李子埡煤礦薄煤層綜采成套技術研究及展望

李子埡煤礦薄煤層綜采成套技術研究及展望

白虎，王麗，李紅梅

(四川華鎣山廣能集團 嘉華機械有限責任公司，四川 廣安638600)

[摘要]針對李子埡煤礦下分層薄煤層工作面狹小的開采空間、惡劣的地質條件等實際情況，指出了薄煤層綜合機械化開采的技術難點，提出了解決方案。介紹了李子埡薄煤層工作面綜采設備特征、開采工藝、應用成果及展望。

[關鍵詞]薄煤層；綜采；設備特征；開采工藝

[中圖分類號]TD823.97[文獻標識碼]B

[收稿日期]2014-05-08

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.014

[作者簡介]白虎(1986-)，男，四川廣安人，機械助理工程師，現在技術中心從事采煤機的研究工作。

Technology of Thin Coal-seam Full-mechanized

Mining Equipments and Prospect in Liziya Colliery

[引用格式]白虎，王麗，李紅梅.李子埡煤礦薄煤層綜采成套技術研究及展望[J].煤礦開采，2015，20(1)：45-47.

我國已探明的煤炭可采儲量中，薄煤層占19%，全國84.2%的礦區均有薄煤層分布，薄煤層總量巨大、分布廣泛。面對煤炭資源日益枯竭的形勢和不可替代的價值，薄煤層煤炭資源已越來越被國家重視。然而薄煤層狹小的開采空間、惡劣的地質條件等因素嚴重制約著薄煤層機械化發展。為了解決薄煤層的機械化開采問題，廣能集團嘉華機械公司以李子埡煤礦下分層工作面為試驗場所，開展薄煤層綜合機械化開采技術和設備研究，開發出了適應于0.8～1.3m煤層的綜采成套技術。

1薄煤層綜采技術難點及解決方案

李子埡煤礦下分層11041工作面煤層厚0.51～1.36m，平均0.85m，屬薄煤層。煤層頂底板主要為泥巖和砂巖，礦井地質構造復雜，有落差0.5m以上的斷層分布。該工作面若要實現綜合機械化開采需要攻克開采空間狹小和工作阻力大帶來的兩大技術難題。

1.1　全工作面機械化裝備難

李子埡煤礦下分層11041工作面煤層平均厚度僅0.85m，受礦壓影響，空間進一步縮小，遇斷層、煤層厚度變化等地質條件時，無法像中厚煤層那樣采用調整采高等方式處理，只能割巖石強行通過(圖1)，割巖量往往超過中厚煤層，所以雖然煤層薄、空間狹小，但是機組功率卻要求大；同時，要求機面高度盡量低，以適應薄煤層采高;要求過煤空間大,否則反向割煤時,煤炭不能順利從采煤機機身下通過。狹小的空間內，機組功率大、機面高度低、過煤空間大，三者之間的矛盾十分突出。

圖1　薄煤層、中厚煤層工作面遇斷層割巖量對比

此外，該工作面“三機”難以形成有機整體，采煤機的平衡、導向等問題無法解決，機組運行穩定性和可靠性差，容易跑偏、飄刀、啃底。

采取的解決方案：

(1)采煤機采用截割部設置在煤壁側和牽引部外置在輸送機機頭、機尾等新型結構來增大機組功率，降低機面高度，增大過煤空間。

(2)支架頂梁前段改為板式結構，增大采煤機割頂量和過機高度。

(3)刮板輸送機通過增加寬度來降低高度，增大過煤空間；利用機、風巷的空間布置輸送機機頭、機尾，保證采煤機能割穿機、風巷三角煤。

(4)在采煤機靠采空側設置采煤機平衡裝置、導向裝置來保證機組運行的穩定。

(5)研制出能回收機、風巷浮煤的設備，并實現與綜采“三機”聯合作業。

1.2　發揮機械化裝備作用難

由于煤層厚度過薄，即使實現了機械化，采用傳統的工藝技術，破煤、裝煤、運煤、頂板支護等生產工序均難以發揮機械化裝備的作用，不能達到安全和高效的目的。

采取的解決方案：

(1)突破傳統薄煤層爬底板等單向割煤開采方式，采用雙向割煤技術，提高效率，并實現對頂板的及時支護。

(2)研究出適合薄煤層的強制裝煤方法，提高裝煤效率。

(3)研究出克服輸送機機頭、機尾架高度影響，實現工作面上下出口段機械化開采的方法和技術，提高效率并避免“人機混采”發生安全事故。

2薄煤層綜采設備特征和開采工藝

為了解決薄煤層綜合機械化開采難題，嘉華機械公司經過多年的攻關研究，創新設計懸臂式“三機”配套方式，解決了薄煤層綜采空間狹小與大功率設備體積大的矛盾，并使“三機”形成有機整體，利用機、風巷空間合理布置，實現工作面機械化開采；采用雙向割煤技術，強制裝煤工藝，實現安全高效采煤。

2.1　薄煤層綜采設備特征及配套技術

(1)采煤機機組功率大，能適應0.8m以上薄煤層開采，采用將牽引部外置在輸送機機頭、機尾和懸臂式布置機身等新型結構，使機面高度僅570mm，過煤高度達300mm，切割能力強、牽引力大，能夠滿足雙向割煤及截割煤層頂底板和過斷層的需要。采煤機外牽引裝置，解決了采煤機牽引力不足以及牽引機構損壞后維修、更換困難的技術難題。采煤機采用雙調高系統，可靠程度高，當一套發生故障時便啟用第二套。

(2)工作面輸送機通過降低中部槽高度來降低采煤機機面高度、過煤空間，同時配套大功率雙速驅動電機，解決輸送機運輸能力不足的問題。根據薄煤層的工作面與機、風巷會形成高度差的特點，充分利用機、風巷的空間，將機頭、機尾架上的鏈輪中心向下設置，降低工作面刮板輸送機機頭、機尾的高度，保證采煤機能割穿機、風巷三角煤，全工作面實現機械化。工作面輸送機通過將驅動電機垂直布置來減小截面積，即增大輸送機機頭、機尾處過風斷面，又為采煤機外牽引留夠安裝空間。刮板輸送機設有可靠的牽引鏈安全防護裝置，保證采煤機外牽引鏈條在運行過程中不脫離導鏈座，有效防止彈鏈傷人、斷裂傷人事故的發生，在輸送機采空側設采煤機導向軌道、牽引鏈道，解決采煤機導向問題。

(3)工作面液壓支架采用電液控制技術，可實現遠程控制。工作面液壓支架頂梁前段創新設計為板式結構，增大了采煤機割頂量和過機高度，減少了采煤機停機事故的發生；設置的抬底機構，有效避免底板過軟而造成支架底座扎底，便于移架，該機構兼做采煤機平衡裝置，使采煤機機身穩定和平衡得到有效保證，解決了采煤機采高難控制的問題；采用倒裝式結構推移千斤頂，增大了拉架力，可以確保破碎頂板條件下實現帶壓移架。

(4)端頭液壓支架創新性地將頂梁和掩護梁之間的連接裝置改為十字過渡梁，使端頭支架頂梁能自動調斜，適應工作面煤層傾角和頂板起伏的變化；在底座前、后部設有調架耳座和調架千斤頂，分別控制左、右立柱，使頂梁能夠自動調斜，適應煤層傾角變化，保證頂梁與頂板的面接觸，提高了支護可靠性。

(5)為了解決薄煤層工作面管纜在電纜槽中易掛卡等不利于降低采煤機高度等技術難題，嘉華機械公司創新研制了管纜張緊裝置，使管纜在電纜槽內移動順利可靠。

(7)設備配套如圖2所示。工作面“三機”通過支撐滑靴、導向裝置、鏈接推桿和調節千斤頂聯結成有機整體，使采煤機得到動態平衡和可靠導向。解決了采煤機跑偏、飄刀、啃底和輸送機上竄下滑問題，保障大功率設備安全高效可靠運行。

圖2　工作面三機配套

工作面的輸送機機頭機尾向下彎曲并進入機、風巷分別與裝載機和浮煤回收機固接。裝載機和浮煤回收機與端頭支架的推桿鉸接，通過液壓支架的推溜拉架作用，實現邁步式移動。采煤機在刮板輸送機上移動，在行盡工作面時，煤層受滾筒擠壓而片幫。風巷片幫的煤通過浮煤回收機回收到輸送機中運出，機巷片幫的煤則直接落入裝載機中運出。

2.2　薄煤層綜采工藝

(1)創新使用采煤機、輸送機聯合強制裝煤技術，取代單一的滾筒螺旋葉片拋灑式裝煤技術，裝煤率由30%以下提高到90%以上，解決了薄煤層裝煤效果差的難題。

(2)采用空間限位的強制裝煤方法，將采煤機截割滾筒由側面布置改為端面布置，滾筒后方設犁煤機構，由輸送機、采煤機、煤壁、頂底板共同作用，在空間上限定煤炭只能向輸送機方向運動，配合內旋式滾筒使煤炭能順利裝載，裝煤率達到傳統方法的3倍以上。

(3)采用薄煤層雙向割煤技術，及時跟機前移液壓支架支護頂板，解決薄煤層破煤效率低、頂板安全事故多兩大難題。

(4)輸送機機頭機尾段向下彎曲并進入機、風巷布置并與設備配套，實現全工作面機械化開采，避免“人機混采”發生安全事故。

(5) 采用電液控制技術, 實現遠距離自動控制成組移架，實現跟機自動化作業，減輕作業人員勞動強度，提高工作效率。

在接近市郊而環境條件又允許時, 城市軌道交通多采用地面或高架線路, 以節約投資。本文利用Civil 3D快速建立橋面模型，通過Revit軟件土木工程結構擴展模塊對橋梁上部和下部結構(橋跨結構、支座、橋墩臺、橋面和欄桿等)進行詳細建模。Revit橋梁詳細建模效果如圖3所示。集成在Civil 3D中橋梁模型效果如圖4所示。可根據需要修改橋梁模型屬性參數，以建立不同橋梁形式。

3應用成果

薄煤層綜合機械化成套技術成功應用于李子埡煤礦下分層11041工作面以來，單個工作面月平均產量2.5×104t，月最大原煤產量達3.5×104t，實現利潤1233.78萬元/年，全面提升了0.8～1.3m薄煤層綜合機械化開采技術和裝備水平。該成果已在四川攀枝花煤業、威達煤業、達竹煤電，貴州世紀公司等單位推廣應用，使棄之不采或采用落后方式開采的薄煤層資源得到開采利用。薄煤層綜合機械化成套技術在提高煤炭資源的采出率、促進煤炭企業安全高效生產、延長礦井開采年限和保護資源等方面具有重要意義。

4展望

嘉華機械公司開發的薄煤層綜采成套技術，雖然解決了我國0.8～1.3m煤層綜合機械化開采難題，但相比中厚煤層綜采技術還較落后，需進一步開發研究如下幾項技術：

(1)研發出適應薄煤層開采的無鏈牽引采煤機鏈牽引采煤機雖能有效地降低機面高度，增大過煤空間，卻存在因斷鏈故障帶來的安全隱患，當工作面較長時，難以實現連續、穩定生產，且不能實現多機同時作業。因此，研發出具有較低機面高度，較大過煤空間的薄煤層無鏈牽引采煤機是實現薄煤層安全、穩定、高效生產的重要途徑。

(2)研發出能適應大傾角工作面的薄煤層綜采成套技術嘉華機械公司擁有成熟的大傾角中厚煤層綜采成套技術，為了開發有限的煤炭資源，嘉華機械公司正著手研發大傾角薄煤層綜采成套技術，以實現大傾角薄煤層綜合機械化開采。

(3)薄煤層綜采自動化研究隨著科學技術的不斷發展，綜采工作面遠程計算機控制以及無人工作面已逐漸成為煤礦生產的重點發展方向之一。為此，嘉華公司已逐漸開展綜采自動化研究，先完善薄煤層工作面液壓支架的電液控制技術和遠程監測控制技術，然后實現薄煤層工作面的遠程計算機控制，最終實現無人化工作面。

5結束語

薄煤層綜合機械化成套技術成果獲得國家教育部科技進步二等獎、四川省科技進步二等獎，關鍵技術達到國內領先水平，徹底改變了薄煤層開采的落后局面，引領了我國薄煤層開采技術發展方向，對推動我國煤炭行業科技進步起到重大作用。

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[責任編輯：鄒正立]

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