薄煤層綜合機械化開采設備的研究

【摘要】 在我國煤礦中， 較薄煤層的儲量占可采儲量比例較大， 為保證礦區的可持續性發展， 薄煤層的開采被提到議事日程上來。介紹了開灤東歡坨礦、棗莊田陳礦、晉城鳳凰山礦綜合機械化開采工藝， 同時對配套設備及今后注意改進方向進行了研究， 并分析了其經濟效益和社會效益

【關鍵詞】 機械化；開采設備；研究

一、薄煤層開采的現狀

我國具有豐富的薄煤層資源，據資料介紹已探明的可開采薄煤層儲量達到61.5億噸。近年來，薄煤層可采儲量所占比例逐年增加，2006年薄煤層可采儲量已經占總煤炭可采儲量的41.18%。其中0.8-1.3m的緩傾斜薄煤層占73.4%。中硬以下的薄煤層占總層數的64.5%。總的來說，我國薄煤層資源中厚度0.8-1.3m中硬度煤層占大多數，這些煤層完全可以實現機械化開采。國內薄煤層開采技術的長期落后，許多礦井無法遵循科學開采程序，被迫“吃肥丟瘦、采厚棄薄”，過早開采厚煤層，造成其上覆一定范圍內的薄煤層原始賦存狀態和連續性遭受實質性破壞，以致這些資源無法回收的問題十分嚴重。

二、目前薄煤層開采配套型式

①采用刨煤機、刮板輸送機和液壓支架配套的刨煤機綜采機組；

②采用滾筒采煤機、刮板輸送機和液壓支架配套的采煤機綜采機組。

兩種機組各有特點與適應性。刨煤機結構簡單，可以開采厚度較小的煤層，缺點對地質條件要求較高；滾筒式采煤機優點是適應能力強，對地質條件要求不高，缺點是最小采高受到一定限制。

刨煤機開采優點：

⑴結構簡單、操作方便，易于實現自動控制；

⑵充分利用地壓采煤，能耗較低；

⑶原煤塊度大，煤粉及煤塵量少，勞動條件好；

⑷司機不必跟機作業，可在平巷內操作，拉架和移動輸送機時工人的工作位置相對固定，勞動強度小；

⑸開采瓦斯涌出量均勻，有利于高瓦斯礦井生產。

刨煤機開采缺點：

刨煤機缺點是對工作面地質條件要求較高，其適宜的開采條件要求工作面斷層相對少，地質構造簡單，煤層硬度系數f<3～4，頂板相對穩定，底板比較平整，煤不粘頂。

滾筒采煤機開采優點：

①適應于煤層厚度變化較大的工作面；

②對煤層頂底板起伏變化適應能力強；

③適用于含有夾矸的煤層回采；

④對工作面長度要求較刨煤機低。

滾筒采煤機開采缺點：

薄煤層滾筒采煤機最大缺點是“小機身、大功率”問題難以得到有效解決，如何在降低機面高度的前提下進一步提高裝機功率是薄煤層采煤機面臨的最大難題。

從各國的使用情況來看，刨煤機綜采設備工作安全、塊煤率高，適于開采厚度較小且地質條件變化不大的煤層；滾筒式采煤機對地質條件適應能力強，適應于硬煤以及煤層厚度變化較大的薄煤層開采。

三、薄煤層綜采設備

薄煤層綜合采煤機械化工作面的設備與普通綜采工作的設備相同，只是由于受到采高的限制。各種配套設備要在有限的空間內實現綜采工作面的割煤、裝煤、推溜、移架等全部操作，各種設備就需要合理的配套。

1、三機選型及配套原則

(1)按照煤層附存條件和生產條件，合理配套綜采設備，提高設備對煤層的適應性。

(2)選擇成熟合理的設備，充分發揮設備的綜合潛力，滿足最低綜采指標的要求。

(3)設備選型配套能力要適當留有余地，以便有利于進一步提高生產能力。

2、工作面“三機”選型

(1) 采煤機的要求：

a ）機型以騎溜子采煤機為主，爬底板采煤機雖然具有機面高度低，功率大等優點，但是由于這種機型對地質條件的適應性差，使用范圍受到限制。

b ）總裝機功率要進一步提高，裝機功率、機面高度與過煤空間三者之間的矛盾仍然是大功率薄煤層采煤機的主要技術難題，除發展新型高效電機外，采用特殊的總體布置方式仍是一條有效途經。

c）以交流變頻調速電牽引技術為主，根據不同用戶的需求，其他電牽引方式如開關磁組和電磁滑差調速也要有所發展。

d）改進截割機構，提高截割效率，降低工作面粉塵生成量。采用中高壓噴霧降塵，改善工作面生產環境。增加滾筒截深，增大截深可提高每一循環的產量，截深從目前的800mm增加1000mm左右 。

e）完善采煤機自動控制系統與故障診斷系統，實現薄煤層采煤機遠距離操縱和故障的早期處理，并逐步發展自動調高技術，實現薄煤層工作面自動化開采 。

(2)液壓支架的要求

在液壓支架有足夠初撐力和工作阻力、足夠的強度前提下，盡量減少頂梁、底座的厚度，增加頂梁下行人道的尺寸，提高支架調高范圍，發展支架遠程遙控操作，減少勞動強度。

針對具體煤層條件，支架應滿足下列要求：

a)適應采高，薄煤層的厚度變化一般較大，采高調節幅度大，盡量選擇伸縮比大的支架；

b）能有效支護頂板，支護強度符合要求，頂梁相應加長；

c）支架底座設計盡量要薄，且推移千斤頂后方能排掉矸石，選用兩柱掩護型；

d）支架上的操縱閥設置要為增加行人空間提供便利；

e）對于破碎頂板采場，應考慮設計前伸縮梁，并將伸縮梁千斤頂鑲嵌于支架頂梁內，以保證梁下高度。

考慮到薄煤層礦壓顯現相對緩和、保證行人空間、滿足通風要求等綜合因素，目前薄煤層一般選擇兩柱掩護型支架。

(3)刮板運輸機的要求

a) 機頭要為矮機頭，以適應電機在工作面中的布置。

b）中部槽采用低合金鋼鑄造槽幫，底板、中板為高強度耐磨板，提高了中部槽的整體強度和耐磨性。槽間連接采用啞鈴銷連接，強度提高，連接強度可達800-1000KN.

c） 采用D級鏈條或扁平鏈，中雙鏈結構，受力較均勻，有利于提高輸送機的可靠性。

d） 銷排側掛，最大限度減小機面高度。

3、三機合理配套

(1)工作面“三機”合理配套的幾何尺寸：見圖1

A——采煤機機身高度；

B——截深，采煤機滾筒的寬度；

C——割煤安全高度；

D——梁端距；

E——輸送機與采煤機之間的過煤高度；

F——立柱底到煤壁的距離；

G——輸送機寬度；

H——采高；

L——立柱到梁端的長度；

S——輸送機中部槽寬度；

a——電纜槽和導向槽寬度；

b——前柱與電纜槽之間的距離；

e——煤壁與鏟煤板之間的空隙距離；

f——鏟煤板的寬度；

x——立柱斜置產生水平增距。

(2)三機能力配套

采煤工作面生產能力取決于采煤機落煤能力，而刮板運輸機、液壓支架及轉載機、可伸縮皮帶設備能力要大于采煤機的生產能力，液壓支架移架速度要滿足采煤機割煤、落煤、裝煤的工作速度的要求。

(3)滿足設備性能要求

①采煤機自開切口時搖臂長度、臥底深度與刮板運輸機機頭、機尾長度相適應。

②采煤機底托架型式、規格參數與刮板運輸機的中部槽及鏟煤板、擋煤板的導向方式與其強度相適應。

③采煤機牽引機構、行走機構與刮板運輸機的聯系、配合方式及其強度相適應。

④液壓支架推移裝置與刮板運輸機的連接及運用方式、連接位置及性能強度相適應。

⑤液壓支架移架速度與采煤機割煤速度相適應。

⑥液壓支架、采煤機、刮板運輸機與煤層傾角相適應。

⑦采煤機的采高、機身高度、刮板運輸機機頭機尾高度與液壓支架的高度相適應。

⑧采煤機的截深與支架的移架步距相匹配。

4、滿足安全生產的要求

①梁端距一般為150—300mm，以防止漏頂和滾筒切割頂梁。

②保證過煤高度達到350—400mm，以便煤流順利通過采煤機機身底部。

③保證割煤安全高度一般不小于200—300mm。

④保證支架與刮板運輸機及采煤機有足夠的安全距離，最小200—400mm。

⑤推移千斤頂的行程要大于采煤機截深，一般為100—200mm.

⑥煤壁和鏟煤板之間有空隙，防止采煤機在通過刮板運輸機彎曲段時滾筒割鏟煤板，間隙保證100—200mm。

⑦總的配套要使支架柱前到煤壁無柱空間寬度愈小愈好。

四、結論

薄煤層綜采通過生產檢驗，在技術上可行，安全上可靠，經濟上合理，井下安全狀況得到改善，生產高度集中，生產系統簡化，為管理科學現代化礦井創造了條件，為礦井減負增效、扭虧增盈和建設現代化礦井打下良好基礎。（薄煤層綜采年產達到60萬噸，采高1.1-1.5m，高檔普采月產達2.3萬噸）

我國是世界煤炭產量最大的國家，2006年產量占世界總產量的37.4%，占世界井工產量的3/4，可我國人均可采儲量僅相當世界平均水平的62%。黨和政府提出了建設節約型社會、節約利用資源的國策。薄煤層是寶貴的煤炭資源。近年來，我國薄煤層機械化開采技術和裝備取得新的進展，積累了在各種地質和礦井條件下的高產、高效、安全生產經驗。我國引進和新研制各種薄煤層機械化開采裝備必將為提高薄煤層產量和開采技術水平做出貢獻。

參考文獻：

1中國工業煤炭協會《我國薄煤層和傾斜煤層開采經驗匯編》

2中國礦業大學出版社 《采場支架圍巖關系及應用》

3煤炭工業出版社《綜采技術手冊》