緩傾斜煤層連續(xù)采煤機短壁開采工藝研究

陸春澤

（大同煤礦集團有限責任公司晉華宮煤礦， 山西 大同 037016）

引言

我國煤炭資源豐富、儲存條件多樣，其中緩傾斜煤層的煤炭儲量占總儲量的比例較大，加強其開采工藝研究具有舉足輕重的作用。連續(xù)采煤機短壁開采技術(shù)顯著提升了煤炭資源的回收利用率，企業(yè)應(yīng)提高重視程度，大力推廣該項開采工藝，為煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有效助力。

1 緩傾斜煤層連續(xù)采煤機短壁開采工藝概述

1.1 連續(xù)采煤機短壁開采工藝的發(fā)展歷史

現(xiàn)代煤礦開采需要堅持高起點、高技術(shù)、高質(zhì)量、高效率、高效益的政策才能持續(xù)為企業(yè)注入新的活力，保證企業(yè)不被歷史淘汰。縱觀連續(xù)采煤機短壁開采工藝的發(fā)展歷史可知，現(xiàn)有的采煤方法主要可分為長壁式采煤法與短壁式采煤法兩類，我國傳統(tǒng)的煤礦企業(yè)多采用長壁式采煤方法，但無法提高緩傾斜煤層的開采效率[1]。隨著科技水平的不斷提升，以及人們對采煤工藝的關(guān)注，已經(jīng)逐漸形成了一套完善的適用于緩傾斜煤層開采的設(shè)備體系，利用連續(xù)采煤機、錨桿機、梭車等設(shè)備實現(xiàn)了連續(xù)作業(yè)，有效提升了煤炭開采效率。在上世紀八十年代，履帶式自移液壓支架應(yīng)用于煤炭生產(chǎn)行業(yè)，實現(xiàn)了連續(xù)的機械化開采，工作效率與煤炭利用率得到了顯著提升。

1.2 連續(xù)采煤機短壁開采工藝選擇的要求

選擇合理有效的開采工藝對煤礦企業(yè)的健康發(fā)展有著深遠影響，企業(yè)需要根據(jù)工作面煤層的儲存情況與當?shù)氐牡刭|(zhì)水文條件選擇不同的技術(shù)裝備進行開采。進行煤炭開采工藝選擇時應(yīng)注意以下事項，其一是選擇的連續(xù)采煤機短壁開采工藝需要具有先進有效的技術(shù)。其二是該項工藝要能滿足礦區(qū)煤層頂?shù)装鍡l件，以此確保開采過程的安全性。其三是開采工藝需要配備現(xiàn)代化設(shè)備，保證工作面安全生產(chǎn)，提高煤炭回采率。選擇開采工藝時需要將方方面面的因素納入考慮范圍，除了煤炭產(chǎn)量外，還應(yīng)注意工作面頂?shù)装鍡l件、涌水量、巷道寬度與坡度、布置形式等要素，以免在開采過程中埋下安全隱患，給企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟損失與人員傷亡。

1.3 連續(xù)采煤機短壁開采工作面的應(yīng)力分布

緩傾斜煤層開挖后，煤體的應(yīng)力結(jié)構(gòu)會重新分布。一般情況下，當一條支巷回采完畢后，前方煤體的應(yīng)力會更加集中，應(yīng)力集中系數(shù)變?yōu)?.2，應(yīng)力增高區(qū)域分布在前方25 m左右。緩傾斜煤層的應(yīng)力分布與支巷回采數(shù)量有關(guān)，其數(shù)量越大，應(yīng)力系數(shù)也隨之升高，當采至停采線時，此時的集中應(yīng)力為原巖應(yīng)力的兩倍多。據(jù)研究分析可知，回采空間增大后，頂板垮落會變得更加充分，各個方向的應(yīng)力相互疊加，使得應(yīng)力集中系數(shù)不斷增大。隨著另一條支巷施工的進行，煤層的應(yīng)力峰值前移，壓力逐漸釋放，有利于回采作業(yè)的順利進行[2]。

1.4 連續(xù)采煤機短壁開采工作面的礦壓特征

在實際開采中，連續(xù)采煤機短壁開采工作面的開采方式與傳統(tǒng)方法差異較大，需采用獨特的工作面頂板管理方法。利用全部垮落法作業(yè)時需要保證頂板巖層達到極限垮落步距，此時頂板巖層垮落形成采場來壓。利用留設(shè)煤柱法管理頂板時，可人為控制頂板垮落，此時的礦壓并不明顯。為了提高緩傾斜煤層開采作業(yè)的安全性與科學性，工作人員可在開采初期采用留設(shè)煤柱法管理頂板，隨后使用全部垮落法管理頂板。在回采作業(yè)中，行走液壓支架壓力的浮動范圍較小，原因是留煤柱的支撐作用保證了煤炭開采安全，降低了工作面基本頂大規(guī)模斷裂事故的發(fā)生幾率。

2 緩傾斜煤層連續(xù)采煤機短壁開采工藝存在的問題

2.1 開采工藝設(shè)計不合理

連續(xù)采煤機短壁開采工藝需要布置兩條巷道才能滿足煤炭開采需求，其中一條作為膠帶運輸巷，另一條作為輔助運輸巷，工作人員可在其單側(cè)或雙側(cè)位置處布置支巷，以便于進行采硐回采。現(xiàn)階段，煤炭開采工作大多集中于近水平煤層中，然而緩傾斜煤層角度一般為8°～25°之間，傾斜角度過大，如果開采設(shè)計不合理將會大大降低工作效率，影響煤礦開采企業(yè)的經(jīng)營利潤。煤礦企業(yè)進行工藝設(shè)計時需要認真考慮巷道布置角度及相關(guān)參數(shù)，以免在開采中出現(xiàn)過大的仰采或俯采角度。總之，開采工藝設(shè)計不合理可能導致機械設(shè)備運轉(zhuǎn)不正常，開采效率得不到有效保障。

2.2 三角煤資源遺失

連續(xù)采煤機在實際作業(yè)中通過切槽和采垛等步驟完成掘進過程，形成矩形斷面巷道。緩傾斜煤層傾角較大，設(shè)置連采工作面時，可能導致一定程度的三角煤炭資源遺失問題，不僅降低了煤炭利用率，也對煤礦工人的生命安全造成了一定威脅。

2.3 設(shè)備選型不科學

設(shè)備選型的科學性與緩傾斜煤層的開采質(zhì)量與效率密切相關(guān)。緩傾斜煤層的角度問題加大了設(shè)備選型困難程度，隨著工作面開采角度的增大，連續(xù)采煤機需要在極限角度狀態(tài)下運行，工作人員選擇設(shè)備型號時應(yīng)充分考慮這一情況。目前我國很多煤礦企業(yè)還存在設(shè)備維護管理不到位的問題，連續(xù)采煤機需要長時間在角度過大的煤層上運轉(zhuǎn)，機械磨損較為嚴重，需要進行精心的維護才能保證使用質(zhì)量、延長使用壽命。另外，運輸也是煤礦開采作業(yè)的重要環(huán)節(jié)，梭車需要適應(yīng)跨度較大角度，因此選擇困難較大。且運輸過程中涉及的其他支護與輔助運輸設(shè)備也面臨相似的選擇問題[3]。

3 連續(xù)采煤機短壁采煤工藝的優(yōu)勢

緩傾斜煤層工作面采用連續(xù)采煤機短壁工藝后顯著提高了開采效率與質(zhì)量，對煤礦企業(yè)的發(fā)展具有良好的促進作用。該種采煤工藝還提高了工作面設(shè)備運行的安全性與穩(wěn)定性，能夠確保開采設(shè)備在合理的角度范圍內(nèi)高效運行。連續(xù)采煤機短壁開采工藝避免了三角煤資源的浪費現(xiàn)象，顯著提升了煤炭利用率。

4 緩傾斜煤層連續(xù)采煤機短壁開采工藝優(yōu)化

4.1 優(yōu)化開采工藝方案

科學的煤炭開采方案是提升煤礦回采利用率的前提，煤礦企業(yè)需在開采之前做好準備工作，制定完善的開采工藝方案。針對緩傾斜煤層開采中存在的問題，應(yīng)全面分析連續(xù)短壁開采技術(shù)的特點，重點分析工作面的實際情況與現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)，采用與等高線成偽斜的方式布置主運輸巷道、輔助運輸巷道以及支巷，將支巷角度控制在10°范圍內(nèi)。緩傾斜煤層開采方案還應(yīng)滿足回采采硐的截割要求，在方案中確定科學合理的設(shè)備型號。在三角區(qū)域選用截割頭截割振動的方式開采煤炭。

4.2 采用履帶式連采設(shè)備

煤礦開采過程中的主運輸巷道一般為單巷布置，角度均在10°以上，且長度較長，選擇設(shè)備型號時應(yīng)將這一情形考慮進去。履帶式連采設(shè)備的適應(yīng)角度能力強，在緩傾斜煤層開采中應(yīng)用效果良好，梭車和運輸系統(tǒng)都是良好的履帶式連采設(shè)備。梭車具有運行靈活、運輸量大的優(yōu)點，還可以同時實現(xiàn)煤炭的間斷式和連續(xù)式運輸，在煤礦企業(yè)中有著廣泛應(yīng)用。運輸系統(tǒng)的機身體積小，因此具有調(diào)車輕松的優(yōu)勢，不受長度限制。

4.3 合理安排施工工序與切割方式

為了確保煤礦開采過程的質(zhì)量與效率，工作人員需要確保施工工序與切割方式的合理性。一般來說，緩傾斜煤層采用前進式間隔的巷道完成掘進工作。雖然連續(xù)采煤機在工作中會出現(xiàn)部分上三角煤無法開采的情況，表面上降低了煤炭開采利用率，但由于在選取巷道位置時靠近北翼巷道等區(qū)域，留下的三角區(qū)面積較小，可采用截割頭反復截割三角區(qū)域煤炭的方式，促使該區(qū)域的煤炭快速掉落。在實際開采中，由于緩傾斜煤層的傾斜角度過大，連續(xù)采煤機會存在進刀困難的問題，既降低了煤炭開采效率，又威脅了煤礦工人的人身安全。工作人員需要在截割時調(diào)整連續(xù)采煤機的進刀方式，將其改為從巷道底板進刀，在降低機械設(shè)備重心的同時，增加了連續(xù)采煤機與底板之間的摩擦力，從而可以減少調(diào)機次數(shù)，實現(xiàn)割煤與裝煤的連續(xù)性，提升煤礦開采效率。

5 結(jié)語

緩傾斜煤層儲量豐富，但開采難度大，因此應(yīng)合理利用連續(xù)采煤機短壁開采工藝，并不斷進行開采工藝的優(yōu)化升級。針對開采過程中存在的問題，可通過優(yōu)化開采工藝方案、采用履帶式連采設(shè)備、合理安排施工工序與切割方式等措施加以解決，確保煤炭開采作業(yè)的順利進行。