“三軟”厚煤層綜合機械化開采技術

張 偉

(山西義棠煤業有限責任公司，山西 介休 032000)

一般來說，在開采“三軟”厚煤層時，都是采用綜合化的機械開采技術，采取這種技術不僅能夠提高“三軟”厚煤層的開采效率，而且還能在一定程度上防止煤礦事故的發生，從而讓礦區服務的年限加以延伸，礦區搬家的次數減少。

1 “三軟”厚煤層的概念

通常而言，當煤體的直接底、頂均是炭質泥巖，且其硬度的數值在0.5以內，平均厚度為5米左右，抗壓、抗拉強度低于10兆帕斯卡，單項抗壓的強度為45兆帕斯卡時，可以將此煤層定義為“三軟”厚煤層。

2 開采的工藝選擇

鑒于此類煤層的地質條件的限制，采煤時可以選擇的開采工藝只有綜合開采放頂煤和綜合一次性開采全高等兩種形式。如果使用原有的放頂煤綜合開采工藝，則可能會出現頂板的控制效果不佳、成本高、工作效率低、工人的勞動強度強、資源的回收率不高等問題。如果使用新工藝、新技術進行一次性的全高綜合機械化的開采，不僅可以實現對煤壁的端面進行有效的控制，使配套設備的設計得到優化，而且還能夠達到高效、安全的開采目標。

相比較而言，綜合開采放頂煤和綜合一次性開采全高等兩種開采形式各有不同，兩者的優缺點主要體現在以下四個方面:

(1)頂板的管理。由于“三軟”厚煤層的煤硬度不高，如果使用一次性開采全高的開采方式，則需要對所使用支架中防片幫的裝置進行設計的優化，使用對前探梁所帶的防片幫兩級折疊式裝置進行伸縮、對整體頂梁機構中端部的頂板支護能力進行加強等方式，使其功能盡可能滿足對煤壁與暴露頂板及時的支護。而對于開采放頂煤的方式來說，由于煤礦頂部的煤體破碎疏松，因此對端面頂板的管理存在著很大的難度。

(2)瓦斯和煤突出的防治。“三軟”厚煤層屬于瓦斯較為突出的煤層，因此在使用一次性開采全高的開采方式時，由于煤礦頂部直接收到液壓支架的支持，有效地對煤壁處的頂板下沉進行了控制，進而使得煤壁支撐壓力的峰值轉移到煤壁的深處，使其成為低壓區域，有助于對瓦斯進行釋放，能夠有效的對煤壁前方瓦斯的高能量聚集區域進行防止，減小瓦斯和煤突出的可能性。

(3)煤炭的回收率和煤質。煤炭的回收率不高與煤質較差是綜合開采放頂煤工藝中的主要缺陷。當綜合開采放頂煤的工作面在6米左右時，其回收率約在70%至80%之間，煤炭中含矸量會增加15%至20%，每開采100萬噸的采集儲存數量，煤炭資源的損失將達到20至30萬噸。但如果通過運用一次性開采全高的開采方式進行采集，煤炭的回收率則能夠達到95%至98%，其損失的煤炭僅為2至3完噸，而且煤炭產品的質量相對穩定，此類方法具有較高的經濟效益。

(4)工作的效率。對于已經開采過的綜合開采放頂煤的工作面而言，其平均的單產量在4萬噸左右，工作效率不高;而使用一次性開采全高的開采方式進行采集，若能夠對頂板進行有效的控制，單產量將遠高于綜合開采放頂煤的方法。

不難看出，通過使用一次性開采全高的開采方式對“三軟”厚煤層進行中和機械化的采集更具有實用性，但需要注意的是應注意實際操作過程中頂板的控制與參數的確定，以保證煤礦實現高效、安全的生產。

3 “三軟”厚煤層進行綜合機械化開采的實踐

對于成功使用一次性開采全高的方式對“三軟”厚煤層進行開采的關鍵在于頂板的管理，而其中的重點有在于確定支架的架型。

3.1 選擇架型

液壓支架的架型選擇主要是根據不同工作面當中煤層的地質條件而確定的。對單一的煤層開采而言，主要有兩柱的掩護式與四柱支撐的掩護式兩類。但在實際的使用中，由于兩柱的掩護式支架具有控頂距離小、頂梁短等特點，因此可以為靠近工作面的煤壁提供合力和較強的水平支撐力，對不穩定的易垮頂板進行有效控制并阻止頂板的水平運動，為結構的穩定提供保障。在實際使用中由于立柱有的受力狀態較好，且結構簡單，調高的范圍大，抗水平壓力較強等特點，因此可以使用大伸縮的液壓支柱，以適應不同煤層的變化。

3.2 支架的主要技術參數

3.2.1 支護強度的參數

在一次性全高綜合機械化開采工作面中，液壓支架的受力主要受到垮落層的巖層靜壓力與上位巖層來壓過程中的動壓影響。在煤層進行開采后，可及時按照垮落的上巖層對支所產生的靜壓力和所需煤層開采后的垮落高度對最大的可垮落帶進行計算，其公式如下:

式中 H——垮落帶的巖層厚度

M——煤層的采高

C——直接頂在垮落后碎脹的系數

支架合理的支護強度P可以按照下列公式進行估算:

式中 k——上位巖層的動載系數

Y——巖層的容重

3.2.2 工作阻力的參數

根據配套設備的尺寸、支護強度、空頂的距離與支架的頂梁程度可以對支架的工作阻力進行計算:

式中 n——安全系數

Lk——端面的距離

Ln——梁頂的長度

B——架間的距離

n1——支護的效率

n2——安全閥的波動系數

3.2.3 支架高度的參數

對于使用一次性全高綜合機械化開采中所使用的支架而言，通常應選擇最大高度比平均值高0.2至0.4米的支架，綜合考慮煤層實際的地質情況與起伏程度后，可以根據支架的高度系列對其進行調整。

3.3 架型的特點

3.3.1 整體的頂梁設計

此類支架的頂梁前端存在上翹，使得第一接頂點與煤壁之間的距離得到縮短，且結構簡單，端部的載荷量大，可以減小片幫，有效對頂板進行控制。另外，由于支架頂梁的側護板可以延伸到頂梁的前端，形成接近封閉的空間，因此可以有效的防止矸石的滲漏，提高煤礦的質量。

3.3.2 頂梁前端鉸接式的護幫機構

一次性全高綜合機械化開采過程中所使用的支架通常采用鉸接式的兩級護幫機構，當護幫機構在煤壁上支撐時，護幫板都可以進行向上的挑平，以防止煤壁片幫的產生。另有，由于其挑梁所使用的是四連桿的結構，在實際使用中不僅能夠保證收回與伸出到達預定的角度，而且能夠更有效地對頂板進行支撐，為安全生產提供了保障。

4 工作面的配套設備

在“三軟”厚煤層的工作面中可以使用SZH-1050/1100型刮板傳輸機與GM670/1540-MJ型采煤機進行配套使用。另外，在機巷中可以配套使用GWW-760/150型轉載機與TCF-190型破碎機。

5 結論

由于一次性開采全高綜合機械化開采中所使用的支架明顯地提升了頂板的支撐效果，有效地對頂板和煤壁進行了控制，減少了工作面中端面的漏冒現象，提高了支架的穩定性，進而增加了工作面中的平均單產數量。

綜上所述，在對“三軟”厚煤層開采時，為了有效地擴大礦區的儲量，并且增加礦區的服務年限，那就需要采用合適的機械化綜合開采方式，從而把此類煤層內部的各個因素都聯系起來，這樣做不僅可以提高煤礦質量和安全系數，同時也讓礦區的生產效率得到增加。

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