综合机械化开采在薄煤层的应用

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我国科技经济及工业化不断发展，煤炭的需求量逐步增加。随着煤炭资源的不断开采，我国具有开发优势的煤炭资源越来越少，开采程度已经接近极限。在煤炭资源愈发紧张的情况下，储量较大的薄煤层资源被逐渐开发。近年来，我国对薄煤层开采的需求越来越大，加上薄煤层的分布相对较多，特别是在南方地区的煤矿，薄煤层是主要的开采煤层。但受到薄煤层开采技术的限制，薄煤层开采造成的煤炭资源浪费也是目前的难题之一［1］。而综合机械化开采作为世界上最先进的开采工艺，可以实现煤炭开采“破、装、运、支及处”五个环节的机械化，具有开采效率高、安全系数高和经济效益好等诸多优势。因此，对综合机械化开采在薄煤层中的应用进行分析有较为重要的意义。

1工程概况

薄煤层的工作面多分布于数百米矿井下，采煤工作面小，煤层厚度都在1．3m内，开采较为困难。某矿目前主要开采的是2#煤层，煤层总厚度为0．56～1.1m，平均厚度为0．89m，从煤层的开采情况来看，属于薄煤层开采。为了保障煤炭资源的采出率，推动煤矿的可持续发展，需要对2#煤进行开采。在2#煤层中布置了工作面，从煤层勘查结果可知，煤层倾角为28～44°，平均角度为32°，属于大倾角煤层。从工作面布置情况来看，本次设计的工作面走向长度为786m，倾斜长度设计为189m。从现场勘查发现，在工作面开采过程中，地质构造较为发育，会对煤层开采产生一定影响。整个煤层属于大部分稳定的可采煤层，工作面可开采的长度在700m左右。表1是2#煤层顶板和底板岩性情况表。

2矿井自然条件对综合机械化开采技术的影响

综合机械化开采技术在煤矿开采中会受到很多自然条件的影响，主要影响因素有以下方面:①矿井地质构造因素影响。在综合机械化开采过程中由于矿井地质构造条件的复杂性，在一定程度上会影响综合机械化系统的构建与应用，所以在进行煤矿开采之前需要对矿井的地质构造进行科学分析，进而为综合机械化开采提供详细的技术指导。比如常见的断层地质构造类型是综合机械化开采中需要重点关注和分析的构造类型，一些复杂和不良的断层构造对机械化开采的设备会造成一定的破坏性影响。②煤层因素影响。煤层作为煤矿开采的对象，科学分析煤层条件对煤矿开采至关重要。分析煤层条件时主要分析的因素包含煤层的厚度、硬度以及稳定性等因素。根据煤层实际条件可对综合机械化开采设备的结构形式、规格、调节范围、工作空间等进行选型、设计以及调整。③矿井瓦斯气体分布影响。煤矿综合机械化开采作业速度通常都比较快，在快速作业过程中势必会加速矿井内瓦斯气体的涌出速度，假如瓦斯涌出量超过矿井的安全排放能力，将会直接威胁矿井的安全生产，所以在综合机械化开采技术中，一定要对瓦斯分布规律进行分析研究，采取科学措施加强对瓦斯的排放控制力度，有效确保综合机械化开采的安全性。

3薄煤层综合机械化开采三机配套技术要点

3．1采煤机为了实现对工作面的高效回采，考虑到煤层厚度、倾角及所处位置的地质条件等因素，在进行采煤时，截割岩石的情况较多，地质的变化相对较大。在选择采煤机时，不仅需要有较强的割煤能力，还需要确保机面的高度较低，制动能力较强。为降低采煤机高度，提高采煤机的制动能力，选择使用对称结构的双滚筒采煤机。在割煤时，首先在工作面上开缺口，达到双向割煤的效果。其次，选择使用“骑刮板运输机”等类型，在刮板运输机上设计骑运输机的变频器，本次将截割电机安装到摇臂上，从而有效降低采煤机机面的高度，加大过煤的空间［2－4］。针对性地降低机身的长度，从而更好地满足薄煤层开采需要。对牵引机构，本次设计采用内牵引方式，使用该方式能够较好地满足煤层厚度、倾角等方面的变化需求。在机身上布置制动器，在各个部件上设置润滑系统，进而实现采煤机的制动、润滑效果。综合考虑上述因素，本次选择使用了MG200/495－QWD采煤机，该采煤机的有效采高为1～1．3m，能够适应倾角在45°之下的煤层开采，总功率接近500kW。图1是采煤机结构示意图。

3．2液压支架煤矿的整体煤层顶板较为破碎，容易出现变形与膨胀问题，加上煤层较薄，回采时矸石容易将采空区充满。因此，顶板的整体压力相对偏小，采场矿压显现不够明显。本次选择使用掩护式支架，对支架的顶梁进行优化，将箱式结构优化为板式结构，从而有效减少顶梁厚度，提高支架内部通过机器的高度［5］。同时，在顶梁上设置能够伸缩的挡矸装置，有效阻挡支架之前的飞矸，在相邻支架的底座上设置能够伸缩的挡矸装置，以防止支架之间的飞矸。在液压支架底座前方，将调推千斤顶设置到位，严防输送机出现滑动问题。在液压支架的底座、顶梁的两侧设置调整支架的梁，安装侧护板，有效防止支架出现滑架与倒架问题。本次进行薄煤层开采时，通过采取上述措施，可提高煤矿开采的安全程度。结合上述需求，选择使用了ZY3500/07/15Q液压支架，该支架的有效支撑高度为0．7～1．4m，支架之间的中心距离在1．75m左右，能够适用煤层在45°之下的煤层开采。图2是液压支架的结构示意图。

3．3刮板运输机本次选择使用的采煤机采用了内牵引方式，为了保障采煤机的稳定性，在选择刮板运输机时，选择了中双链与销排结构，可以有效提高采煤机的行走能力，增强二级防滑的效果。同时，本次将输送机槽帮的高度下降到了0．25m，宽度拓展到0．73m，特别采用了机头与机尾同步驱动的方式，在保证运输机工作动力的基础上，有效控制运输机高度，保证采煤机更高效地运行。本次选择使用SGZ730/2*200运输机，该输送机的输送能力为700t/h，能够适用煤层在45°之下的煤层开采［6］。图3是刮板运输机结构示意图。

4回采工艺设计

在工作面开采时，本次设计采用走向长壁采煤法，采空区管理采用全部垮落法［7］。采煤机设计从开切眼的位置双向割煤，每次进尺0．7m，装煤环节使用空间限位强制装煤的方式，对于截割滚筒，在布置时将传统的侧面布置设计成端面布置，同时在滚筒后面设计犁煤机构。本次装煤时，综合使用采煤机、运输机及煤层顶底板，推动截割得到的煤炭沿着输送机方向运动，并使用内旋式滚筒，使截割得到的煤炭全部装载到位，有效提高装煤能力。本次使用的刮板运输机属于可弯曲的输送机，较好地适应了煤层厚度及高度的变化，作业过程中全部达到机械化作业效果。支架在支护时采用跟随采煤机随时进行拉架推架的方式，需要在采煤机后5～8m处进行拉架，若割煤过程中出现了地质构造问题，则拉架的距离要控制在3m之内，目的是严防出现顶板冒落问题。在推输送机时，一般情况下要滞后拉架10m以上，严防出现急弯与断链的问题。

5开采效果分析

采取上述方法对工作面进行回采后，6个月的产量达到了19万t，向前推进的距离接近600m，平均每个月的产量超过了2万t，特别是当地质构造对工作面开采的影响较小时，每个月的产量可超过3万t。在本次试验开采时，工作面向前推进的过程中遇到了较多断层，开采的安全条件相对较差，但从开采过程来看，未出现较大的事故，采煤机、输送机、液压支架整体的工作情况良好，特别是采煤机在割煤时，双向割煤均取得了良好的效果，未出现动力不足的问题，也未出现采煤机下滑倾斜的问题。刮板输送机在运行过程中较好地适应了煤层厚度、倾角等出现的变化，输送机整体的运输能力相对充足。液压支架在工作过程中较好地适应了煤层变化，特别是在防飞矸、防滑、防倒及强化顶板支护等方面的应用效果较好。煤矿某工作面选择使用上述薄煤层的综合配套设备，工作面达到了安全、高效的开采效果。

6结束语

6．1结合工作面实际情况，选择使用了MG200/495－QWD采煤机、ZY3500/07/15Q液压支架、SGZ730/2*200刮板运输机，可以实现对薄煤层、大倾角煤层的开采，工作面的“三机”配套较为科学，达到了对薄煤层安全高效回采的效果。

6．2本次开采采用悬臂式机身，使采煤机不仅机面高度较高，过煤空间也较大，机身长度有了明显缩短，较好地满足了薄煤层开采要求。同时，本次创新使用了分腔润滑方式，确保采煤机的各个减速结构在大倾角开采的过程中可以达到较好的润滑效果。

6．3本次在刮板输送机溜槽上采用了支架前挡矸连接座，通过加入挡矸装置，较好地防止了飞矸，保证了现场作业人员的人身安全。同时，刮板输送机的设计采用了双驱动方式，特别是将驱动设置到了运输顺槽、回风顺槽中，提高了采煤机的整体运行效果。

6．4在液压支架的选择和使用时，采取了板式顶梁结构，在支架上增加了防倒、防滑、防飞矸等装置，在达到支护要求的基础上保证了回采安全。

参考文献:

［1］杨龙杰，王培强，石彦磊．薄煤层工作面智能化开采设备选型及控制系统的研究［J］．山东煤炭科技，2022，40(05):15－17．

［2］谭军．田家煤矿1236N薄煤层综合机械化开采实践及应用［J］．现代工业经济和信息化，2018，8(10):92－94．

［3］王小江．综合机械化开采技术在薄煤层开采中的研究与应用［J］．煤炭科技，2017(04):123－125．

［4］毛德兵，蓝航，徐刚．我国薄煤层综合机械化开采技术现状及其新进展［J］．煤矿开采，2011，16(03):11－14+76．

［5］侯刚，王国法，张建安，等．1．1m坚硬薄煤层智能化开采关键技术及装备———以陕北侏罗纪煤田为例［J］．煤炭科学技术，2022，50(03):224－231．

［6］余伟健，吴根水，刘海，等．薄煤层开采软弱煤岩体巷道变形特征与稳定控制［J］．煤炭学报，2018，43(10):2668－2678．

作者:张体蒙 王标 刘波 单位:山东能源集团 内蒙古昊盛煤业有限公司 山东能源集团