薄及极薄煤层机械化开采的探索与实践

薄及极薄煤层机械化开采的探索与实践

陈江

云南东源镇雄煤业有限公司 云南省昭通市 657200

摘要：随着开采深度的不断延长，煤层突出危险性逐渐增大。煤与瓦斯突出严重威胁着矿山的正常生产安全，制约着矿山的生存与发展。某矿在实施保护层开采防治煤与瓦斯突出方面进行长期大量深入的研究，而在某矿保护层开采过程中，对于类似条件突出矿井的保护层开采具有一定的指导意义和应用价值。

关键词：机械化；开采；极薄煤层；安全；高效；

一、极薄煤层采煤机械化的技术关键

某煤矿通过对极薄煤层a煤的系统研究和开采技术工艺的分析，开采a煤

必须实行采煤机械化。单滚筒采煤机采用“三股道”的采煤工作方式，全机身爬在底板上，对运输、支护等配套设备要求不高。该型采煤机采用液压传动、锚链牵引、水冷式电机驱动和高强度液压螺栓副联接等国内较为先进的采煤机制造技术，其技术性能达到国内极薄煤层采煤机先进水平。该机本身带有装煤机构，电机功率大，机身强度好，适应性强，装煤部箱体和截煤部箱体焊接为整体，增强了设备的稳固性和安全可靠性，是国内生产的同功率采煤机中最薄的产品，采高（0.6-0.8 m）也是最低的，技术性能比较适合a煤的开采。采用机械化先进采煤技术装备，为矿井开拓部署、巷道布置、采煤工艺、矿井生产技术管理、优化生产系统、配备工艺设备等各方面提供有利条件。

二、采取措施和技术革新创造安全高效

极薄煤层实现机械化开采后，通过采取各种措施，进行了大量的技术革新。从采煤机操作、支护方式改变、护顶材料的选择、人员组织、煤质管理等各方面进行剖析改进，坚持走自主创新之路，实现了高产高效。

1.改变支护方式提高安全效率。a煤开采时最初采用的支护方式是一梁三柱，使用的单体支柱是DZ系列，单体支柱经常出现失压柱或死柱，影响移梁支护的进度和质量。经过现场顶板压力、支柱的初撑力和工作阻力进行测定分析，同时考察了矿山设备机械厂DW悬浮系列单体支柱工作性能，煤矿投资了150多万元购买DW悬浮系列单体支柱投入工作面使用，并根据工作面顶板压力、支柱的初撑力、工作阻力分析结果对工作面的支护方式进行了改变，由原来一梁三柱改为两梁五柱，在保证安全的条件下，减少了一排支柱，也减少了一道支护工序。实践操作证明，更换支柱和改变支护方式前移90 m长工作面需要5~6 h，而更换支柱和改变支护方式后移90 m长工作面仅需要2~3 h，节约了工作时间，同时也提高了工作效率，而工作面的安全系数没有任何变化。

2.单体液压支柱的性能对比。采用DZ系列单体支柱经常会出现坏柱、死柱，同时600 mm单体支柱完全卸载后净高达到530 mm，800 mm单体支柱完全卸载后净高达到630 mm，板条、塑料网、π型顶梁再加上浮煤高度至少达到100 mm，而工作面采高只有700 mm，所以在此工作面使用DZ系列单体支柱操作相当麻烦，直接影响生产。DW系列单体支柱其主要改进的部位是，三用阀设置在柱子手把上，完全卸载后最低净高只有400 mm，更换DW系列单体支柱后既方便了操作，杜绝了死柱，又减少了坏柱，促进正常的安全生产。

3.接顶顶梁的性能对比.π型顶梁规格为长2 400 mm、宽100 mm、厚60 mm，由π型钢和碳钢焊接合成。HDJA-1000型金属铰接顶梁其规格是长1 000 mm、宽150 mm、厚100 mm。因该顶梁厚度加上背顶板条、塑料网及浮煤，达到150 mm以上厚度，减少工作空间，增大回柱放顶难度，铰接顶梁长大于采高，回不出来，甚至对采煤机割煤也会造成影响。因为采煤机身高505 mm，总体使用HDJA-1000型金属铰接顶梁达不到理想的效果；采用π型顶梁占用工作面空间小，操作方便，虽然支护强度有所下降，但没有对安全形成任何不利因素。实践证明，使用π型顶梁没有金属铰接顶梁复杂，移π型顶梁拆卸支柱时不用使用水平楔，卸载支柱后空间比金属铰接顶梁的空间要宽敞，对顶板管理也相当不错。使用π型顶梁比使用金属铰接顶梁的优势，主要体现在使用时操作方便，减少复杂性和繁琐的工序，特别是在狭小的空间内能够提高工作效率，对实际操作提供方便。

4.塑料网护顶的多功能作用。a煤顶板是深灰色泥页岩成层理性，破碎不稳定，且a煤上部为b煤采空区，a煤至b煤层间距只有1.5 m，受采动影响割煤后顶板经常出现冒落，高度一般在0.5~2.5 m，另外大顶周期来压时间短，基本每周1次，顶板管理难度相当大。经考察分析研究，采用塑料网铺顶对顶板管理比较有利，同时有利于材料回收。具体操作方式是：采煤机割煤后首先铺网（包括掉顶时），接着使用板条配合单体支柱进行临时支护，最后移梁时直接把板条和塑料网（包括掉顶时接顶使用材料）全部支护在π型顶梁上支护顶板。当老塘回料移梁时，塑料网把冒落的顶板挡在塑料网外层，而接顶的板条等材料全部掉落在工作面内，可直接取出再进行复用，既保证了安全，又提高了材料的复用率。

5.割台阶底的预防措施。采煤机工作时主要通过牵引链牵引进行往返割煤，牵引链固定在工作面的两巷，割煤时经常受牵引力影响起伏不定，造成割煤后底板出现台阶式。为了预防采煤机上下割煤出现台阶状，经过摸索研究，采用对采煤机锚链每隔20 m进行提前打压柱的方式，有效地控制了采煤机割除煤时的起伏，收到良好的实效。

6.采煤机锚链固定的有效措施。因a煤顶板为泥页岩，成层性差，破碎不稳定，底板为炭质砂页岩，增加了采煤机的锚链在工作面两巷固定的难度，而采煤机的运行主要靠锚链的牵引。经过实践摸索采用锚杆加卸扣打压柱，增加了锚链的牵引力也提高了安全系数。锚杆主要打在上顺槽的上帮或下顺槽的下帮的a煤底板的砂岩里，锚杆采用直径为18 mm螺纹钢，长1.4 m，端部为18MnSi左旋无纵筋制作高强锚杆，使用型号为CK23/35、Z23/35型两种树脂锚固剂，配合使用。使用锚杆的同时，采用卸扣打压柱对锚链固定进行加固。为了预防压柱穿顶专门配备特殊宽厚道木作为压柱垫板，有效地保证了锚链的牢固。

7.极薄煤层机械化开采必配的风选系统。经过合理的生产协调和经验总结，实现了极薄煤层普通机械化工作面单产163 t、日产435 t、月产11 852 t的新纪录。在产量得到保证的前提下，因a煤煤厚只有50 cm左右，采高达到70 cm，采煤机必须割近20 cm的底，原煤发热量只有3 000-3 500kJ，销售价格低并且找不到市场。在按质论价的煤炭市场，煤炭的质量问题就显得尤为突出。为了解决这一难题，经过考察购买安装了神州机械有限公司生产的FGX-6左型复合式干选机及配套设备。风选系统运行后，采煤机割的原煤经风选后生产出精煤、次煤和矸石3种产品，煤炭质量有了大的飞跃，精煤发热量达到19259 kJ以上，次煤发热量达到7536 kJ以上，矸石销售给当地水泥厂。三种产品随着市场行情均销售出较好的价格，风选系统创造了丰厚的经济效益。

三、极薄煤层普通机械化开采的效果

1.普通机械化采煤工艺能够实现极薄煤层的安全开采，增加了极薄煤层开采的安全系数，提高了矿井的科技含量。

2.普采工艺减轻了工人的劳动强度，改善了采煤工作面作业环境，促进了采煤工作面各项技术经济指标的大幅度提高。据统计，在同等开采技术条件下，普采工作面单产和工效较炮采工作面分别提高50％以上和65％以上。

参考文献：

［1］刘刚．薄煤层中实现高产高效的技术探讨．2018.

［2］周安寿．我国薄煤层滚筒采煤机的使用与发展．2019.