陳雷雷

太原煤氣化集團(tuán)有限責(zé)任公司東河煤礦

薄煤層綜采工藝現(xiàn)狀與技術(shù)改進(jìn)研究

陳雷雷

太原煤氣化集團(tuán)有限責(zé)任公司東河煤礦

隨著社會(huì)的發(fā)展，煤礦地質(zhì)建設(shè)越來(lái)越受到重視。煤礦地質(zhì)中的薄煤層一般是指深度在 1.3m 以下的淺煤層，在薄煤層作業(yè)面進(jìn)行采掘過(guò)程時(shí)，因?yàn)槊簩雍穸缺?、采掘?qū)用娴?、作業(yè)空間受限性大，所以給工人操作帶來(lái)很大困難，尤其是處于偽頂、軟底狀況下的薄煤層，其采掘作業(yè)更難實(shí)行，且極易發(fā)生回采后偽頂坍落，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其的研究非常有必要。就目前的情況來(lái)看，薄煤層的綜采技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)量也在逐步提高，同時(shí)進(jìn)一步降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，成為我國(guó)廣大產(chǎn)煤地區(qū)煤炭企業(yè)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的新亮點(diǎn)，因此也是越來(lái)越受到重視。但是目前薄煤層綜采工藝中還存在很多不足，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其的研究，并采取有效的措施進(jìn)行優(yōu)化，從而為薄煤層工作面的安全高效回采提供了扎實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)，并為礦井安全正常生產(chǎn)提供了重要保障?；诖吮疚姆治隽吮∶簩泳C采工藝現(xiàn)狀與技術(shù)改進(jìn)。

薄煤層綜采工藝；現(xiàn)狀；技術(shù)改進(jìn)

1 薄煤層開(kāi)采技術(shù)研究現(xiàn)狀

上世紀(jì)80年代，我們國(guó)家已經(jīng)由德國(guó)購(gòu)入了應(yīng)用于薄煤層作業(yè)面進(jìn)行采煤的刨煤機(jī)綜采成套裝備，其應(yīng)用效果不理想，而且由于其所需求的地層狀況、使用要求和部件更換等因素限制而未能進(jìn)行廣泛應(yīng)用。在此期間，我國(guó)的薄煤層采掘裝備制造、炮采工藝、礦壓顯示、頂?shù)装逯ёo(hù)等方面都取得了很顯著的成績(jī)，但是在薄煤層高效綜采及成套設(shè)備利用技術(shù)上仍不成熟。

針對(duì)1.3m之下薄煤層回采作業(yè)面操作空間有限，大部分煤層存在著偽頂、軟基、瓦斯?jié)舛却蟮炔焕蛩?，尤其需要增加作業(yè)面支架的頂梁長(zhǎng)度尺寸，進(jìn)而拓展通風(fēng)截面積，盡量下調(diào)作業(yè)面?zhèn)魉驮O(shè)備與采煤設(shè)備的相配高度，來(lái)實(shí)現(xiàn)其最低采高。針對(duì)作業(yè)空間狹窄及機(jī)械難以維修的問(wèn)題，增加設(shè)備出力率，促使作業(yè)過(guò)程少出或不出事故，因此，薄煤層高效采煤設(shè)備及三機(jī)配合綜采模式的研發(fā)開(kāi)始興起。

2 薄煤層高效綜采工作面生產(chǎn)工藝

厚度在1m以下的薄煤層，由于采高低，工作空間小，工人進(jìn)出工作面困難。狹小空間環(huán)境下采煤機(jī)司機(jī)跟機(jī)作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度很大。例如，某煤礦A工作面正?；夭蓵r(shí)小班割煤6刀，工作面長(zhǎng)度200m，則采煤機(jī)司機(jī)一個(gè)班必須至少跟機(jī)運(yùn)動(dòng)1560m。因此，通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)工藝和勞動(dòng)組織，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率，是薄煤層綜采工作面必須考慮的問(wèn)題。

為提高工作面生產(chǎn)效率，減輕薄煤層工作面工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，在狹小空間下最大限度地減少采煤機(jī)司機(jī)運(yùn)動(dòng)的距離，專門(mén)對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

(1)雙向割煤：采用端部斜切進(jìn)刀、雙向割煤工藝；(2)分組分段綜合作業(yè)。以工作面160m為例，每40m為1段，共分為4段。工作面中部每段配置2名工人為1組，負(fù)責(zé)本段內(nèi)采煤機(jī)割煤、拉架、推溜等所有的采煤工序；機(jī)頭、機(jī)尾端部每段內(nèi)配置3名工人為1組，除負(fù)責(zé)本段內(nèi)采煤機(jī)割煤、拉架、推溜等所有的采煤工序之外，還負(fù)責(zé)平巷超前支護(hù)。

采煤機(jī)完成一段割煤任務(wù)，其某一滾筒一旦越過(guò)分段點(diǎn)，采煤機(jī)就只接收下一段相應(yīng)司機(jī)(遙控器)的指令控制該滾筒。為滿足安全的要求，每個(gè)采煤機(jī)滾筒每一時(shí)刻只接收一個(gè)司機(jī)(遙控器)的指令。遙控器上設(shè)有“運(yùn)停”和“急?！眱蓚€(gè)控制鍵，分別遙控停止刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)。為保證安全，這兩個(gè)鍵功能不分段，不論采煤機(jī)在哪個(gè)位置，是哪個(gè)遙控器發(fā)出的指令，只要信號(hào)強(qiáng)度足夠，采煤機(jī)接收到就立即執(zhí)行。

為實(shí)現(xiàn)平均采高小于1.0m的復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄煤層高效綜合機(jī)械化開(kāi)采，優(yōu)化確定了工作面長(zhǎng)度，改進(jìn)了巷道布置。在成功研制薄煤層綜采工作面主要設(shè)備的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了科學(xué)合理配套，實(shí)施了分組分段綜合作業(yè)的生產(chǎn)工藝，滿足了截割堅(jiān)硬夾矸或硫化鐵硬結(jié)核體的需要。

(1)在平均采高小于1.0m的薄煤層條件下，綜采工作面主要設(shè)備的空間尺寸、結(jié)構(gòu)形式、生產(chǎn)能力、性能參數(shù)等配套合理，技術(shù)先進(jìn)，可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)，工作面生產(chǎn)能力滿足年產(chǎn)40萬(wàn)t的要求，已達(dá)到年產(chǎn)80萬(wàn)t及以上的水平。(2)對(duì)薄煤層綜采工作面和回采巷道設(shè)備進(jìn)行了合理布置。(3)支架在高度0.8m的狀態(tài)下，采煤機(jī)過(guò)機(jī)高度、過(guò)煤高度滿是要求，總體配套尺寸能夠滿足工作面，生產(chǎn)的需要。(4)薄煤層綜采工作面分組分段綜合作業(yè)的生產(chǎn)工藝，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)滿足煤礦井下操作的安全性要求。

3 薄煤層綜采工藝技術(shù)改進(jìn)

3.1 薄煤層綜采技術(shù)面臨的難題

某礦屬于較薄煤層，走向長(zhǎng)度430m，傾向長(zhǎng)度84m;煤層厚度在0.92m至2.13m之間，平均厚度1.25m;煤層硬度為1.92，傾角在12°至25°之間。存在的技術(shù)難題主要包括以下幾個(gè)方面。首先是煤層作業(yè)空間十分狹小，控制系統(tǒng)的安裝、工人操作空間都難以保障。其次是煤層中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斷層、煤矸石等雜質(zhì)，造成截割困難。第三是煤層厚度變化較大對(duì)液壓支架的伸縮比等提出了更高的要求。第四是運(yùn)送設(shè)備受作業(yè)空間限制，無(wú)法滿足運(yùn)送要求，經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)械故障。

3.2 薄煤層綜采設(shè)備的選擇

在對(duì)薄煤層綜采技術(shù)難題和改進(jìn)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)我礦的作業(yè)條件，對(duì)采煤機(jī)、運(yùn)送機(jī)等設(shè)備進(jìn)行了合理優(yōu)化。

(1)采煤機(jī)參數(shù)與選型。根據(jù)薄煤層所需割煤能力、割煤速度以及截割功率等選取MG160/360-BWD型非機(jī)載交流變頻采煤機(jī)作為采煤機(jī)。具體參數(shù)如表1。

(2)運(yùn)送機(jī)參數(shù)與選型。由于煤層厚度的與作業(yè)面的限制，在運(yùn)送機(jī)的選型中要選擇低槽幫，且要與采煤機(jī)開(kāi)采效率相匹配，結(jié)構(gòu)要與采煤機(jī)和液壓結(jié)構(gòu)配套，進(jìn)而提高裝煤和運(yùn)煤能力。因此為了解決薄煤層開(kāi)采技術(shù)限制，降低運(yùn)送設(shè)備的故障率，選用SGZ-630/220型曲刮板運(yùn)送機(jī)。具體參數(shù)如表2所示。

為更好地讓綜采設(shè)備符合本礦特點(diǎn)，在選購(gòu)后我們對(duì)運(yùn)送機(jī)進(jìn)行了尺寸的調(diào)整。例如為符合采高要求，降低了運(yùn)送機(jī)卸載高度，數(shù)據(jù)為450mm;減小了機(jī)頭機(jī)尾的寬度，數(shù)據(jù)為730mm和920mm;中部槽高度也降低至208mm。不僅滿足了煤礦開(kāi)采的需要，也極大地降低了設(shè)備的可靠性能。

表1 MG160/360-BWD型非機(jī)載交流變頻采煤機(jī)參數(shù)

表2 SGZ-630/220型曲刮板運(yùn)送機(jī)參數(shù)

(3)液壓支架參數(shù)與選擇。選用型號(hào)為ZY3300/07/13的兩柱掩護(hù)式整體頂梁液壓支架，支架高度0.7～1.3m，并采用PM32電液控制操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)支架的自動(dòng)順序控制，其參數(shù)如下：支撐高度700～1300mm，支架中心距1500mm，工作阻力3300kN，支護(hù)強(qiáng)度0.42～0.48MPa，初撐力2618kN。

3.3 綜采工藝

在選擇綜采工藝時(shí)，首先選用三八循環(huán)作業(yè)模式，兩個(gè)工作時(shí)間出煤，一個(gè)工作時(shí)間對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢修，循環(huán)進(jìn)度為0.6m。當(dāng)煤層無(wú)法達(dá)到最低采高要求時(shí)，可以通過(guò)截割地板的方式讓煤層達(dá)到要求?；夭傻墓ば?yàn)楦蠲?、推溜、移架、端頭維護(hù)、設(shè)備維護(hù)、開(kāi)缺口等，工藝流程為割煤→移架→推移刮板輸送機(jī)。

3.4 加強(qiáng)管理

3.4.1 因人員操作空間小，行動(dòng)不便，為避免支架降架、拉架時(shí)壓傷、擠傷人員，工作面支架為鄰架操作，上架操作下架，且規(guī)定被操作支架下嚴(yán)禁有人，在所有支架操作閥組上安裝了閉鎖裝置，防止誤操作。

3.4.2 擴(kuò)大采煤機(jī)采高范圍。薄煤的煤厚不均勻，而且厚度往往變化比較大，經(jīng)常出現(xiàn)煤厚變化范圍大于所選采煤機(jī)采高范圍的情況。或者是在煤厚變化范圍內(nèi)，難以選到合適的采煤機(jī)。因此，應(yīng)深化研究，進(jìn)一步擴(kuò)大采煤機(jī)的采高范圍，使采煤機(jī)更好地適應(yīng)煤厚的變化。

總之，在薄煤層作業(yè)面進(jìn)行采掘過(guò)程時(shí)，因?yàn)槊簩雍穸缺　⒉删驅(qū)用娴?、作業(yè)空間受限性大，所以給工人操作帶來(lái)很大困難，尤其是處于偽頂、軟底狀況下的薄煤層，其采掘作業(yè)更難實(shí)行，且極易發(fā)生回采后偽頂坍落。針對(duì)薄煤層綜采技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行研究研究有著非常重要的意義，需要引起我們的重視。

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