薄煤层开采技术与应用探究

薄煤层开采技术与应用探究

韩国平

黑龙江龙煤双鸭山矿业有限责任公司 黑龙江双鸭山 155100

摘要：以薄煤层开采技术为对象开展探究，结合具体工程实际，在介绍回采面设备的基础上，对薄煤层机械化普采的作业方式和安全防护进行逐一分析，并对其实际应用效果做出总结。结果表明，基于爬底板采煤机的普采工艺实现了对薄煤层的有效回采，希望能为其他矿井相似工程的开展提供借鉴与参考。

关键词： 矿井；薄煤层；大倾角；作业方式；安全防护

引言

伴随中国煤炭产业的持续发展，煤炭资源储量也持续降低，而薄煤层作为一种主要的煤炭赋存形式，以往对其的回采利用十分有限，因此如何实现薄煤层的有效回采对于矿井的长久发展便显得至关重要。但由于薄煤层赋存条件较差、作业空间狭小且通风安全系数较低，相关的开采工艺落后于中厚煤层，因此针对薄煤层机械化开采工艺开展探究，推动薄煤层的机械化回采作业对矿井的长久发展意义重大。

1 薄煤层开采技术的发展与现状

我国把开采厚度1.3m以下的煤层称为薄煤层。我国薄煤层资源丰富，几乎遍布全国各矿区，据统计，全国薄煤层的储量约占总储量的20%，其中厚度0.8～1.3的占86.02%，厚度小于0.8的占13.98%。近年来，随着煤矿综合机械化程度的大幅提高和开采强度的加大，不少矿井厚煤层、中厚煤层的储量逐年下降，甚至面临枯竭，薄煤层开采的问题逐步受到重视。

目前，薄煤层开采综合机械化设备主要有滚筒采煤机、刨煤机、螺旋钻采煤机和连续采煤机。国外薄煤层机械化开采的发展比国内早，我国一直致力于发展薄煤层机械化开采的研究和引进。我国目前主要从低机身滚筒采煤机和刨煤机及其设备配套和自动化控制等方面进行研究和开发。如松藻、大同、淄博等矿区的骑溜式采煤机，铁法、阳泉等矿区的刨煤机等。

1.1 滚筒采煤机

滚筒式采煤机是传统的采煤设备，其应用十分广泛，对煤层赋存条件的适应性比较强。随着采煤机功率的不断加大，以及电气调速行走和远程无线控制技术的应用，使得薄煤层滚筒式采煤机更能适应较复杂的地质条件。目前国内大部分老矿区都在引入，特别是淮南、松藻、枣庄、淮北、大同等局发展较快。

1.2 刨煤机

刨煤机是一种外牵引的浅截式采煤机，与刮板输送机组成刨煤机组。对煤层的赋存条件适应性较差，特别是过断层能力差，开采硬煤层比较困难，但刨煤机结构简单，易于维护，容易实现对薄煤层特别是极薄煤层的机械化开采，且刨煤机司机不必跟机操作，可以在工作面顺槽内的控制台遥控操作，安全性高。

国外使用刨煤机开采的国家主要有德国、美国、法国等。其中德国是使用刨煤机最多的国家，不仅用于薄煤层还用于中厚偏下的煤层开采，并取得了良好的经济效益。国内铁法煤业集团从1998开始到2008年陆续采取“买核”引进、国内配套的方式引进德国DBT公司自动化刨煤机和电液控制系统，先后在小青煤矿和晓南煤矿成功推广应用，在煤厚1.4m、面长200m的工作面，创下平均月产71852t，最高月产142631t的水平，实现了薄煤层安全、经济、高产高效开采。

1.3 螺旋钻采煤机

螺旋钻采煤法是无人采煤工作面中较为成熟的一种薄煤层的采煤方法。起源于前苏联顿巴斯矿区，该采煤法广泛地用来开采围岩不稳定的薄煤层和极薄煤层，也用来开采边角煤或回收各种煤柱。它的特点是不需要回采工作面，人员和机组设备全部在工作巷内，人员在宽敞且支护良好的巷道内即可将煤采出，安全状况良好。螺旋钻采煤机适用于煤厚0.45～1.5m，倾角在15°以下，切割阻力小于250～330kN/m的煤层。

1.4 连续采煤机

连续采煤机起源于美国，经历了60多年的发展历程，现已日臻完善，许多国家在房柱式采煤、回收边角煤和长壁开采的煤巷快速掘进中广泛应用。该采煤方法要求煤层顶板有较长的空顶稳定时间。这种采煤方法的特点是采掘合一，设备少，投资省，机动灵活，机械化程度高。我国已引进多套薄煤层连续采煤机全套设备，在大同四台煤矿、鸡西小恒山煤矿、河南大峪沟煤矿、平朔东坡煤矿先后使用。

2 薄煤层开采中存在的问题

目前，薄煤层开采主要存在以下几个方面的问题：

（1）因采高低，工作条件差，人员进入或在工作面作业及移动设备都十分困难。

（2）薄煤层采煤机和液压支架受工作面空间尺寸限制，设计难度大。

（3）回采巷道多为半煤岩巷，综掘设备难以投入使用，掘进效率低，劳动强度高。

（4）采掘比大，掘进率高，采掘接替紧张。

（5）煤层厚度变化和褶曲、断层等地质构造对采煤方法影响很大。

（6）薄煤层工作面的单产和效率较低，投入产出比高，经济效益不如厚煤层及中厚煤层工作面。

3 开采方法的选择

3.1 煤层赋存特点

薄煤层一般煤厚0.24～2.2m，多集中在1.10～1.50m之间，平均1.27m，这种煤层就属较稳定型可采薄煤层。煤层一般含一层夹矸，局部有两层夹矸，夹矸岩性多为泥岩，少数为碳质细砂岩，多黄铁矿结核，常见钙质、黄铁矿薄膜。煤层倾角为5～25°。直接顶为坚硬的十二灰岩，底板以泥岩为主。

3.2主要开采设备的配套

如果要实现工作面安全高效生产、达到年产60万t的目标，就要解决薄煤层开采存在的问题，根据一般薄煤层的赋存特点和对薄煤层综合机械化开采方法的分析比较煤层综合机械化开采可采用以下两种设备配置方案：

方案一：采用国产薄煤层滚筒采煤机与工作面输送机及手动支架的设备配套。

方案二：选用德国进口的刨煤机，电液控制系统，工作面刮板输送机，国产液压支架，转载机，破碎机，移动变电站，泵站和带式输送机，实现采、支、运全自动化控制。

方案一中滚筒采煤机适用于含有夹矸的煤层和煤层厚度变化较大的工作面，对煤层顶底板起伏变化和地质构造的适应性强，对工作面长度要求较刨煤机低，煤炭回收率高。此设备配套方案基本可满足煤层厚0.6～2.2m，煤质中硬及以下的缓倾斜薄煤层开采的需求。目前国内外薄煤层滚筒采煤机和输送机也基本实现了智能驱动，支架也在向电液控制发展，如能采用技术过关的国产电液、智能控制系统，其先进性与采用刨煤机基本相同。因此，对于地质条件较复杂的矿区此设备配套方案是首选方案。

由于目前国内外刨煤机和输送机均实现了智能驱动，加上可靠的支架电液控制系统，采煤工作面不仅可实现自动化和高产高效，而且可最大限度地保证人身安全，对薄煤层、极薄煤层具有特有的优势，因此方案二对于地质条件好且要求产量高的矿区是首选。但刨煤机过断层、黄铁矿夹矸时要用打眼放炮的方法处理断层，对煤层起伏的调整不便。另外，刨煤机在工作面两端减速占用的时间长，对于受条件限制的长度较短的工作面实现高产的难度较大。

4 结 语

对薄煤层的开采工艺主要有炮采、高档普采和综合机械化开采等方式。由于炮采和高档普采工艺落后，很难实现安全高效；而自动化程度高的综合机械化采煤则是今后薄煤层高产高效开采的主要方式。随着科技的发展，薄煤层的综合机械化开采技术也不断改进和提高。但只有根据具体的开采条件和产能要求选择合理的开采方法及设备配套才能最大限度地发挥机械设备的性能和优势，才能创造出最好的经济效益。

参考文献：

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