煤礦薄煤層綜采設(shè)備優(yōu)化措施研究

劉萬東　孟凡彬　李雪冰　任龍

摘要：根據(jù)薄煤層的賦存基本技術(shù)指標(biāo)，要實(shí)現(xiàn)薄煤層綜合機(jī)械化高效安全開采，除了液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)“三機(jī)”要優(yōu)化配套選型以滿足薄煤層開采工作面相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求外，還需要采取相應(yīng)優(yōu)化技術(shù)措施協(xié)調(diào)工作面上的采煤工藝和現(xiàn)場管理，以提高薄煤層綜采設(shè)備在作業(yè)面上的采煤效率和安全性能。

關(guān)鍵詞：薄煤層開采;技術(shù)開發(fā);設(shè)備優(yōu)化

一、引言

薄煤層由于其獨(dú)特的地質(zhì)條件、狹窄作業(yè)空間、以及采煤機(jī)械設(shè)備綜合工作性能和安全水平等因素的影響，導(dǎo)致其開采效率普遍較低，很難實(shí)現(xiàn)礦井要求的持續(xù)高效安全生產(chǎn)。煤礦薄煤層的開采存在著工作效率低、開采成本高、管理難度較大等諸多問題，是薄煤層自身所具有特性問題，但隨中厚煤層開采的不斷進(jìn)行儲量日漸下降的條件下，薄煤層的優(yōu)化開采自然也就被提到煤礦資源優(yōu)化開采利用日程上了。綜合機(jī)械化采煤技術(shù)（簡稱：綜采技術(shù)）作為當(dāng)今煤礦現(xiàn)代化高效生產(chǎn)的重要優(yōu)化技術(shù)，以其生產(chǎn)能力強(qiáng)、機(jī)械自動化程度高、經(jīng)濟(jì)效益佳、以及安全性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，已成為煤炭開采研究的重要發(fā)展方向。薄煤層高效開采，對綜采設(shè)備的要求也就相對提高，也就是說綜采設(shè)備的優(yōu)化匹配選型是提高薄煤層綜合經(jīng)濟(jì)效益的重要技術(shù)手段，具有較大工程實(shí)際應(yīng)用研究價(jià)值。

薄煤層綜采自動化是國內(nèi)外煤炭行業(yè)一直不斷研究的采煤工藝，不斷通過提升裝備水平和支護(hù)手段，改變原來遇到的地質(zhì)環(huán)境、工作面采高低、煤塵大、能見度低的問題，提高人員安全系數(shù)，將不可開采的煤層變?yōu)榭砷_采煤層，實(shí)現(xiàn)三機(jī)配套全自動采煤工藝技術(shù)。

二、薄煤層綜采設(shè)備的功能特點(diǎn)

1、液壓支架的功能特點(diǎn)

液壓支架是薄煤層綜采設(shè)備的核心組成部分，其不僅要具備良好的金屬結(jié)構(gòu)功能，能可靠有效地支撐和控制采煤作業(yè)面的頂板，防止端面頂板出現(xiàn)冒漏等情況問題;另外液壓支架還可以，隔離采空區(qū)，防止矸石進(jìn)入回采工作面，提高薄煤層回采效率。在煤炭實(shí)際開采過程中，液壓支架結(jié)構(gòu)要能夠有效支撐采煤作業(yè)面頂板，同時(shí)還應(yīng)以減輕液壓結(jié)構(gòu)重量、提高金屬結(jié)構(gòu)支護(hù)性能、降低操作阻力、提高作業(yè)安全可靠性、以及防倒防滑等作為薄煤層液壓支架的主要技術(shù)控制指標(biāo)，確保綜采設(shè)備在薄煤層中發(fā)揮出其應(yīng)有的功能。

2、采煤機(jī)的功能特點(diǎn)

從大量實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)表明，增大采煤機(jī)的裝機(jī)功率，不就可以擴(kuò)大采煤機(jī)的適用范圍，同時(shí)也可以為綜采設(shè)備通過礦山不利地形提供重要的動力保障和安全保障。受薄煤層垂直空間等因素的限制，合理采煤機(jī)外形尺寸和功率搭配就是薄煤層采煤機(jī)研究的重點(diǎn)，也是綜采設(shè)備在薄煤層領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)良性能的重要研究內(nèi)容。

3、刮板輸送機(jī)的功能特點(diǎn)

刮板輸送機(jī)在采煤過程中，主要用刮板鏈牽引，在槽內(nèi)運(yùn)送煤炭，提高煤炭開采效率。單對于薄煤層尤其是大傾角薄煤層作業(yè)面而言，由于煤炭自身就存在自溜下滑傾向，因此，對刮板機(jī)的運(yùn)輸功率要求并不是太高，即采用單電動機(jī)驅(qū)動模式就可以滿足薄煤層煤炭開采需求。另外，刮板輸送機(jī)比較適應(yīng)薄煤層采煤工作面底板不平、彎曲推移等功能需要，可以承受來自垂直或水平方向的彎曲，同時(shí)，刮板輸送機(jī)能夠兼作采煤機(jī)運(yùn)行的軌道，這樣可以大大提高薄煤層采煤效率。

三、采煤方法

采煤方法為按走向長壁的退回式采煤方法，自動化綜采采煤，一次采全高，全部垮落法進(jìn)行頂板管理。采用的落煤方式為使用電牽引雙滾筒采煤機(jī)進(jìn)行落煤，斜切式進(jìn)刀方式。使用強(qiáng)力滾筒進(jìn)行自動裝煤，使用刮板輸送機(jī)配合帶式輸送機(jī)進(jìn)行連續(xù)運(yùn)煤。支護(hù)方式采用掩護(hù)式液壓支架進(jìn)行支護(hù)，上下斷頭采用金屬雙銷鉸接頂梁配合單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)。具體采煤方法見表1。

四、薄煤層綜采自動化三機(jī)配套設(shè)備

薄煤層綜采自動化三機(jī)配套設(shè)備的工作原理為：采用變頻電牽引采煤機(jī)，利用遠(yuǎn)程遙控技術(shù)，使用刮板輸送機(jī)配合帶式輸送機(jī)連續(xù)運(yùn)煤，采用兩柱掩護(hù)式整體頂梁液壓支架進(jìn)行電液操作。電液系統(tǒng)的控制功能主要針對支架，控制內(nèi)容包括對鄰架的單動作進(jìn)行按鍵操作。采用自動控制的順序?qū)︵徏苓M(jìn)行多動作聯(lián)動，從前移支架進(jìn)行的降落到移動再到提升。對鄰架各單動作按照自動順序進(jìn)行控制，目的是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)工作位置和運(yùn)行方向的支架自動控制，完成跟機(jī)的自動化控制，成組自動化控制的順序是先進(jìn)行2.5 min～3min的操作，然后采用50 s/5架的速度自動控制，跟機(jī)速度控制在5 m/min～6 m/min。

經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值

1、薄煤層采用了綜采支架的方法，提高了工作面的支護(hù)強(qiáng)度，增加了安全系數(shù)。與同類工藝相比，簡化操作工藝，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)得到了大幅度降低，避免了頂板事故，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。而且，通過支架的安裝和運(yùn)行，液壓支架電液控制系統(tǒng)將降架、移架及輸送等實(shí)現(xiàn)了全自動化，通過遠(yuǎn)程遙控操作裝置，許多工序已經(jīng)達(dá)到了無人化的程度，如移架、移動輸送、割煤等都可以遠(yuǎn)距離操作，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。通過保護(hù)層的開采，瓦斯得到釋放，避免了由于瓦斯造成的安全隱患，頂板和煤壁管理難度降低，工作面實(shí)現(xiàn)正常循環(huán)，主采煤層的開采難度降低，推進(jìn)度增加，老空區(qū)煤炭自燃危險(xiǎn)降低。

2、薄煤層采用了綜采支架施工技術(shù)，對地質(zhì)條件的適應(yīng)性增強(qiáng)，解決了部分薄煤層開采難度大的問題。

3、新型環(huán)保保護(hù)液壓支架濃縮液解決電液系統(tǒng)的堵塞問題，避免了大型事故的發(fā)生;

4、薄煤層采用綜采自動化技術(shù)的使用，使薄煤開采實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。為中國薄煤層的開采在裝備、配套設(shè)施和開采自動化進(jìn)程提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

五、結(jié)束語

通過對薄煤開采工藝的研究，解決了部分薄煤層無法開采的技術(shù)難題，儲量利用率得到大幅度提高。通過薄煤開采的自動化技術(shù)升級，簡化操作工序，生產(chǎn)率得到提高，生產(chǎn)材料也大量節(jié)約，降低生產(chǎn)成本，工作面支護(hù)越來越安全，減少了斷層對于薄煤帶的影響，保證了工作面的正規(guī)循環(huán)，開采推進(jìn)度得到提高，不僅開采層得到了保證，而且也保證了主采煤層銜接順暢和安全生產(chǎn)。

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（作者單位：雞東縣應(yīng)急管理局）