利用綜采技術(shù)在較薄煤層工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的研究

王紅智

（西山煤電集團(tuán)公司西曲礦通風(fēng)二隊(duì)，山西　古交　030200）

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)能源尤其是在能源中占據(jù)主導(dǎo)地位的煤炭需求越來(lái)越大，對(duì)煤炭企業(yè)的開采能力也提出了越來(lái)越高的要求。而隨著煤田的逐步開采，礦井的地質(zhì)條件也越來(lái)越復(fù)雜。綜采技術(shù)是針對(duì)煤炭企業(yè)作業(yè)的一種現(xiàn)代開采方式，由于其具有高機(jī)械化、高安全性與高效率等優(yōu)點(diǎn)，使其越來(lái)越受到煤炭企業(yè)的重視并廣泛應(yīng)用，但此種開采方式目前主要用于中厚煤層，在薄煤層鮮有應(yīng)用。在我國(guó)，由于在很多煤礦中薄煤層資源儲(chǔ)量豐富，且在很多地區(qū)所占比重都超過(guò)50%；另外，其具有分布廣、煤質(zhì)好的特點(diǎn)，受到設(shè)備移動(dòng)困難、斷層等投入產(chǎn)出比較低等影響，使得針對(duì)薄煤層的機(jī)械化開采進(jìn)步較慢。從煤炭資源的可持續(xù)發(fā)展來(lái)看，通過(guò)積極開發(fā)薄煤層可以延長(zhǎng)煤田的開采年限，所以如何將綜采技術(shù)應(yīng)用到較薄煤層的工作面中實(shí)現(xiàn)高效高產(chǎn)，是目前的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

1　薄煤層綜采技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在我國(guó)，針對(duì)煤層的厚度有不同程度的劃分，當(dāng)厚度在0.8m以下時(shí)，煤層屬于極薄煤層，當(dāng)厚度在0.8～1.3m時(shí)，煤層屬于薄煤層，我國(guó)薄煤層的可采煤炭?jī)?chǔ)量約為60萬(wàn)億t。表1為我國(guó)主要產(chǎn)煤區(qū)中薄煤層的分布情況。

表1　我國(guó)主要產(chǎn)煤區(qū)中薄煤層的分布情況

目前我國(guó)針對(duì)薄煤層的綜采技術(shù)還處于起步階段，各煤炭企業(yè)主要采取滾筒采煤機(jī)與刨煤機(jī)配液壓支架的綜采法兩種技術(shù)進(jìn)行薄煤層的開采。其中滾筒采煤機(jī)是我國(guó)在1974年研制成功的，型號(hào)為BM-100，主要有如表2所示的4種薄煤層專用機(jī)型。

表2　幾種薄煤層專用滾筒采煤機(jī)型

滾筒采煤機(jī)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，主要為：適應(yīng)能力較強(qiáng)，能夠在煤層厚度變化較大的工作面上平穩(wěn)工作；對(duì)地形條件具有較強(qiáng)適應(yīng)能力，在某些復(fù)雜情況下可強(qiáng)行通過(guò)；適用于當(dāng)煤層含有夾矸時(shí)的回采，且不影響進(jìn)度與煤產(chǎn)量；對(duì)工作面的長(zhǎng)度要求較低。但也存在缺點(diǎn)，表現(xiàn)為一般采用液壓控制，系統(tǒng)比較復(fù)雜，制作工藝繁瑣，購(gòu)買及運(yùn)行維護(hù)成本較高，一線采煤工人需較長(zhǎng)時(shí)間才能掌握運(yùn)行技術(shù)。

刨煤機(jī)的主要特點(diǎn)包括：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行、維護(hù)簡(jiǎn)單；可以使一線人員與機(jī)器分離，極大地緩解工人勞動(dòng)強(qiáng)度與生產(chǎn)條件；采煤過(guò)程中的粉塵量少、能耗低；適用于可能存在瓦斯的煤層開采。

與中厚煤層相比而言，我國(guó)薄煤層的機(jī)械化長(zhǎng)壁工作面主要存在以下幾方面的問(wèn)題：工作條件較差，采煤設(shè)備移動(dòng)比較困難；采掘比大，采煤工作面經(jīng)常出現(xiàn)接替的緊張局面；工作面布置較困難；經(jīng)濟(jì)效益相比較低。

所以，實(shí)現(xiàn)較薄煤層高產(chǎn)高效開采的主要途徑還應(yīng)實(shí)現(xiàn)綜采機(jī)械化[1]。

2　綜采技術(shù)分析

某煤礦為立井開拓，包含6層可采煤層，從上到下標(biāo)記為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)與6號(hào)，其中1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)為薄煤層。1號(hào)與5號(hào)煤層比較穩(wěn)定，3號(hào)煤層不穩(wěn)定。各煤層中頂板的主要成分為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖與細(xì)粒砂巖，條件中等。6個(gè)煤層中，前兩個(gè)煤層中瓦斯?jié)舛容^低，后4個(gè)煤層的瓦斯?jié)舛容^高。

在薄煤層，綜采技術(shù)的實(shí)現(xiàn)首先要考慮采煤設(shè)備的選擇，主要包括支架、采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等部分。合理的設(shè)備可以使綜采技術(shù)達(dá)到最優(yōu)發(fā)揮[2]。

2.1　支架的確認(rèn)

工作面中的采面頂板和開采高度共同決定了支架的類型，中等或以下的地質(zhì)條件一般選擇掩護(hù)式支架，其他情況地質(zhì)條件選擇支撐式支架[3]。與此同時(shí)，采面高度與支架高度間的關(guān)系是最大采高，應(yīng)在支架下方10 cm處，而最小采高應(yīng)在支架上方30 cm處。除了采面頂板和開采高度以外，在確定支架過(guò)程中，還需考慮頂?shù)装灞葔海Ъ艿闹ёo(hù)強(qiáng)度應(yīng)大于頂板壓力，而支架對(duì)底板比壓應(yīng)小于實(shí)測(cè)底板比壓，并且頂板壓力與底板比壓差越大越好。

本采區(qū)中，1號(hào)煤層的厚度平均為1.17m左右，為了提高效率、增大開采范圍，確定支架的最大支撐高度為1.55m，最小支撐高度0.8m。與此同時(shí)，支架支護(hù)強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：M為開采高度，取1.55m；γ為頂板巖石容重，取2.6 t/m3。

代入數(shù)據(jù)，計(jì)算得P=0.24～0.32MPa

根據(jù)以上材料，選擇ZY400/08/17型號(hào)的掩護(hù)式液壓支架，他的支撐高度范圍在0.8～1.7m之間，支撐的強(qiáng)度大于0.625MPa；與此同時(shí)，其工作阻力大于4 000 kN，推移行程為800m，此種型號(hào)的支架也適用于3號(hào)與5號(hào)煤層。

2.2　采煤機(jī)的確認(rèn)

在決定使用何種采煤機(jī)的過(guò)程中，其主要決定因素為采面的高度、工作面煤層的軟硬程度以及采面的傾斜角度等，最適合的采煤機(jī)一定是其采高能力、切煤力度以及牽引強(qiáng)度等都與其所在的綜采工作面相符合[4]?，F(xiàn)在比較常用的有滾筒式采煤機(jī)和刨煤機(jī)兩種機(jī)型。其中滾筒采煤機(jī)一般適用于采高在0.8m以上、煤層傾角在25°以下，且不存在大斷層和褶曲等的薄煤層。而刨煤機(jī)一般適用于煤層厚度變化較小、傾角在25°以下、無(wú)較大斷層和陷落柱等的地質(zhì)構(gòu)造，煤不粘頂、頂?shù)装迤鸱　⒎撬绍浶偷装?、可刨性?qiáng)的薄煤層[5]。采煤機(jī)割煤速度與工作面單產(chǎn)水平間的關(guān)系主要是：

式中：Qd為某工作面平均一天的產(chǎn)量，取2 000 t；L為工作面的長(zhǎng)度，取160m；H為開采的高度，取1.17m；B為截深，取0.8m；γ為煤層的容量，取1.35 t/m3；T為每個(gè)工作班組的工作時(shí)間，取6 h；I為采煤機(jī)工作過(guò)程中的開缺口行程，取40 m；K為開機(jī)率，取50%；C為回采率，取97%。

最后代入各數(shù)值，得到V=3.52m/min，最大割煤速度為4.58m/min，最大生產(chǎn)能力為361 t/h，根據(jù)計(jì)算的具體結(jié)果，結(jié)合3號(hào)與5號(hào)煤層的特點(diǎn)，選擇MG132/310-BW型采煤機(jī)。

2.3　轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)輸機(jī)型號(hào)確認(rèn)

在將支架與采煤機(jī)的型號(hào)確定完成后，還需根據(jù)采面的最大生產(chǎn)能力來(lái)確定轉(zhuǎn)載機(jī)與運(yùn)輸機(jī)的型號(hào)。根據(jù)環(huán)節(jié)能力的配套要求，最終選擇SGW630/150C型號(hào)的刮板運(yùn)輸機(jī)，運(yùn)輸能力達(dá)到250 t/h；轉(zhuǎn)載機(jī)型號(hào)為SZD730/40，運(yùn)輸能力達(dá)到400 t/h；破碎機(jī)型號(hào)為PEM1000650I，破碎能力為450 t/h。

2.4　兩巷支護(hù)的確認(rèn)

如果可以合理的進(jìn)行兩巷支護(hù)，此措施便能夠極大地縮短過(guò)機(jī)頭、機(jī)尾的時(shí)間。實(shí)際生產(chǎn)中，兩端入刀的總時(shí)間約占總割煤時(shí)間的1/2，伴隨著兩巷支護(hù)質(zhì)量的降低，其所占時(shí)間還將上升。如果采用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)，那么其工作效率將是單純工字鋼支護(hù)的2～3倍。本煤井中的兩巷超前支護(hù)均采用KQDZ-2800型單體液壓支柱配合一排HDL-3000型的π字鋼梁進(jìn)行維護(hù)，與此同時(shí)，超前20m范圍內(nèi)采取一梁兩柱的支護(hù)形式[6]。

2.5　回采工藝

工作面回采工作所使用的工藝應(yīng)具體問(wèn)題具體分析，根據(jù)采面頂板的類型以及采長(zhǎng)進(jìn)行綜合判斷。1號(hào)煤層中綜采工作面采煤機(jī)的工藝流程為：采煤機(jī)由機(jī)頭斜切進(jìn)刀—移輸送機(jī)機(jī)頭—采煤機(jī)反向割機(jī)頭煤—采煤機(jī)反向空駛—移端頭支架—采煤機(jī)割第一刀煤—移架—推移刮板輸送機(jī)—采煤機(jī)由機(jī)尾斜切進(jìn)刀進(jìn)行下一循環(huán)。

3　結(jié)論

以某煤井為例，通過(guò)采用先進(jìn)的綜采技術(shù)，使得較薄煤層實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)高效，最高推進(jìn)速度達(dá)到了240m/月，最高日產(chǎn)量達(dá)到了4 880 t/天，大大加快了1號(hào)煤的開采速度。

[1]王偉.如何實(shí)現(xiàn)較薄煤層工作面綜采技術(shù)的高產(chǎn)高效[J].價(jià)值工程，2013（23）：86-87.

[2]單福友，孫國(guó)啟，趙友軍，等.薄煤層綜采工作面高產(chǎn)高效技術(shù)研究[J].煤礦機(jī)電，2011（5）：81-83.

[3]高同嶺.淺析薄煤層開采高產(chǎn)高效技術(shù)管理與應(yīng)用[J].河北煤炭，2011（2）：61-62.

[4]楊道華.薄煤層高產(chǎn)高效開采的技術(shù)研究[J].煤礦現(xiàn)代化，2011（2）：16-17.

[5]初國(guó)明.綜采技術(shù)在較薄煤層工作面何實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2011（1）：84-85.

[6]蒲寶山.較薄煤層高產(chǎn)高效工作面設(shè)備選型與配套[C]//采礦工程學(xué)新論—北京開采所研究生論文集，2005：113-114.