螺旋鉆機(jī)采煤工藝在開采中的應(yīng)用與研究

羅浩華

（同煤集團(tuán)晉華宮礦普掘三隊(duì)，山西 大同037000）

現(xiàn)階段，對(duì)薄煤層開采的工藝仍然是要通過(guò)使用大功率的機(jī)組來(lái)實(shí)現(xiàn)，在進(jìn)行回采時(shí)回采的煤質(zhì)較差，采煤機(jī)的截齒消耗比較高，電力消耗也比較大，而且開采的效率比較低，整體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也達(dá)不到相關(guān)要求[1]，為了提高煤炭資源的回收率，解決對(duì)0.9 m左右薄煤層開采難的問(wèn)題，研究有針對(duì)性的采煤工藝，采用螺旋鉆采煤機(jī)來(lái)開采薄煤層，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開采煤層，滿足生產(chǎn)要求。

1 礦井概況

同煤集團(tuán)某煤礦工作面的煤層厚度為0.42～0.81 m，平均煤層厚度0.65 m，煤層傾角為18°，煤層節(jié)理發(fā)育，直接頂煤層厚度為7.4 m，多是細(xì)砂巖或灰色粉砂巖，容易破碎出現(xiàn)冒落，基本頂煤層厚度為8.2 m，多是灰色粉砂巖，直接底煤層厚度為4.5 m，多是細(xì)砂巖，黏土呈膠結(jié)狀態(tài)，老底煤層厚度為9.0 m，多是砂質(zhì)頁(yè)巖，泥質(zhì)膠結(jié)[2]。工作面的富水性不強(qiáng)，局部有少量積水，煤層底板距離奧灰含水層的高度為190 m，回采時(shí)不受頂、底板水的影響，斷層也不導(dǎo)水，在進(jìn)行鉆采的過(guò)程中受水害的影響小。

2 螺旋鉆機(jī)組成及工作原理

螺旋鉆機(jī)機(jī)組由主機(jī)、鉆頭、鉆機(jī)動(dòng)力裝置、通風(fēng)系統(tǒng)、輸送機(jī)等裝置組成，其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。

螺旋鉆采煤機(jī)是通過(guò)在巷道內(nèi)布置1臺(tái)或多臺(tái)螺旋鉆機(jī)，工作人員不進(jìn)入開采工作面，通過(guò)操作螺旋鉆機(jī)對(duì)巷道上下幫煤層進(jìn)行開采，完成進(jìn)鉆和退鉆。在鉆孔中實(shí)施鉆采時(shí)，鉆桿組件在兩個(gè)獨(dú)立的動(dòng)力裝置帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，使鉆頭縱向向前推進(jìn)，通過(guò)鉆頭上的截齒來(lái)進(jìn)行割煤，在鉆桿的旋轉(zhuǎn)下，沿著煤層傾斜的方向在上下幫進(jìn)行打鉆，原煤通過(guò)鉆孔被掏出落在鉆孔旁邊的刮板輸送機(jī)上，刮板輸送機(jī)與膠帶輸送機(jī)相連接，將開采的煤炭通過(guò)膠帶輸送機(jī)運(yùn)送到采區(qū)的煤倉(cāng)，采用螺旋鉆機(jī)的采煤工藝更簡(jiǎn)便、更高效。

圖1 螺旋鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

3 螺旋鉆機(jī)的采煤工藝

3.1 開采方法

將螺旋鉆采煤機(jī)布置在開采巷道的順槽內(nèi)，鉆進(jìn)時(shí)沿著煤層傾斜的方向進(jìn)行，在巷道內(nèi)安裝1臺(tái)鉆機(jī)，在小于15°方向向前鉆進(jìn)上幫，然后在小于15°方向鉆機(jī)下幫，同時(shí)將巷道支架撤回，在采用前進(jìn)式方法采煤時(shí)，可以隨時(shí)沿著掘進(jìn)巷道進(jìn)行鉆采，先對(duì)煤層的下幫進(jìn)行鉆采，將掘進(jìn)時(shí)起底破頂出的矸石充填在下幫的鉆孔中，確保矸石不上井，提高所采煤的質(zhì)量；在采用后退式方法采煤時(shí)，先沿上行方向進(jìn)行鉆采，鉆采完成后退回，調(diào)頭沿下行方向進(jìn)行鉆采，確保留設(shè)煤柱的尺寸為0.5～1.0 m。

3.2 巷道與鉆孔支護(hù)

在螺旋鉆采煤機(jī)回采過(guò)程中，及時(shí)對(duì)巷道周圍的圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)巷道受到的壓力增大時(shí)，巷道的變形量較大，要及時(shí)對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)，以防出現(xiàn)冒頂情況影響采煤工作，將鉆采工作面的運(yùn)輸順槽沿著煤層頂板布置寬為4.5 m，高為3.5 m，斷面積為13.75 m2的半圓拱形斷面[4]，采用錨網(wǎng)噴與錨索聯(lián)合支護(hù)方式，采用18 mm×2 000 mm的全螺紋鋼強(qiáng)樹脂錨桿，錨桿的桿間排距為900 mm×900 mm，錨索的間排距為3 000 mm×6 000 mm。工作面鉆采完后，開采過(guò)的鉆孔要及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，在鉆孔口處支設(shè)木點(diǎn)柱，要確保牢固，注意不要支設(shè)在浮煤和浮矸上，將鉆采孔都封死，防止有矸石落出，從底板開始，逐層用磚和水泥壘砌到頂板上方，對(duì)鉆孔進(jìn)行完全密封，用水泥將整個(gè)墻面抹平，確保密實(shí)性，鉆采孔口支護(hù)及密封俯視圖如圖2所示。

圖2 鉆采孔口支護(hù)及密封示意圖

3.3 回采工藝

螺旋鉆機(jī)的回采工藝流程如圖3所示。

圖3 工藝流程圖

使用螺旋鉆機(jī)進(jìn)行回采時(shí)，先沿上山的方向?qū)γ簩舆M(jìn)行打鉆，螺旋鉆機(jī)的一次采煤寬度為1.905 m，三軸聯(lián)動(dòng)鉆桿每節(jié)長(zhǎng)1.54 m，螺旋鉆機(jī)在鉆采一節(jié)鉆桿的深度后，待原煤排干凈后停止主機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，再將鉆桿連接，接完后開機(jī)再進(jìn)行鉆進(jìn)，每四節(jié)之間要連接一節(jié)帶有聯(lián)接筒的鉆桿，當(dāng)鉆采到工作面斷層位置或所設(shè)計(jì)的深度時(shí)，將鉆桿退出，向前移動(dòng)螺旋鉆機(jī)，留設(shè)0.5 m的煤柱，在進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的鉆采，螺旋鉆機(jī)在順槽中的前進(jìn)和后退采煤方法的布置示意圖如圖4所示。

圖4 螺旋鉆機(jī)采煤布置示意圖

4 實(shí)際鉆采效果

在同煤某礦工作面采用螺旋鉆采煤機(jī)進(jìn)行開采，采用鉆頭直徑為350 mm的螺旋鉆機(jī)，一次鉆進(jìn)的距離為1 100 mm，鉆桿長(zhǎng)度為1 270 mm，鉆進(jìn)時(shí)的速度為1 m/min，退鉆時(shí)的速度為1.2 m/min，接和撤一次鉆桿的時(shí)間為3～4 min，開采方式為兩采一準(zhǔn)，每班開采的工人為8人，平均每月工作27 d，煤的容量為1.48 t/m3，鉆進(jìn)采煤的回采率為95%，每個(gè)班組進(jìn)行一次循環(huán)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)深度在70 m，則平均每班組約開采39.8的煤，平均每天約開采78 t的煤，平均每月約開采2 106 t的煤，回采時(shí)每工的工作效率約4.8 t，煤炭資源的回收率約62%，可見(jiàn)，采煤效率有所提高。

5 結(jié)論

為了提高煤炭資源的回收率，解決對(duì)0.9 m左右薄煤層開采難的問(wèn)題，提出一種螺旋鉆機(jī)采煤方法，結(jié)果如下：

1）采用前進(jìn)或后退的采煤方法進(jìn)行開采，在回采過(guò)程中，及時(shí)對(duì)巷道進(jìn)行錨網(wǎng)噴和錨索聯(lián)合支護(hù)，對(duì)鉆采孔口支設(shè)木點(diǎn)柱，確定回采工藝流程，在一次鉆采完后再進(jìn)入下一次循環(huán)。

2）在同煤某礦工作面上進(jìn)行回采，每個(gè)班組進(jìn)行一次循環(huán)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)深度走70 m，則平均每班組約開采39.8 t的煤，平均每天約開采78 t的煤，平均每月約開采2 106 t的煤，回采時(shí)每工的工作效率約4.8 t，煤炭資源的回收率約62%，可見(jiàn)，采煤效率有所提高。