復雜結構薄煤層開采技術難題探討

李新建

（龍煤七臺河礦業有限責任公司龍湖煤礦，黑龍江七臺河154600）

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復雜結構薄煤層開采技術難題探討

李新建

（龍煤七臺河礦業有限責任公司龍湖煤礦，黑龍江七臺河154600）

摘要：復雜結構薄煤層要實現綜合機械化高效開采，不僅要解決機械化落煤這一關鍵性的技術難題，還要解決其他一系列影響和制約薄煤層安全、高效開采的技術難題。包括復雜結構薄煤層高效綜采的技術攻關路線，主要攻關內容與關鍵技術。目前我國已探明薄煤層可開采儲量達60億t，薄煤層開采量正在逐步加大，該研究有著極為廣闊的推廣應用前景。

關鍵詞：復雜結構；薄煤層；開采技術；探討

復雜結構薄煤層，由于含有硬夾矸，一直沒有實現綜合機械化開采。地質條件一般的薄煤層，即結核體或硬夾矸，也有斷層和薄煤帶等。當工作面遇到斷層或者薄煤帶時，如果配套設備不先進，不得不采用人工打眼爆破的生產工藝方法進行處理，就會影響工作面產量和效率。復雜結構薄煤層要實現綜合機械化高效開采，不僅要解決機械化落煤這一關鍵性的技術難題，還要解決其他一系列影響和制約薄煤層安全高效開采的技術難題。概括起來有以下幾個方面：第一，解決矮機身、裝機功率（截割能力）和機械強度之間的矛盾，實現小采高（最小800 mm）條件下，含硫化鐵硬結核體薄煤層的機械截割。第二，在狹小空間環境條件下實現采煤機、液壓支架、刮板輸送機之間的合理配套。第三，薄煤層綜采工作面兩端部實現機械化裝煤。第四，薄煤層綜采工作面防刮板輸送機在推移過程中自動上飄問題。第五，小直徑滾筒采煤機在工作面兩端部臥底量不能滿足工藝要求問題。第六，提高工作面自動化、信息化水平，實現減人提效的目的。第七，針對高產開采，職工勞動強度大的問題，研究選擇先進的生產工藝和勞動組織，最大限度地降低工人勞動強度。

1復雜結構薄煤層高效綜采的技術攻關路線

復雜結構薄煤層高效綜采的核心，是研制出能夠對含有硫化鐵硬結核體或硬夾矸的薄煤層直接截割的落煤機械，統籌考慮解決其他相關問題，研制出科學先進的成套技術裝備，設計出與之相配套的科學的生產工藝。為此，本項目應采用如下技術攻關路線：第一，在含硫化鐵硬結核體、硬夾矸薄煤層采取煤巖樣試塊，按測試標準進行煤巖物理力學參數測試。第二，通過建立機械、液壓等領域的薄煤層采煤機截割部及其相關部件剛柔耦合多體系統的虛擬樣機，對采煤機的落煤過程進行模擬仿真，優化采煤機截割部及其相關部件技術參數，研制出具有較強切割硬巖石能力的矮機身薄煤層采煤機。第四，根據工作面地質條件和科學配套的要求，研制出配套的刮板輸送機和液壓支架，形成科學的配套。第五，按自動化、信息化的要求，研究選用先進、實用的自動化、信息化技術。第六，形成適用于1m以下復雜結構薄煤層安全高效綜采成套設備與生產技術工藝。

2主要攻關內容與關鍵技術

以薄煤層機械化、自動化、信息化安全高效開采為目標，主要研究以下內容：第一，圍繞機械截割含硬結核體的薄煤層，研究采煤機工作機構的瞬時負載，并對截割部及其相關部件的結構參數進行優化。第二，圍繞液壓支架的工作阻力和采煤機的合理截深確定，研究薄煤層工作面的礦壓顯現規律。第三，圍繞工作面工作空間狹小問題，研究優化液壓支架、采煤機、刮板輸送機之間的技術參數和配套關系，以及設備布置與巷道布置。第四，圍繞煤層薄、采高小、采煤機滾筒直徑小、采煤機裝煤效果差的問題，研究提高刮板輸送機鏟裝能力和工作面兩端部機械化裝煤效果技術。第五，圍繞薄煤層綜采工作面普遍存在的刮板輸送機在推移過程中自動上飄問題，研究防刮板輸送機上飄的技術。第六，圍繞煤層底板見水膨脹泥化，封底式薄煤層液壓支架推移油缸及連桿在液壓支架底座內襠易被煤巖粉卡塞問題，研究液壓支架抬底技術。第七，圍繞高效開采割煤刀數多，職工勞動強度大，研究采煤機自動分段遙控技術和分組分段綜合作業生產工藝，同時研究應用相應的采煤機自動定位和記憶割煤技術。

3主要技術創新

第一，成功研發了含堅硬夾矸與硫化鐵硬結核體薄煤層的，安全高效綜采成套設備與生產技術工藝。第二，建立了機械、液壓等領域的薄煤層采煤機截割部及其相關部件耦合多體系統的虛擬樣機。對采煤機的落煤過程進行模擬仿真，優化了采煤機截割部及其相關部件技術參數，提高了采煤機截割硬夾矸的定力和截割部工作的可靠性，成功研制了具有較強切割硬巖石能力的矮機身薄煤層采煤機。第三，研制出具有抬底功能的大伸縮比、高支撐效率、封底式薄煤層液壓支架。第四，研制出底置式、防飄、邊中鏈新型薄煤層刮板輸送機，解決了傳統結構帶來的過煤空間狹小、影響出煤及刮板輸送機上飄的技術難題。實現了工作面兩端部機械化高散裝煤，優化了槽高與鏈條直徑、過煤空間之間的關系。第五，研發了采煤機自動分段遙控技術，應用了緊湊型液壓支架電液控制系統，通過無線通信裝置與電液控制系統進行通信，將采煤機位置、速度及有關工況和故障信息傳輸到電波控制系統主機，在1m以下薄煤層實現了采煤機割煤與液壓支架的降、移、升、噴霧及推移刮板輸送機和中部槽調斜的協調聯動。第六，在薄煤層綜采工作面設計應用了分組分段綜合作業方式，減輕了采煤機司機和支架工長距離匍匐爬行對身心健康的損害。

4應用效果

通過應用表明，項目研究成果有效解決了當前薄煤層機械化開采遇到的一系列技術難題，并具有以下特點：第一，產量高、經濟效益好。厚度在1m左右的復雜結構薄煤層，年產量已在80萬t以上的水平，是同類型地質條件炮采工作面的2倍以上，噸煤成本大幅下降。第二，設備性價比高。成套設備投資僅為同類型進口刨煤機及配套設備工作面的40%。第三，設備配套合理。整套裝備技術先進、配套合理、協調、生產能力匹配、生產效率高、安全性能好、質量可靠。第四，成套設備適應性強。成套設備最低采煤高度0.50m，工作面最大鋪設長度可達250m，且采煤機具有較高的破巖能力，能夠適用于含有硬夾矸、結核體、斷層等復雜結構薄煤層。第五，機械化、自動化、信息化水平高。工作面所有生產工序（包括工作面兩端部裝煤）全部實現了機械化工作面自動化，信息化水平較高。第六，生產工藝先進合理。以項目研發的采煤機自動分段遙控技術為基礎，在薄煤層綜采工作面設計應用了分組分段作業方式，大大減輕了薄煤層工作面生產的勞動強度。

研究成果顯著提高了薄煤層，尤其是含硫化鐵硬結核體和硬夾矸薄煤層開采的綜合機械化技術水平，促進了我國薄煤層綜采設備制造水平的提高。目前我國已探明薄煤層可開采儲量達60億t，薄煤層開采量正在逐步加大。因為項目研究的成套設備適應性強，所以“成果有著極為廣闊的推廣應用前景。

參考文獻：

［1］曲天智，蔣金泉.復雜結構薄煤層高效綜采關鍵技術［M］.江蘇:中國礦業大學出版社，2010：43.

［2］樊玉泉，高振偉.薄煤層安全質量標準化創新與實踐［M］.江蘇:中國礦業大學出版社，2011.

［3］袁樹來，張立明.薄煤層高產高效開采技術［M］.北京:煤炭工業出版社，2011.

Discussion on the Complex Structure of Thin Seam Mining Technical Problems

LI Xin-jian
(Qitaihe Longmei Coal Mining Co., Ltd., Longhu Coal Mine, Qitaihe 154600, China)

Abstract:To achieve complex structure of thin seam mining should not only solve the key technical problem of mechanized mining, but also need to solve a range of other technical problems that influence and restrict safe and efficient exploitation of thin seam, which includes research route of efficient fully-mechanized mining technology, the main research content and key technologies. At present, China has proven that the recoverable reserves of thin seam reach to 60 billions, the amount of thin seam mining is gradually increasing, and the study has a very broad application prospect.

Key words:Complex structure; Thin seam; Mining technology; Discussion

作者簡介：李新建（1976-），男，黑龍江勃利人，工程師，主要從事采區采煤技術工作。

收稿日期：2015- 12- 30

中圖分類號：TD421.6+3

文獻標志碼：A

文章編號：1674-8646（2016）03-0062-02