綜合機械化開采在薄煤層的應用

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我國科技經濟及工業化不斷發展，煤炭的需求量逐步增加。隨著煤炭資源的不斷開采，我國具有開發優勢的煤炭資源越來越少，開采程度已經接近極限。在煤炭資源愈發緊張的情況下，儲量較大的薄煤層資源被逐漸開發。近年來，我國對薄煤層開采的需求越來越大，加上薄煤層的分布相對較多，特別是在南方地區的煤礦，薄煤層是主要的開采煤層。但受到薄煤層開采技術的限制，薄煤層開采造成的煤炭資源浪費也是目前的難題之一［1］。而綜合機械化開采作為世界上最先進的開采工藝，可以實現煤炭開采“破、裝、運、支及處”五個環節的機械化，具有開采效率高、安全系數高和經濟效益好等諸多優勢。因此，對綜合機械化開采在薄煤層中的應用進行分析有較為重要的意義。

1工程概況

薄煤層的工作面多分布于數百米礦井下，采煤工作面小，煤層厚度都在1．3m內，開采較為困難。某礦目前主要開采的是2#煤層，煤層總厚度為0．56～1.1m，平均厚度為0．89m，從煤層的開采情況來看，屬于薄煤層開采。為了保障煤炭資源的采出率，推動煤礦的可持續發展，需要對2#煤進行開采。在2#煤層中布置了工作面，從煤層勘查結果可知，煤層傾角為28～44°，平均角度為32°，屬于大傾角煤層。從工作面布置情況來看，本次設計的工作面走向長度為786m，傾斜長度設計為189m。從現場勘查發現，在工作面開采過程中，地質構造較為發育，會對煤層開采產生一定影響。整個煤層屬于大部分穩定的可采煤層，工作面可開采的長度在700m左右。表1是2#煤層頂板和底板巖性情況表。

2礦井自然條件對綜合機械化開采技術的影響

綜合機械化開采技術在煤礦開采中會受到很多自然條件的影響，主要影響因素有以下方面:①礦井地質構造因素影響。在綜合機械化開采過程中由于礦井地質構造條件的復雜性，在一定程度上會影響綜合機械化系統的構建與應用，所以在進行煤礦開采之前需要對礦井的地質構造進行科學分析，進而為綜合機械化開采提供詳細的技術指導。比如常見的斷層地質構造類型是綜合機械化開采中需要重點關注和分析的構造類型，一些復雜和不良的斷層構造對機械化開采的設備會造成一定的破壞性影響。②煤層因素影響。煤層作為煤礦開采的對象，科學分析煤層條件對煤礦開采至關重要。分析煤層條件時主要分析的因素包含煤層的厚度、硬度以及穩定性等因素。根據煤層實際條件可對綜合機械化開采設備的結構形式、規格、調節范圍、工作空間等進行選型、設計以及調整。③礦井瓦斯氣體分布影響。煤礦綜合機械化開采作業速度通常都比較快，在快速作業過程中勢必會加速礦井內瓦斯氣體的涌出速度，假如瓦斯涌出量超過礦井的安全排放能力，將會直接威脅礦井的安全生產，所以在綜合機械化開采技術中，一定要對瓦斯分布規律進行分析研究，采取科學措施加強對瓦斯的排放控制力度，有效確保綜合機械化開采的安全性。

3薄煤層綜合機械化開采三機配套技術要點

3．1采煤機為了實現對工作面的高效回采，考慮到煤層厚度、傾角及所處位置的地質條件等因素，在進行采煤時，截割巖石的情況較多，地質的變化相對較大。在選擇采煤機時，不僅需要有較強的割煤能力，還需要確保機面的高度較低，制動能力較強。為降低采煤機高度，提高采煤機的制動能力，選擇使用對稱結構的雙滾筒采煤機。在割煤時，首先在工作面上開缺口，達到雙向割煤的效果。其次，選擇使用“騎刮板運輸機”等類型，在刮板運輸機上設計騎運輸機的變頻器，本次將截割電機安裝到搖臂上，從而有效降低采煤機機面的高度，加大過煤的空間［2－4］。針對性地降低機身的長度，從而更好地滿足薄煤層開采需要。對牽引機構，本次設計采用內牽引方式，使用該方式能夠較好地滿足煤層厚度、傾角等方面的變化需求。在機身上布置制動器，在各個部件上設置潤滑系統，進而實現采煤機的制動、潤滑效果。綜合考慮上述因素，本次選擇使用了MG200/495－QWD采煤機，該采煤機的有效采高為1～1．3m，能夠適應傾角在45°之下的煤層開采，總功率接近500kW。圖1是采煤機結構示意圖。

3．2液壓支架煤礦的整體煤層頂板較為破碎，容易出現變形與膨脹問題，加上煤層較薄，回采時矸石容易將采空區充滿。因此，頂板的整體壓力相對偏小，采場礦壓顯現不夠明顯。本次選擇使用掩護式支架，對支架的頂梁進行優化，將箱式結構優化為板式結構，從而有效減少頂梁厚度，提高支架內部通過機器的高度［5］。同時，在頂梁上設置能夠伸縮的擋矸裝置，有效阻擋支架之前的飛矸，在相鄰支架的底座上設置能夠伸縮的擋矸裝置，以防止支架之間的飛矸。在液壓支架底座前方，將調推千斤頂設置到位，嚴防輸送機出現滑動問題。在液壓支架的底座、頂梁的兩側設置調整支架的梁，安裝側護板，有效防止支架出現滑架與倒架問題。本次進行薄煤層開采時，通過采取上述措施，可提高煤礦開采的安全程度。結合上述需求，選擇使用了ZY3500/07/15Q液壓支架，該支架的有效支撐高度為0．7～1．4m，支架之間的中心距離在1．75m左右，能夠適用煤層在45°之下的煤層開采。圖2是液壓支架的結構示意圖。

3．3刮板運輸機本次選擇使用的采煤機采用了內牽引方式，為了保障采煤機的穩定性，在選擇刮板運輸機時，選擇了中雙鏈與銷排結構，可以有效提高采煤機的行走能力，增強二級防滑的效果。同時，本次將輸送機槽幫的高度下降到了0．25m，寬度拓展到0．73m，特別采用了機頭與機尾同步驅動的方式，在保證運輸機工作動力的基礎上，有效控制運輸機高度，保證采煤機更高效地運行。本次選擇使用SGZ730/2*200運輸機，該輸送機的輸送能力為700t/h，能夠適用煤層在45°之下的煤層開采［6］。圖3是刮板運輸機結構示意圖。

4回采工藝設計

在工作面開采時，本次設計采用走向長壁采煤法，采空區管理采用全部垮落法［7］。采煤機設計從開切眼的位置雙向割煤，每次進尺0．7m，裝煤環節使用空間限位強制裝煤的方式，對于截割滾筒，在布置時將傳統的側面布置設計成端面布置，同時在滾筒后面設計犁煤機構。本次裝煤時，綜合使用采煤機、運輸機及煤層頂底板，推動截割得到的煤炭沿著輸送機方向運動，并使用內旋式滾筒，使截割得到的煤炭全部裝載到位，有效提高裝煤能力。本次使用的刮板運輸機屬于可彎曲的輸送機，較好地適應了煤層厚度及高度的變化，作業過程中全部達到機械化作業效果。支架在支護時采用跟隨采煤機隨時進行拉架推架的方式，需要在采煤機后5～8m處進行拉架，若割煤過程中出現了地質構造問題，則拉架的距離要控制在3m之內，目的是嚴防出現頂板冒落問題。在推輸送機時，一般情況下要滯后拉架10m以上，嚴防出現急彎與斷鏈的問題。

5開采效果分析

采取上述方法對工作面進行回采后，6個月的產量達到了19萬t，向前推進的距離接近600m，平均每個月的產量超過了2萬t，特別是當地質構造對工作面開采的影響較小時，每個月的產量可超過3萬t。在本次試驗開采時，工作面向前推進的過程中遇到了較多斷層，開采的安全條件相對較差，但從開采過程來看，未出現較大的事故，采煤機、輸送機、液壓支架整體的工作情況良好，特別是采煤機在割煤時，雙向割煤均取得了良好的效果，未出現動力不足的問題，也未出現采煤機下滑傾斜的問題。刮板輸送機在運行過程中較好地適應了煤層厚度、傾角等出現的變化，輸送機整體的運輸能力相對充足。液壓支架在工作過程中較好地適應了煤層變化，特別是在防飛矸、防滑、防倒及強化頂板支護等方面的應用效果較好。煤礦某工作面選擇使用上述薄煤層的綜合配套設備，工作面達到了安全、高效的開采效果。

6結束語

6．1結合工作面實際情況，選擇使用了MG200/495－QWD采煤機、ZY3500/07/15Q液壓支架、SGZ730/2*200刮板運輸機，可以實現對薄煤層、大傾角煤層的開采，工作面的“三機”配套較為科學，達到了對薄煤層安全高效回采的效果。

6．2本次開采采用懸臂式機身，使采煤機不僅機面高度較高，過煤空間也較大，機身長度有了明顯縮短，較好地滿足了薄煤層開采要求。同時，本次創新使用了分腔潤滑方式，確保采煤機的各個減速結構在大傾角開采的過程中可以達到較好的潤滑效果。

6．3本次在刮板輸送機溜槽上采用了支架前擋矸連接座，通過加入擋矸裝置，較好地防止了飛矸，保證了現場作業人員的人身安全。同時，刮板輸送機的設計采用了雙驅動方式，特別是將驅動設置到了運輸順槽、回風順槽中，提高了采煤機的整體運行效果。

6．4在液壓支架的選擇和使用時，采取了板式頂梁結構，在支架上增加了防倒、防滑、防飛矸等裝置，在達到支護要求的基礎上保證了回采安全。

參考文獻:

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［3］王小江．綜合機械化開采技術在薄煤層開采中的研究與應用［J］．煤炭科技，2017(04):123－125．

［4］毛德兵，藍航，徐剛．我國薄煤層綜合機械化開采技術現狀及其新進展［J］．煤礦開采，2011，16(03):11－14+76．

［5］侯剛，王國法，張建安，等．1．1m堅硬薄煤層智能化開采關鍵技術及裝備———以陜北侏羅紀煤田為例［J］．煤炭科學技術，2022，50(03):224－231．

［6］余偉健，吳根水，劉海，等．薄煤層開采軟弱煤巖體巷道變形特征與穩定控制［J］．煤炭學報，2018，43(10):2668－2678．

作者:張體蒙 王標 劉波 單位:山東能源集團 內蒙古昊盛煤業有限公司 山東能源集團