薄煤層綜采工藝分析及其適應(yīng)性研究

侯京平

（山西西山白家莊礦業(yè)有限責(zé)任公司， 山西　太原　030022）

1　國內(nèi)薄煤層賦存情況及開采現(xiàn)狀

據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，在國內(nèi)70多個大小礦區(qū)中，有近450個礦井賦存著大約700層左右的薄煤層，其中已探明的可采儲量近60億t，占到了國內(nèi)煤炭可采儲量的近1/5，而在這些薄煤層中以0.8～1.3 m的薄煤層居多，占到了86%左右，剩余的14%為厚度低于0.8 m的煤層。

我國中厚煤層開采技術(shù)、厚煤層開采技術(shù)以及特厚煤層開采技術(shù)發(fā)展較快，開采技術(shù)也越來越成熟，而薄煤層開采技術(shù)發(fā)展速度相對較慢。這主要是由于開采薄煤層取得的經(jīng)濟(jì)效益相對較低，致使很多礦井一般都會優(yōu)先考慮開采中厚煤層及厚煤層，擱置薄煤層，部分礦井甚至干脆丟棄薄煤層。然而經(jīng)長期開采，很多礦井已幾乎沒有易采的中厚煤層，正常生產(chǎn)遭遇瓶頸，于是逐步開始重視發(fā)展薄煤層綜采技術(shù)[1]。

2　薄煤層滾筒采煤機(jī)綜采及其適應(yīng)性

采用滾筒采煤機(jī)割薄煤層，其實(shí)際割煤作業(yè)與中厚煤層割煤作業(yè)大致相似，通常采用端部進(jìn)刀方式，用割煤機(jī)的前滾筒來割頂煤，底煤用后滾筒來割，裝煤可通過讓滾筒的螺旋葉片與鏟煤板相互配合來完成，在割煤作業(yè)中，應(yīng)采用往復(fù)式割煤，不留任何三角煤，對于頂板的管理可選用全部垮落法，另外對于頂板的支護(hù)應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，若直接頂狀況良好且具有較好的穩(wěn)定性時，可采用滯后支護(hù)，若直接頂較破碎且不穩(wěn)定時，應(yīng)優(yōu)先選用及時支護(hù)。

對于采高大于0.8 m，煤層傾角小于25°，且不存在較大斷層與褶曲構(gòu)造的薄煤層較適合采用薄煤層滾筒采煤機(jī)進(jìn)行綜采。薄煤層滾筒采煤機(jī)與刨煤機(jī)相比，其能更好地適應(yīng)煤層厚度變化情況、頂?shù)装迤鸱闆r以及煤層存在夾矸，硬煤情況等，能更好地適應(yīng)煤層賦存地質(zhì)條件，具有較高的過斷層能力、破煤能力，較高的機(jī)械化水平，能更好地管理頂板，降低安全隱患，可快速推進(jìn)工作面，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效，但是可采的最小采高受限，很難解決“小機(jī)身、大功率”問題[2]。

3　薄煤層刨煤機(jī)綜采及其適應(yīng)性

刨煤機(jī)在進(jìn)行刨煤作業(yè)時，工作面兩端頭裝設(shè)的刨頭驅(qū)動裝置，會控制刨煤機(jī)刨鏈帶動刨頭工作，刨刀會按指定的刨削深度進(jìn)行刨煤作業(yè)，實(shí)際刨落的煤炭資源會途徑刨頭犁形斜面最終流入輸送機(jī)，然后再由輸送機(jī)從工作面運(yùn)出。刨刀在刨煤時，其具體進(jìn)刀方式可細(xì)分為人工開切口進(jìn)刀與斜切進(jìn)刀；人工開切口進(jìn)刀作業(yè)主要是刨煤機(jī)由上切口運(yùn)行至下切口來實(shí)施刨煤作業(yè)，在此過程中刨頭通過后液壓支架對輸送機(jī)槽與移架進(jìn)行推移，當(dāng)刨頭運(yùn)行至機(jī)尾后再進(jìn)行反方向刨煤，這樣反復(fù)循環(huán)多次可實(shí)現(xiàn)連續(xù)刨煤、運(yùn)煤作業(yè)。對于斜切進(jìn)刀刨煤作業(yè)，主要為刨煤機(jī)由機(jī)頭逐步移向機(jī)尾上行來實(shí)施刨煤，在此過程中刨頭通過后液壓支架依據(jù)下行刨深來對輸送機(jī)槽進(jìn)行推移，當(dāng)刨頭到達(dá)機(jī)尾后并反向下行至輸送機(jī)彎曲段時，然后再逐漸斜切入煤壁，液壓支架會依據(jù)上行刨深來對輸送機(jī)槽進(jìn)行推移，一個完整的采煤循環(huán)為工作面與端頭各液支架都動作一次。

對于煤層厚度變化不大，賦存條件良好，傾角小于25°，不存在較大斷層以及陷落柱，不粘頂，頂?shù)装宀淮嬖谳^大起伏，頂板沒有淋水，具有較強(qiáng)可刨性的煤層較適合采用刨煤機(jī)綜采。

應(yīng)用刨煤機(jī)綜采薄煤層主要有下列優(yōu)點(diǎn)：第一，便于開采薄煤層，日常維護(hù)也較容易；第二，選用靜力來刨煤、裝煤，可采出更多塊煤，產(chǎn)生的煤粉少，且不易混入外在灰粉，有助提高煤質(zhì)，獲得高售價，同時可降低煤粉治理成本；第三，耗能少，振動小。進(jìn)行割煤作業(yè)后，頂板暴露面積小、時間短，頂板易維護(hù)管理；可均勻釋放瓦斯，因此高瓦斯礦井可應(yīng)用刨煤機(jī)刨煤；第四，全自動化刨煤機(jī)配備電液控制系統(tǒng)的液壓支架后，可把傳統(tǒng)的定壓推進(jìn)轉(zhuǎn)換為定量推進(jìn)，這樣可確保按固定刨深邊刨煤邊推進(jìn)，可達(dá)到連續(xù)循環(huán)作業(yè)，能充分利用工作時間，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效；第五，在回采巷道內(nèi)布設(shè)操作系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)，可改善工人作業(yè)環(huán)境，減輕工人勞動強(qiáng)度，減少勞動事故，降低勞動成本，且更易生產(chǎn)管理。刨煤機(jī)采煤法的缺點(diǎn)是：第一，所用刨煤機(jī)各鑄件通常較單一，外形較復(fù)雜，且高精度，高自動化，這就對相關(guān)操作人員的操作技能提出了更高要求；第二，對待開采工作面具有較高的地質(zhì)條件要求，與滾筒采煤機(jī)相比，適應(yīng)性較差，無法對刨頭高度進(jìn)行隨時調(diào)整，易發(fā)生“飄刀”現(xiàn)象或“啃底”現(xiàn)象[3]。

4　螺旋鉆綜采及其適應(yīng)性

用螺旋鉆機(jī)來開采薄煤層時，通常我們會選用獨(dú)頭掘進(jìn)，只需對一條回采巷道進(jìn)行掘進(jìn)便可對其兩側(cè)煤層進(jìn)行鉆采，可實(shí)現(xiàn)無人工作面獨(dú)頭采煤。具體開采方式主要有兩種：第一種，采用前進(jìn)式對回采巷道上幫煤進(jìn)行鉆采，讓掘進(jìn)與鉆采實(shí)現(xiàn)平行施工，前面掘進(jìn)后邊螺旋鉆機(jī)緊接著采煤，當(dāng)?shù)竭_(dá)停采處后，開始調(diào)頭采用后退式對回采巷道下幫煤層進(jìn)行鉆采，與此同時可逐步回撤巷道支架；第二種，采用前進(jìn)式來鉆采下幫，讓前面掘進(jìn)鉆機(jī)滯后一段距離采煤，采用此種方式可把掘進(jìn)時產(chǎn)生的大多數(shù)矸石充填至下幫鉆孔，讓掘進(jìn)矸石不上井實(shí)現(xiàn)綠色開采。

螺旋鉆綜采的薄煤層，最好應(yīng)走向穩(wěn)定，傾角應(yīng)小于15°，厚度最好在0.4～0.8 m之間，自燃性小，具有穩(wěn)定圍巖，且不存在煤與瓦斯突出危險。螺旋鉆綜采也有較廣泛的應(yīng)用范圍，如可開采松軟煤層、保護(hù)層，同時也可開采邊角煤以及三下壓煤等。

螺旋鉆綜采也具有很多優(yōu)點(diǎn)，如回采工藝簡單，且螺旋鉆機(jī)可把鉆孔內(nèi)的破煤工序、裝煤工序以及掏煤工序都全部完成，這樣可使傳統(tǒng)多元開采模式逐步發(fā)展為單一模式；在不用輸送機(jī)設(shè)備、支架設(shè)備等的情況下就可進(jìn)行鉆孔采煤，可大幅降低薄煤層綜采投資成本；在平巷中作業(yè)人員便可完成各種操作，實(shí)際機(jī)械化程度相對較高，工人勞動強(qiáng)度低，可以更好地防治各類頂板事故等。但這種采煤法也存在一定缺陷，如在工作中需花費(fèi)很長時間來接長與縮短鉆桿，同時處理礦井矸石，會進(jìn)一步增大實(shí)際采煤成本，若未能科學(xué)、合理地處理矸石填充體的接頂問題，當(dāng)應(yīng)用面積較大時，發(fā)生頂板冒落后易形成地表沉降；在鉆孔間留設(shè)煤柱可能會影響煤炭實(shí)際采出率[4]。

5　結(jié)語

隨著各礦井開采年限的增加，礦井煤炭資源量不斷減少，而煤炭資源屬于一種非可再生資源，未來會變得日益緊缺。為此，必須充分保護(hù)好、利用好現(xiàn)有煤炭資源。通過研究薄煤層綜采工藝及各種工藝的適應(yīng)性，有助于科學(xué)、合理地選取薄煤層綜采工藝，充分利用好各種煤炭資源，有效延長礦井生產(chǎn)年限，使我國煤礦開采事業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

[1]黃銳，邱亮亮，劉寧寧.我國薄煤層開采及刨煤機(jī)采煤技術(shù)的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2012（28）：3-5.

[2]霍丙杰，張宏偉，張茂林.采空區(qū)下薄煤層螺旋鉆機(jī)采煤技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013（8）：8-11.

[3]敬毅，邱亮亮，劉寧寧.關(guān)于薄煤層開采的現(xiàn)行經(jīng)驗(yàn)及其發(fā)展問題的探索[J].山東煤炭科技，2009（2）：178-179.

[4]劉振華，杜長龍，劉送永.MZ型鉆機(jī)式采煤機(jī)在薄煤層開采中的應(yīng)用分析和發(fā)展探討[J].煤礦機(jī)械，2015（29）：1-3.