薄煤層采煤方法與工藝流程的研究探討

閻 鵬

(山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033602)

引 言

在開采薄煤層時，由于煤層空間小、勞動密集程度高、瓦斯等危險氣體不易排放、機械設備的安裝以及操作等都比較困難，因而采煤量較低，煤質損壞嚴重，加上開采速度較快，煤層厚度變化和水文地質條件對開采的影響很大，開采接替緊張，導致對薄煤層的開采有很大的威脅。與中厚煤層相比，薄煤層的連續開采工藝效率低，開采過程成本高，施工安全系數低，但近年來對薄煤層的開采技術有所提升，促進了對薄煤層的開采，而且薄煤層工作面的頂板位移較小，開采產生的沉陷量小，對鄰近煤層的影響也小，加上開采深度增加，中厚煤層的儲煤量大大減少，因此，迫切需要研究對薄煤層開采的方法及工藝[1]。

1 礦井概況

斜溝煤礦16501工作面呈南北走向，向西傾斜，在6#煤層的東部，下方是18503工作面，可開采長度為2 044 m，傾斜長度為175.4 m，傾角為9.7°～10.1°，煤層厚度為1.12 m～2.12 m，煤層主要為黑色暗煤，含有少量的亮煤，煤質是氣煤[2]，煤層老頂是中粗粒砂巖，直接頂是泥巖，直接底是泥巖，老底是中粗粒砂巖，煤層內裂隙帶發育，受古河流沉積影響，在局部形成全巖段，最大涌水量為1.3 m3/min。

2 采煤方法

由于薄煤層的頂板和底板以及煤層厚度的變化都比較大，煤層的采礦地質條件比較復雜，采用刨煤機機械設備進行煤層開采時比較困難[3]，因此選擇三機組合的采煤方法，將滾筒采煤機、液壓支架以及刮板輸送機設備配套組合起來進行煤層開采。

2.1 滾筒采煤機

采煤機的實際生產能力與最大采高、截深以及牽引速度等因素有關，采煤機的采高要與煤層厚度的變化相匹配，由于開采中有浮煤的影響，且煤層頂板會出現下沉現象，使得薄煤層開采的實際工作面高度會降低，因此，采煤機在工作時采高要滿足[4]式(1)要求。

Hmin=HZmin+0.2，Hmax=HZmax-0.2

(1)

其中，Hmin是采煤機工作時的最小采高，Hmax是采煤機工作時的最大采高，HZmin是支架的最小采高，HZmax是支架的最大采高。在實際連續開采過程中，采煤機在安全開采時的最小采高為0.9 m，最大采高為1.9 m，考慮開采時各方面的影響因素，為了使煤層底板被割平，將采煤機的臥底量設在180 mm以上，考慮到薄煤層難開采、采高小的問題，截割部采用兩臺電機驅動一個搖臂的雙驅動方式，平行放置電機以減小搖臂厚度。

2.2 液壓支架

根據煤層的水文地質情況，設計液壓支架支護，并計算支護強度，確定液壓支架的相關參數。其中液壓支架的支護強度為0.8 MPa～1.23 MPa，支撐高度為1.0 m～1.7 m，中心距為1.75 m，工作時的阻力為13 000 kN，初撐力為10 096 kN，推移時的步距為800 mm。液壓支架的頂梁梁端距在150 mm～300 mm，防止采煤機在運行時滾筒切割到頂梁，同時，確保與采煤機和刮板輸送機有足夠的安全距離。

2.3 刮板輸送機

考慮煤層工作面的實際生產能力，確保刮板輸送機的輸送能力達到采煤機最大生產能力的1.2倍，根據輸送機的輸送能力和實際煤層需要確定開采鏈條數目以及結構形式，選擇中雙鏈結構，根據實際煤層的傾斜角、開采鏈條長度、輸送機的輸送量來確定電機的輸送功率和驅動方式，刮板輸送機的最大輸送能力為2 402 t/h，裝機最大功率為620 kw，鏈速為1.33 m/s，刮板間距為876 mm。

3 采煤設備及工藝流程

3.1 采煤設備

在對薄煤層進行開采時，其工藝具體包括落煤、裝煤、運煤、支護四部分。

落煤作業所使用的機械設備是電牽引式雙滾筒采煤機，型號為MG200/360-WD，進刀工作方式為中部斜切法。裝煤作業所使用的機械設備是梨型的自動裝煤裝置，裝煤過程是自動進行的。運煤作業所使用的機械設備是刮板輸送機配合帶式輸送機，型號分別為SGB620/40T和SJ-80，共同配合來完成連續運煤作業。支護作業所使用的機械設備是液壓支架，型號為ZQY2800/09/24，及時對煤層頂底板進行支護。

3.2 工藝流程

放煤作業時采用一刀一放的多輪分層順序，在開采工作面的前20 m以及停采線的前30 m只進行割煤作業不進行放煤作業，步間距保持在0.8 m，工作面的工藝流程，如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

4 應用分析

挖溝煤礦薄煤層綜采工作面的開采長度為2 638.2 m，采高為1.25 m，采煤機的截深為0.8 m，將三機配套組合的采煤方法應用在薄煤層開采中，采煤現場如圖2所示，從機組的日開采原煤量和月開采原煤量方面進行驗證，機組日平均開機采煤率約85%，割煤速度為6 m/min，平均日循環21個，得到日開采原煤量約1 090 t，月開采原煤量約23 200 t，生產能力在2.2 Mt/a，基本達到國內采煤的先進水平。

圖2 現場采煤圖

通過使用三機配套組合的綜采方法，提高了開采工作面的安全指數，避免了開采過程中出現的不安全問題，通過開采保護層將煤層中的瓦斯等危險氣體釋放，減少了中毒事件的發生，較好地解決了當前薄煤層開采中出現的一些問題，為薄煤層的安全開采提供借鑒。

5 結語

為了解決在薄煤層開采中開采空間小、操作困難等問題，實現對薄煤層的安全高效開采，提出一種三機配套組合的薄煤層開采方法，結果如下：

1)采用采煤機、液壓支架以及刮板輸送機三機配套組合的方法，確保液壓支架與采煤機和刮板輸送機三機之間有一定的安全距離，給出采煤的具體工藝流程。

2)分析薄煤層三機配套組合方法在挖溝煤礦的應用效果，機組日平均開機采煤率約85%，在割煤速度為6 m/min時，得到日開采原煤量約1 090 t，月開采原煤量約23 200 t，生產能力在2.2 Mt/a，基本達到國內采煤的先進水平，提高了開采的安全指數，為薄煤層的安全開采提供借鑒。