綜合機械化開采在薄煤層的應(yīng)用

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我國科技經(jīng)濟及工業(yè)化不斷發(fā)展，煤炭的需求量逐步增加。隨著煤炭資源的不斷開采，我國具有開發(fā)優(yōu)勢的煤炭資源越來越少，開采程度已經(jīng)接近極限。在煤炭資源愈發(fā)緊張的情況下，儲量較大的薄煤層資源被逐漸開發(fā)。近年來，我國對薄煤層開采的需求越來越大，加上薄煤層的分布相對較多，特別是在南方地區(qū)的煤礦，薄煤層是主要的開采煤層。但受到薄煤層開采技術(shù)的限制，薄煤層開采造成的煤炭資源浪費也是目前的難題之一［1］。而綜合機械化開采作為世界上最先進的開采工藝，可以實現(xiàn)煤炭開采“破、裝、運、支及處”五個環(huán)節(jié)的機械化，具有開采效率高、安全系數(shù)高和經(jīng)濟效益好等諸多優(yōu)勢。因此，對綜合機械化開采在薄煤層中的應(yīng)用進行分析有較為重要的意義。

1工程概況

薄煤層的工作面多分布于數(shù)百米礦井下，采煤工作面小，煤層厚度都在1．3m內(nèi)，開采較為困難。某礦目前主要開采的是2#煤層，煤層總厚度為0．56～1.1m，平均厚度為0．89m，從煤層的開采情況來看，屬于薄煤層開采。為了保障煤炭資源的采出率，推動煤礦的可持續(xù)發(fā)展，需要對2#煤進行開采。在2#煤層中布置了工作面，從煤層勘查結(jié)果可知，煤層傾角為28～44°，平均角度為32°，屬于大傾角煤層。從工作面布置情況來看，本次設(shè)計的工作面走向長度為786m，傾斜長度設(shè)計為189m。從現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，在工作面開采過程中，地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育，會對煤層開采產(chǎn)生一定影響。整個煤層屬于大部分穩(wěn)定的可采煤層，工作面可開采的長度在700m左右。表1是2#煤層頂板和底板巖性情況表。

2礦井自然條件對綜合機械化開采技術(shù)的影響

綜合機械化開采技術(shù)在煤礦開采中會受到很多自然條件的影響，主要影響因素有以下方面:①礦井地質(zhì)構(gòu)造因素影響。在綜合機械化開采過程中由于礦井地質(zhì)構(gòu)造條件的復(fù)雜性，在一定程度上會影響綜合機械化系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用，所以在進行煤礦開采之前需要對礦井的地質(zhì)構(gòu)造進行科學(xué)分析，進而為綜合機械化開采提供詳細的技術(shù)指導(dǎo)。比如常見的斷層地質(zhì)構(gòu)造類型是綜合機械化開采中需要重點關(guān)注和分析的構(gòu)造類型，一些復(fù)雜和不良的斷層構(gòu)造對機械化開采的設(shè)備會造成一定的破壞性影響。②煤層因素影響。煤層作為煤礦開采的對象，科學(xué)分析煤層條件對煤礦開采至關(guān)重要。分析煤層條件時主要分析的因素包含煤層的厚度、硬度以及穩(wěn)定性等因素。根據(jù)煤層實際條件可對綜合機械化開采設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式、規(guī)格、調(diào)節(jié)范圍、工作空間等進行選型、設(shè)計以及調(diào)整。③礦井瓦斯氣體分布影響。煤礦綜合機械化開采作業(yè)速度通常都比較快，在快速作業(yè)過程中勢必會加速礦井內(nèi)瓦斯氣體的涌出速度，假如瓦斯涌出量超過礦井的安全排放能力，將會直接威脅礦井的安全生產(chǎn)，所以在綜合機械化開采技術(shù)中，一定要對瓦斯分布規(guī)律進行分析研究，采取科學(xué)措施加強對瓦斯的排放控制力度，有效確保綜合機械化開采的安全性。

3薄煤層綜合機械化開采三機配套技術(shù)要點

3．1采煤機為了實現(xiàn)對工作面的高效回采，考慮到煤層厚度、傾角及所處位置的地質(zhì)條件等因素，在進行采煤時，截割巖石的情況較多，地質(zhì)的變化相對較大。在選擇采煤機時，不僅需要有較強的割煤能力，還需要確保機面的高度較低，制動能力較強。為降低采煤機高度，提高采煤機的制動能力，選擇使用對稱結(jié)構(gòu)的雙滾筒采煤機。在割煤時，首先在工作面上開缺口，達到雙向割煤的效果。其次，選擇使用“騎刮板運輸機”等類型，在刮板運輸機上設(shè)計騎運輸機的變頻器，本次將截割電機安裝到搖臂上，從而有效降低采煤機機面的高度，加大過煤的空間［2－4］。針對性地降低機身的長度，從而更好地滿足薄煤層開采需要。對牽引機構(gòu)，本次設(shè)計采用內(nèi)牽引方式，使用該方式能夠較好地滿足煤層厚度、傾角等方面的變化需求。在機身上布置制動器，在各個部件上設(shè)置潤滑系統(tǒng)，進而實現(xiàn)采煤機的制動、潤滑效果。綜合考慮上述因素，本次選擇使用了MG200/495－QWD采煤機，該采煤機的有效采高為1～1．3m，能夠適應(yīng)傾角在45°之下的煤層開采，總功率接近500kW。圖1是采煤機結(jié)構(gòu)示意圖。

3．2液壓支架煤礦的整體煤層頂板較為破碎，容易出現(xiàn)變形與膨脹問題，加上煤層較薄，回采時矸石容易將采空區(qū)充滿。因此，頂板的整體壓力相對偏小，采場礦壓顯現(xiàn)不夠明顯。本次選擇使用掩護式支架，對支架的頂梁進行優(yōu)化，將箱式結(jié)構(gòu)優(yōu)化為板式結(jié)構(gòu)，從而有效減少頂梁厚度，提高支架內(nèi)部通過機器的高度［5］。同時，在頂梁上設(shè)置能夠伸縮的擋矸裝置，有效阻擋支架之前的飛矸，在相鄰支架的底座上設(shè)置能夠伸縮的擋矸裝置，以防止支架之間的飛矸。在液壓支架底座前方，將調(diào)推千斤頂設(shè)置到位，嚴防輸送機出現(xiàn)滑動問題。在液壓支架的底座、頂梁的兩側(cè)設(shè)置調(diào)整支架的梁，安裝側(cè)護板，有效防止支架出現(xiàn)滑架與倒架問題。本次進行薄煤層開采時，通過采取上述措施，可提高煤礦開采的安全程度。結(jié)合上述需求，選擇使用了ZY3500/07/15Q液壓支架，該支架的有效支撐高度為0．7～1．4m，支架之間的中心距離在1．75m左右，能夠適用煤層在45°之下的煤層開采。圖2是液壓支架的結(jié)構(gòu)示意圖。

3．3刮板運輸機本次選擇使用的采煤機采用了內(nèi)牽引方式，為了保障采煤機的穩(wěn)定性，在選擇刮板運輸機時，選擇了中雙鏈與銷排結(jié)構(gòu)，可以有效提高采煤機的行走能力，增強二級防滑的效果。同時，本次將輸送機槽幫的高度下降到了0．25m，寬度拓展到0．73m，特別采用了機頭與機尾同步驅(qū)動的方式，在保證運輸機工作動力的基礎(chǔ)上，有效控制運輸機高度，保證采煤機更高效地運行。本次選擇使用SGZ730/2*200運輸機，該輸送機的輸送能力為700t/h，能夠適用煤層在45°之下的煤層開采［6］。圖3是刮板運輸機結(jié)構(gòu)示意圖。

4回采工藝設(shè)計

在工作面開采時，本次設(shè)計采用走向長壁采煤法，采空區(qū)管理采用全部垮落法［7］。采煤機設(shè)計從開切眼的位置雙向割煤，每次進尺0．7m，裝煤環(huán)節(jié)使用空間限位強制裝煤的方式，對于截割滾筒，在布置時將傳統(tǒng)的側(cè)面布置設(shè)計成端面布置，同時在滾筒后面設(shè)計犁煤機構(gòu)。本次裝煤時，綜合使用采煤機、運輸機及煤層頂?shù)装?，推動截割得到的煤炭沿著輸送機方向運動，并使用內(nèi)旋式滾筒，使截割得到的煤炭全部裝載到位，有效提高裝煤能力。本次使用的刮板運輸機屬于可彎曲的輸送機，較好地適應(yīng)了煤層厚度及高度的變化，作業(yè)過程中全部達到機械化作業(yè)效果。支架在支護時采用跟隨采煤機隨時進行拉架推架的方式，需要在采煤機后5～8m處進行拉架，若割煤過程中出現(xiàn)了地質(zhì)構(gòu)造問題，則拉架的距離要控制在3m之內(nèi)，目的是嚴防出現(xiàn)頂板冒落問題。在推輸送機時，一般情況下要滯后拉架10m以上，嚴防出現(xiàn)急彎與斷鏈的問題。

5開采效果分析

采取上述方法對工作面進行回采后，6個月的產(chǎn)量達到了19萬t，向前推進的距離接近600m，平均每個月的產(chǎn)量超過了2萬t，特別是當?shù)刭|(zhì)構(gòu)造對工作面開采的影響較小時，每個月的產(chǎn)量可超過3萬t。在本次試驗開采時，工作面向前推進的過程中遇到了較多斷層，開采的安全條件相對較差，但從開采過程來看，未出現(xiàn)較大的事故，采煤機、輸送機、液壓支架整體的工作情況良好，特別是采煤機在割煤時，雙向割煤均取得了良好的效果，未出現(xiàn)動力不足的問題，也未出現(xiàn)采煤機下滑傾斜的問題。刮板輸送機在運行過程中較好地適應(yīng)了煤層厚度、傾角等出現(xiàn)的變化，輸送機整體的運輸能力相對充足。液壓支架在工作過程中較好地適應(yīng)了煤層變化，特別是在防飛矸、防滑、防倒及強化頂板支護等方面的應(yīng)用效果較好。煤礦某工作面選擇使用上述薄煤層的綜合配套設(shè)備，工作面達到了安全、高效的開采效果。

6結(jié)束語

6．1結(jié)合工作面實際情況，選擇使用了MG200/495－QWD采煤機、ZY3500/07/15Q液壓支架、SGZ730/2*200刮板運輸機，可以實現(xiàn)對薄煤層、大傾角煤層的開采，工作面的“三機”配套較為科學(xué)，達到了對薄煤層安全高效回采的效果。

6．2本次開采采用懸臂式機身，使采煤機不僅機面高度較高，過煤空間也較大，機身長度有了明顯縮短，較好地滿足了薄煤層開采要求。同時，本次創(chuàng)新使用了分腔潤滑方式，確保采煤機的各個減速結(jié)構(gòu)在大傾角開采的過程中可以達到較好的潤滑效果。

6．3本次在刮板輸送機溜槽上采用了支架前擋矸連接座，通過加入擋矸裝置，較好地防止了飛矸，保證了現(xiàn)場作業(yè)人員的人身安全。同時，刮板輸送機的設(shè)計采用了雙驅(qū)動方式，特別是將驅(qū)動設(shè)置到了運輸順槽、回風(fēng)順槽中，提高了采煤機的整體運行效果。

6．4在液壓支架的選擇和使用時，采取了板式頂梁結(jié)構(gòu)，在支架上增加了防倒、防滑、防飛矸等裝置，在達到支護要求的基礎(chǔ)上保證了回采安全。

參考文獻:

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［6］余偉健，吳根水，劉海，等．薄煤層開采軟弱煤巖體巷道變形特征與穩(wěn)定控制［J］．煤炭學(xué)報，2018，43(10):2668－2678．

作者:張體蒙 王標 劉波 單位:山東能源集團 內(nèi)蒙古昊盛煤業(yè)有限公司 山東能源集團