頂板破碎條件下連續采煤機掘進工藝技術

賀亞軍

（山西鄉寧焦煤集團毛則渠煤炭有限公司， 山西 臨汾 042100）

引言

所謂頂板破碎是指巖層接力裂隙發育，整體強度差、自穩能力低下的頂板條件。該種頂板是煤礦采集過程中比較常見的頂板形式，易出現頂板冒落的危險，在進行連續采煤作業時難度較大，目前，已經可以通過連續采煤機結合支護和落煤技術進行處理[1]。

為了充分研究頂板破碎條件下連續采煤機掘進工藝技術的應用情況，本文選擇一某礦井工作面為研究對象，進行詳細探討。

1 工作面概況

本文選取的工作面為某礦區南二采區首采面。該處井下標高為1 675～1 670 m。煤壁長度為72 m，煤層厚度從12.0～15.4 m不等，煤層傾角均值為12°，屬于5號煤層，頂板為粉砂巖夾薄層黑色泥巖，局部為粉砂質泥巖，透水性差，易松散。整體結構復雜，易破碎。且屬于高瓦斯含量煤層，屬于易燃易爆高危作業煤礦，每分絕對涌量9.7 m3。整體控頂距離小，支護難度大，不易進行巷道掘進。

2 連續選煤機機組選型

采煤機的選型根據煤層的厚度、硬度有關，并配合工字鋼支架+錨桿+錨索+金屬網進行支護，具體設備選型如表1所示。

表1 頂板破碎條件下連續采煤機工作機組選型

3 連續采煤機工作原理

連續采煤機可做單獨采煤機進行使用，一般情況下由截割機構、裝運機構、行走機構、液壓系統、電氣系統、除塵裝置以及安全保護機構組成。

其截割原理與滾筒式采煤機具有相似性，其工作機構是橫置在集體前方的旋轉截割滾筒，按規律排列的鎬型截齒與煤層接觸完成截割。其運用方式是通過截割機構的升降液壓缸對滾筒進行提升，在采煤機向前推動的過程中，切入煤層，再由液壓缸向下割出寬度，按照此種方式往復循環完成煤炭截割作業。其一次截割的最大寬度為3 300 mm，且僅能執行上下作業，不能左右擺動。

4 頂板破碎條件下連續采煤機掘進工藝技術的應用

運用連續采煤機組進行作業，根據煤炭截割順序和相關輔助需求，這里主要對落煤、運輸以及支護三個內容進行闡述。

4.1 落煤

落煤的過程實際上就是完成一次截割的過程。根據連續采煤機的工作原理，落煤實際上就是切槽工序和采垛工序這兩個關鍵步驟往復循環，除此之外配合裝載和支護來實現采煤機的向前推進。具體來講就是鏟裝板處于停放或漂浮位置時，截割臂位于半舉位置，向前移動機器至工作面與端頭煤壁接觸，此時繼續提升截割臂大需求位置，并同時打開噴霧系統進行除塵。接下來降下穩定靴，增加采煤機的穩定性，使用多路換向閥控制滾筒向下截割，提起穩定靴沿底板進行截割，并修整凸起問題。在本工作面中，兩側巷道一次循環分別形成3700mm×3300mm×3 000 mm的斷面空間與3 700 mm×5 500 mm×3 000 mm的斷面空間。在對落煤工序進行調整與深化的過程中，其工藝流程如下頁圖1所示。

在對落煤掘進進行技術應用的過程中，需要去報巷道底板平整，并采用由頂至底的方式進行截割，以此實現落煤工序的有序進行。

圖1 連續采煤機掘進工藝流程

4.2 運輸

為了實現連續掘進作業，必須通過完整的裝煤、運載過程來實現落煤的運送。本機組中采用的是自裝載運煤方式，裝有收集頭機構和中部輸送機，其運輸方式如圖2所示。

圖2 連續采煤機掘進裝煤及運輸流程

具體的工作方式是當截割部截割的煤落入收集頭機構中，收集頭中帶有的扒爪通過圓盤連續轉動扒至中部運輸機并向后輸送至相連的梭車。梭車與破碎機、膠帶機聯動系統相連，煤由梭車進入給料破碎機后進入膠帶機。這種方式與綜采機組中皮帶部的運輸方式相比，運輸距離穩定可達到150 m，減少了皮帶的延長次數[3]，能夠實現此種工作面條件下的快速高效煤炭運輸和轉載。

4.3 支護

支護是頂板破碎條件下采煤的重要工藝，能夠避免頂板不穩定條件下非正常跨落造成的掘進風險。對該工作面頂板對支護產生的力學負載條件進行分析和計算，并運用相關地學資料和工程資料進行綜合判斷，采用工字鋼支架+錨桿+錨索+金屬網進行支護。具體的設置方式如下：在該工作面進行作業時，在巷道外幫按照均勻間隔（100 m）設以調車硐室。采煤機按照由上而下的方式進行截割作業時，錨桿機停在硐室中。當完成截割作業時，連續采煤機退出工作面，由硐室內的錨桿機進行沿巷道掘進作業。錨桿機將錨桿、錨索打至頂部，并張開金屬網掛工字鋼。工作人員進行輔助支護作業，第二道錨桿訂立后在錨桿機側護板上掛上幫網并使用風鉆打設兩幫上木的錨桿眼進行錨固。按照此種循環方式進行往復循環。該工作面數據破碎程度一般的頂板，當遭遇特別破碎的頂板時，應采取超前支護的方式進行支護，使用2.0 m錨桿進行超前支護，超前距離在1.6 m，保持錨桿的方位與巷道的走向相一致，并控制錨桿件的間距，確保間距均勻穩固。

5 結語

頂板破碎是我國采煤作業中的常見情況，受地質構造及控頂參數的影響。為了保障采煤掘進作業的安全性，應根據煤礦工作面的具體條件，選擇合理的施工方式。本文所選取的連續采煤機掘機作業方式是當前機械化采煤作業的一種有效方式，與綜采機組相比，更適用于煤基巖巷道和邊角煤開采作業。根據工藝的實施情況看，整體作業效果良好，采煤效率高。因此，該種作業方式適合在復雜地質條件下頂板破碎工況中進行推廣。值得注意的是，應根據煤層的硬度厚度，對連續采煤機進行優化選型，并在頂板特別破碎條件下采用超前支護增加頂板的穩定性，防止非正常落煤。

[1] 江小軍.連續采煤機塊段式開采頂板控制技術研究[J].煤炭科學技術，2015，43（12）：36-39.

[2] 章振雄.頂板破碎條件下連續采煤機掘進工藝技術要點分析[J].山東工業技術，2015（20）：60-61.

[3] 石曉光.厚煤層堅硬頂板連續采煤機短壁開采技術應用研究[J].山西煤炭，2015（4）：56-59.