利用綜采技術在較薄煤層工作面實現高產高效的研究

王紅智

（西山煤電集團公司西曲礦通風二隊，山西　古交　030200）

引言

隨著我國經濟的快速發展，對能源尤其是在能源中占據主導地位的煤炭需求越來越大，對煤炭企業的開采能力也提出了越來越高的要求。而隨著煤田的逐步開采，礦井的地質條件也越來越復雜。綜采技術是針對煤炭企業作業的一種現代開采方式，由于其具有高機械化、高安全性與高效率等優點，使其越來越受到煤炭企業的重視并廣泛應用，但此種開采方式目前主要用于中厚煤層，在薄煤層鮮有應用。在我國，由于在很多煤礦中薄煤層資源儲量豐富，且在很多地區所占比重都超過50%；另外，其具有分布廣、煤質好的特點，受到設備移動困難、斷層等投入產出比較低等影響，使得針對薄煤層的機械化開采進步較慢。從煤炭資源的可持續發展來看，通過積極開發薄煤層可以延長煤田的開采年限，所以如何將綜采技術應用到較薄煤層的工作面中實現高效高產，是目前的重點研究內容。

1　薄煤層綜采技術發展現狀

在我國，針對煤層的厚度有不同程度的劃分，當厚度在0.8m以下時，煤層屬于極薄煤層，當厚度在0.8～1.3m時，煤層屬于薄煤層，我國薄煤層的可采煤炭儲量約為60萬億t。表1為我國主要產煤區中薄煤層的分布情況。

表1　我國主要產煤區中薄煤層的分布情況

目前我國針對薄煤層的綜采技術還處于起步階段，各煤炭企業主要采取滾筒采煤機與刨煤機配液壓支架的綜采法兩種技術進行薄煤層的開采。其中滾筒采煤機是我國在1974年研制成功的，型號為BM-100，主要有如表2所示的4種薄煤層專用機型。

表2　幾種薄煤層專用滾筒采煤機型

滾筒采煤機具有諸多優點，主要為：適應能力較強，能夠在煤層厚度變化較大的工作面上平穩工作；對地形條件具有較強適應能力，在某些復雜情況下可強行通過；適用于當煤層含有夾矸時的回采，且不影響進度與煤產量；對工作面的長度要求較低。但也存在缺點，表現為一般采用液壓控制，系統比較復雜，制作工藝繁瑣，購買及運行維護成本較高，一線采煤工人需較長時間才能掌握運行技術。

刨煤機的主要特點包括：結構簡單，運行、維護簡單；可以使一線人員與機器分離，極大地緩解工人勞動強度與生產條件；采煤過程中的粉塵量少、能耗低；適用于可能存在瓦斯的煤層開采。

與中厚煤層相比而言，我國薄煤層的機械化長壁工作面主要存在以下幾方面的問題：工作條件較差，采煤設備移動比較困難；采掘比大，采煤工作面經常出現接替的緊張局面；工作面布置較困難；經濟效益相比較低。

所以，實現較薄煤層高產高效開采的主要途徑還應實現綜采機械化[1]。

2　綜采技術分析

某煤礦為立井開拓，包含6層可采煤層，從上到下標記為1號、2號、3號、4號、5號與6號，其中1號、3號、5號為薄煤層。1號與5號煤層比較穩定，3號煤層不穩定。各煤層中頂板的主要成分為粉砂巖、砂質泥巖與細粒砂巖，條件中等。6個煤層中，前兩個煤層中瓦斯濃度較低，后4個煤層的瓦斯濃度較高。

在薄煤層，綜采技術的實現首先要考慮采煤設備的選擇，主要包括支架、采煤機、轉載機、運輸機等部分。合理的設備可以使綜采技術達到最優發揮[2]。

2.1　支架的確認

工作面中的采面頂板和開采高度共同決定了支架的類型，中等或以下的地質條件一般選擇掩護式支架，其他情況地質條件選擇支撐式支架[3]。與此同時，采面高度與支架高度間的關系是最大采高，應在支架下方10 cm處，而最小采高應在支架上方30 cm處。除了采面頂板和開采高度以外，在確定支架過程中，還需考慮頂底板比壓，支架的支護強度應大于頂板壓力，而支架對底板比壓應小于實測底板比壓，并且頂板壓力與底板比壓差越大越好。

本采區中，1號煤層的厚度平均為1.17m左右，為了提高效率、增大開采范圍，確定支架的最大支撐高度為1.55m，最小支撐高度0.8m。與此同時，支架支護強度的經驗公式為：

式中：M為開采高度，取1.55m；γ為頂板巖石容重，取2.6 t/m3。

代入數據，計算得P=0.24～0.32MPa

根據以上材料，選擇ZY400/08/17型號的掩護式液壓支架，他的支撐高度范圍在0.8～1.7m之間，支撐的強度大于0.625MPa；與此同時，其工作阻力大于4 000 kN，推移行程為800m，此種型號的支架也適用于3號與5號煤層。

2.2　采煤機的確認

在決定使用何種采煤機的過程中，其主要決定因素為采面的高度、工作面煤層的軟硬程度以及采面的傾斜角度等，最適合的采煤機一定是其采高能力、切煤力度以及牽引強度等都與其所在的綜采工作面相符合[4]。現在比較常用的有滾筒式采煤機和刨煤機兩種機型。其中滾筒采煤機一般適用于采高在0.8m以上、煤層傾角在25°以下，且不存在大斷層和褶曲等的薄煤層。而刨煤機一般適用于煤層厚度變化較小、傾角在25°以下、無較大斷層和陷落柱等的地質構造，煤不粘頂、頂底板起伏小、非松軟型底板、可刨性強的薄煤層[5]。采煤機割煤速度與工作面單產水平間的關系主要是：

式中：Qd為某工作面平均一天的產量，取2 000 t；L為工作面的長度，取160m；H為開采的高度，取1.17m；B為截深，取0.8m；γ為煤層的容量，取1.35 t/m3；T為每個工作班組的工作時間，取6 h；I為采煤機工作過程中的開缺口行程，取40 m；K為開機率，取50%；C為回采率，取97%。

最后代入各數值，得到V=3.52m/min，最大割煤速度為4.58m/min，最大生產能力為361 t/h，根據計算的具體結果，結合3號與5號煤層的特點，選擇MG132/310-BW型采煤機。

2.3　轉載機、運輸機型號確認

在將支架與采煤機的型號確定完成后，還需根據采面的最大生產能力來確定轉載機與運輸機的型號。根據環節能力的配套要求，最終選擇SGW630/150C型號的刮板運輸機，運輸能力達到250 t/h；轉載機型號為SZD730/40，運輸能力達到400 t/h；破碎機型號為PEM1000650I，破碎能力為450 t/h。

2.4　兩巷支護的確認

如果可以合理的進行兩巷支護，此措施便能夠極大地縮短過機頭、機尾的時間。實際生產中，兩端入刀的總時間約占總割煤時間的1/2，伴隨著兩巷支護質量的降低，其所占時間還將上升。如果采用錨網、錨索聯合支護，那么其工作效率將是單純工字鋼支護的2～3倍。本煤井中的兩巷超前支護均采用KQDZ-2800型單體液壓支柱配合一排HDL-3000型的π字鋼梁進行維護，與此同時，超前20m范圍內采取一梁兩柱的支護形式[6]。

2.5　回采工藝

工作面回采工作所使用的工藝應具體問題具體分析，根據采面頂板的類型以及采長進行綜合判斷。1號煤層中綜采工作面采煤機的工藝流程為：采煤機由機頭斜切進刀—移輸送機機頭—采煤機反向割機頭煤—采煤機反向空駛—移端頭支架—采煤機割第一刀煤—移架—推移刮板輸送機—采煤機由機尾斜切進刀進行下一循環。

3　結論

以某煤井為例，通過采用先進的綜采技術，使得較薄煤層實現了高產高效，最高推進速度達到了240m/月，最高日產量達到了4 880 t/天，大大加快了1號煤的開采速度。

[1]王偉.如何實現較薄煤層工作面綜采技術的高產高效[J].價值工程，2013（23）：86-87.

[2]單福友，孫國啟，趙友軍，等.薄煤層綜采工作面高產高效技術研究[J].煤礦機電，2011（5）：81-83.

[3]高同嶺.淺析薄煤層開采高產高效技術管理與應用[J].河北煤炭，2011（2）：61-62.

[4]楊道華.薄煤層高產高效開采的技術研究[J].煤礦現代化，2011（2）：16-17.

[5]初國明.綜采技術在較薄煤層工作面何實現高產高效[J].內蒙古煤炭經濟，2011（1）：84-85.

[6]蒲寶山.較薄煤層高產高效工作面設備選型與配套[C]//采礦工程學新論—北京開采所研究生論文集，2005：113-114.