薄煤層采煤方法與工藝流程的研究探討

閻 鵬

(山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033602)

引 言

在開采薄煤層時(shí)，由于煤層空間小、勞動(dòng)密集程度高、瓦斯等危險(xiǎn)氣體不易排放、機(jī)械設(shè)備的安裝以及操作等都比較困難，因而采煤量較低，煤質(zhì)損壞嚴(yán)重，加上開采速度較快，煤層厚度變化和水文地質(zhì)條件對開采的影響很大，開采接替緊張，導(dǎo)致對薄煤層的開采有很大的威脅。與中厚煤層相比，薄煤層的連續(xù)開采工藝效率低，開采過程成本高，施工安全系數(shù)低，但近年來對薄煤層的開采技術(shù)有所提升，促進(jìn)了對薄煤層的開采，而且薄煤層工作面的頂板位移較小，開采產(chǎn)生的沉陷量小，對鄰近煤層的影響也小，加上開采深度增加，中厚煤層的儲煤量大大減少，因此，迫切需要研究對薄煤層開采的方法及工藝[1]。

1 礦井概況

斜溝煤礦16501工作面呈南北走向，向西傾斜，在6#煤層的東部，下方是18503工作面，可開采長度為2 044 m，傾斜長度為175.4 m，傾角為9.7°～10.1°，煤層厚度為1.12 m～2.12 m，煤層主要為黑色暗煤，含有少量的亮煤，煤質(zhì)是氣煤[2]，煤層老頂是中粗粒砂巖，直接頂是泥巖，直接底是泥巖，老底是中粗粒砂巖，煤層內(nèi)裂隙帶發(fā)育，受古河流沉積影響，在局部形成全巖段，最大涌水量為1.3 m3/min。

2 采煤方法

由于薄煤層的頂板和底板以及煤層厚度的變化都比較大，煤層的采礦地質(zhì)條件比較復(fù)雜，采用刨煤機(jī)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行煤層開采時(shí)比較困難[3]，因此選擇三機(jī)組合的采煤方法，將滾筒采煤機(jī)、液壓支架以及刮板輸送機(jī)設(shè)備配套組合起來進(jìn)行煤層開采。

2.1 滾筒采煤機(jī)

采煤機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力與最大采高、截深以及牽引速度等因素有關(guān)，采煤機(jī)的采高要與煤層厚度的變化相匹配，由于開采中有浮煤的影響，且煤層頂板會出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，使得薄煤層開采的實(shí)際工作面高度會降低，因此，采煤機(jī)在工作時(shí)采高要滿足[4]式(1)要求。

Hmin=HZmin+0.2，Hmax=HZmax-0.2

(1)

其中，Hmin是采煤機(jī)工作時(shí)的最小采高，Hmax是采煤機(jī)工作時(shí)的最大采高，HZmin是支架的最小采高，HZmax是支架的最大采高。在實(shí)際連續(xù)開采過程中，采煤機(jī)在安全開采時(shí)的最小采高為0.9 m，最大采高為1.9 m，考慮開采時(shí)各方面的影響因素，為了使煤層底板被割平，將采煤機(jī)的臥底量設(shè)在180 mm以上，考慮到薄煤層難開采、采高小的問題，截割部采用兩臺電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)搖臂的雙驅(qū)動(dòng)方式，平行放置電機(jī)以減小搖臂厚度。

2.2 液壓支架

根據(jù)煤層的水文地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)液壓支架支護(hù)，并計(jì)算支護(hù)強(qiáng)度，確定液壓支架的相關(guān)參數(shù)。其中液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度為0.8 MPa～1.23 MPa，支撐高度為1.0 m～1.7 m，中心距為1.75 m，工作時(shí)的阻力為13 000 kN，初撐力為10 096 kN，推移時(shí)的步距為800 mm。液壓支架的頂梁梁端距在150 mm～300 mm，防止采煤機(jī)在運(yùn)行時(shí)滾筒切割到頂梁，同時(shí)，確保與采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)有足夠的安全距離。

2.3 刮板輸送機(jī)

考慮煤層工作面的實(shí)際生產(chǎn)能力，確保刮板輸送機(jī)的輸送能力達(dá)到采煤機(jī)最大生產(chǎn)能力的1.2倍，根據(jù)輸送機(jī)的輸送能力和實(shí)際煤層需要確定開采鏈條數(shù)目以及結(jié)構(gòu)形式，選擇中雙鏈結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際煤層的傾斜角、開采鏈條長度、輸送機(jī)的輸送量來確定電機(jī)的輸送功率和驅(qū)動(dòng)方式，刮板輸送機(jī)的最大輸送能力為2 402 t/h，裝機(jī)最大功率為620 kw，鏈速為1.33 m/s，刮板間距為876 mm。

3 采煤設(shè)備及工藝流程

3.1 采煤設(shè)備

在對薄煤層進(jìn)行開采時(shí)，其工藝具體包括落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)四部分。

落煤作業(yè)所使用的機(jī)械設(shè)備是電牽引式雙滾筒采煤機(jī)，型號為MG200/360-WD，進(jìn)刀工作方式為中部斜切法。裝煤作業(yè)所使用的機(jī)械設(shè)備是梨型的自動(dòng)裝煤裝置，裝煤過程是自動(dòng)進(jìn)行的。運(yùn)煤作業(yè)所使用的機(jī)械設(shè)備是刮板輸送機(jī)配合帶式輸送機(jī)，型號分別為SGB620/40T和SJ-80，共同配合來完成連續(xù)運(yùn)煤作業(yè)。支護(hù)作業(yè)所使用的機(jī)械設(shè)備是液壓支架，型號為ZQY2800/09/24，及時(shí)對煤層頂?shù)装暹M(jìn)行支護(hù)。

3.2 工藝流程

放煤作業(yè)時(shí)采用一刀一放的多輪分層順序，在開采工作面的前20 m以及停采線的前30 m只進(jìn)行割煤作業(yè)不進(jìn)行放煤作業(yè)，步間距保持在0.8 m，工作面的工藝流程，如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

4 應(yīng)用分析

挖溝煤礦薄煤層綜采工作面的開采長度為2 638.2 m，采高為1.25 m，采煤機(jī)的截深為0.8 m，將三機(jī)配套組合的采煤方法應(yīng)用在薄煤層開采中，采煤現(xiàn)場如圖2所示，從機(jī)組的日開采原煤量和月開采原煤量方面進(jìn)行驗(yàn)證，機(jī)組日平均開機(jī)采煤率約85%，割煤速度為6 m/min，平均日循環(huán)21個(gè)，得到日開采原煤量約1 090 t，月開采原煤量約23 200 t，生產(chǎn)能力在2.2 Mt/a，基本達(dá)到國內(nèi)采煤的先進(jìn)水平。

圖2 現(xiàn)場采煤圖

通過使用三機(jī)配套組合的綜采方法，提高了開采工作面的安全指數(shù)，避免了開采過程中出現(xiàn)的不安全問題，通過開采保護(hù)層將煤層中的瓦斯等危險(xiǎn)氣體釋放，減少了中毒事件的發(fā)生，較好地解決了當(dāng)前薄煤層開采中出現(xiàn)的一些問題，為薄煤層的安全開采提供借鑒。

5 結(jié)語

為了解決在薄煤層開采中開采空間小、操作困難等問題，實(shí)現(xiàn)對薄煤層的安全高效開采，提出一種三機(jī)配套組合的薄煤層開采方法，結(jié)果如下：

1)采用采煤機(jī)、液壓支架以及刮板輸送機(jī)三機(jī)配套組合的方法，確保液壓支架與采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)三機(jī)之間有一定的安全距離，給出采煤的具體工藝流程。

2)分析薄煤層三機(jī)配套組合方法在挖溝煤礦的應(yīng)用效果，機(jī)組日平均開機(jī)采煤率約85%，在割煤速度為6 m/min時(shí)，得到日開采原煤量約1 090 t，月開采原煤量約23 200 t，生產(chǎn)能力在2.2 Mt/a，基本達(dá)到國內(nèi)采煤的先進(jìn)水平，提高了開采的安全指數(shù)，為薄煤層的安全開采提供借鑒。