定性，進(jìn)而增加了工作面中的平均單產(chǎn)數(shù)量。

綜上所述，在對(duì)“三軟”厚煤層開(kāi)采時(shí)，為了有效地?cái)U(kuò)大礦區(qū)的儲(chǔ)量，并且增加礦區(qū)的服務(wù)年限，那就需要采用合適的機(jī)械化綜合開(kāi)采方式，從而把此類(lèi)煤層內(nèi)部的各個(gè)因素都聯(lián)系起來(lái)，這樣做不僅可以提高煤礦質(zhì)量和安全系數(shù)，同時(shí)也讓礦區(qū)的生產(chǎn)效率得到增加。

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