兩硬薄煤層綜合機械化開采技術研究

侯波濤

摘 要：本文以王村煤礦為研究對象，結合其地質條件，對兩硬薄煤層開采方法和工作面設備的選型，提高了煤炭資源的利用率和高效安全生產，延長了礦井的服務年限。

關鍵詞：兩硬薄煤層；綜合機械化；開采技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.066

0 緒論

我國薄煤層資源豐富、分布廣泛、煤質好、可采儲量大，從儲量上看，占全國煤炭總儲量的大約20%。就大同地區而言，薄煤層儲量大約有6億噸，且大部分薄煤層賦存于煤系地層上部，其開采對我國煤炭資源的可持續發展具有重要意義。薄煤層開采技術主要有綜合機械化釆煤法、刨煤機釆煤法和螺旋鉆機釆煤法，這些采煤方式具有自動化程度搞、工作人員少、頂板支護強度大、降低頂板的運動空間等特點。

1 礦井地質條件

王村煤礦于1987年5月建成投產，設計能力45萬t/a，2006年核定生產能力為150萬t/a。井田地質條件為一寬緩的背向斜褶曲構造，具有軸向NE向、構造簡單、地層平緩、傾角在5°～10°的特點，王村煤礦煤層為兩硬薄煤層，頂板、煤層堅硬。

2 開采特點及采煤方法分析

王村煤礦兩硬薄煤層開采具有如下特點：薄煤層儲量大，約600萬噸，占總可釆儲量的20%；薄煤層賦存條件差異較大；煤層及頂板硬度較大，要求采煤機的截割功率較高，液壓支架的支護阻力較大。由于薄煤層開采受開采空間限制，設備安裝、操作及維護困難，工作環境惡劣，工人勞動強度較大，開采效率低、產量低，王村煤礦為了解決這些問題，優先采用綜合機械化采煤工藝。

3 綜合機械化采煤回采工藝分析

（1）割煤工藝。從王村煤礦薄煤層的賦存特點來看，主要為緩斜煤層，且多為近水平煤層，因此在割媒工作中可選用雙向割媒，將采煤機進刀方式設置為割三角煤端部斜切進刀。（2）裝煤工藝。在采煤機裝煤工作中，為保證裝煤效果，可選用反裝滾筒方式，使媒自搖臂上方甩進刮板輸送機，其余煤炭經推移刮板機實現裝煤。（3）運煤工藝。在運煤工作中，一般應選用刮板輸送機。采用刮板輸送機將破碎后的媒運輸到工作面，再經轉載機的運輸將其送至運輸巷，最后在伸縮膠帶輸送機的作用下運送出去。（4）工作面頂板支護。在工作面頂板支護工作中，一般應選用液壓支架。因薄煤層作業面較小，因此為保證頂板下沉量不增加，需選擇跟機移架進行及時支護。（5）采空區處理工藝。在對采空區的處理上，多選用全部垮落法。對于兩硬薄煤層，通常在采空區部分冒落高度小于倍采高或上隅角懸板面積大于時，進行爆破強制放頂。

4 工作面設備選型研究

4.1 液壓支架

綜釆工作面支架架型應與煤層地質條件相適應，架型選擇應考慮以下幾個方面：首先要適合頂板條件，根據頂板的級別選出架型；支架對底板的比壓不超過底板的允許抗壓強度；適應所采煤層的傾角，否則有可能在回采過程中發生工作面支架倒滑、傾斜和推移困難等不良后果。

（1）支護強度。王村煤礦薄煤層工作面煤層最小厚度為1.10m，最大厚度為1.55m。煤層老頂以灰色粉細砂巖局部夾中砂巖為主，直接頂為灰色粉細砂巖，頂部為14-2#煤層，偽頂為深灰色粉砂巖，直接底為灰白中細砂巖，所需的最大支護強度為328.4kN。（2）額定工作阻力。支架所需的工作阻力為3570 kN。考慮到王村煤礦煤層硬度較大，為保證安全開采，液壓支架工作阻力設置為4000kN及以上。（3）液壓支架工作高度。根據工作面釆高對支架工作高度進行適當確定，一般情況下，最大支護高度確定為1.8m，最小支護高度確定為0.85m。（4）初撐力。對于液壓支架而言，初撐力的大小影響著支架的整體支護成本與支護效果。初撐力適當增加，能有效提升支架阻力，使頂板下沉速度適當減緩，進一步保證支架頂板的穩定工作。但是，要求液壓組件與乳化液泵站具有較強的耐壓性。一般而言，應將支架初撐力設置在2142～2856kN之間。（5）液壓支架型號。在液壓支架型號的選擇上，應綜合考慮多種因素的影響，包括設備在多種薄煤層工作面中的應用、兩硬條件薄煤層三機配套情況等等，一般選擇ZYB4400/8.5/18型支撐掩護式液壓支架。

4.2 采煤機

采煤機的選擇一般需要對煤層厚度、硬度、傾角及頂底板硬度等多種因素進行綜合分析，另外，還要考慮與液壓支架、刮板輸送機的匹配問題。在選擇采煤機時，主要確定以下因素：

（1）釆高的確定。在對煤層厚度、賦存條件及開采技術進行綜合分析后，進一步確定采煤機釆高。（2）牽引速度的確定。在對煤層最低厚度進一步確定后，保證其高于采煤機機身與最低釆高。同時，煤層最大厚度要低于最大釆高，保證在最厚煤層作業中不留頂媒。（3）截深的確定。在分析煤層硬度、厚度、支架步距及頂板巖性的基礎上，選擇適當截深。在對本礦井進行綜合分析的基礎上，確定采煤機截深為0.63m。（4）裝機功率和最大生產能力。在確定裝機功率時，應充分考慮煤層硬度、截深、釆高及割媒速度等因素，釆煤機的裝機功率應大于123kW，釆煤機最大生產能力146t/h。（5）采煤機型號。王村煤礦工作面選擇MG160/360-BWD型釆煤機，可以滿足生產的要求。但考慮到采煤機通過地質構造、煤層變薄區的能力，需盡可能的提高采煤機的功率。

4.3 刮板輸送機

對刮板輸送機輸送能力的確定上，應保證其不低于采煤機最大生產能力，并以此選擇鏈條數目。驅動方式應選擇雙電機雙機頭驅動，以進一步提升采煤機的工作配合度。在刮板輸送機的選取上，應充分分析運輸功率與運輸能力，一般運輸能力為176t/h，工作面輸送機電機功率為20.16kW，選擇SZG-630/220型刮板輸送機可以滿足安全生產要求。

5 總結

本文以王村煤礦薄煤層開采為研究對象，進行王村煤礦兩硬薄煤層綜合機械化開采技術的研究，確定了兩硬條件下工作面開釆的回釆工藝參數、開釆設備等，對煤礦的高效安全生產，提高煤炭資源的利用率，延長礦井服務年限等方面有著積極地作用。

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