大傾角薄煤層綜合機械化開采技術的應用

胡 盼

（陽煤集團平舒煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 030600）

引言

某礦屬于高瓦斯礦井，設計采煤層總厚度7.26～7.91 m，煤層傾角18°～42°。鑒于煤礦煤層存在煤與瓦斯突出危險，礦井先對3號煤層作為保護層開采。3號煤層平均厚度0.86 m，傾角20.4°，屬于大傾角薄煤層，其開采程度對煤礦其他煤層的開采和利用具有重要意義。為保障資源的高效開采利用，某機械公司經(jīng)過不斷試驗和改進，最終研制出適用于大傾角薄煤層的“三機”配套設備，并成功在某礦3號煤層2502工作面進行應用，實現(xiàn)了大傾角薄煤層的高效綜合開采。

1 三機設備

1.1 采煤機

2502工作面屬于大傾角薄煤層，其傾角和煤層厚度變化較大，且經(jīng)常出現(xiàn)斷層情況，地質(zhì)條件非常復雜，當采煤機工作時經(jīng)常會遇到地質(zhì)條件變化區(qū)域，所以采煤機機組必須具有功率大、過煤量大、割煤效率高及機組高度低等性能，且具備切割巖石的能力。目前，采煤機功率大的整機體積過大，不適于薄煤層開采，而體積高度小的又性能不足，開采復雜地形條件極易損壞。因此，為了降低當前采煤機的高度并提高其截割性能，本采煤機設計改變傳統(tǒng)應用的刨煤機采、單滾筒或螺旋鉆采等機型，設計為對稱型雙滾筒（采煤機整體結(jié)構示意圖如圖1），在工作面上自開缺口后即可實現(xiàn)兩個方向同時割煤。同時，結(jié)合現(xiàn)有騎刮板輸送機及爬底板等機型的優(yōu)點，創(chuàng)新性的設計出刮板鏈輸送機機身懸臂布置、變頻器非機載設置，將截割電機設置在截割臂上，有效降低了機身高度并加大了過煤空間，同時采煤機機身的長度也有所減小，可以更加適應工作面彎曲、大傾角和厚薄變化等一系列復雜的地質(zhì)條件變化[1]。為解決在大傾角條件下采煤的防滑問題以及各結(jié)構難以潤滑的情況，采煤機兩端設置液壓防倒滑制動器并在機身不同機構采用分腔潤滑。采煤機主要技術參數(shù)如表1。

圖1 采煤機整體機構示意圖

表1 采煤機技術參數(shù)表

1.2 液壓支架

某礦煤層頂板脆弱易碎，整體完整性差，容易變形膨脹[2]。大部采區(qū)煤層的厚度只有0.4～1.1 m，采空區(qū)容易充滿開采垮落矸石。因工作面頂板壓力小，礦壓顯現(xiàn)不明顯，故液壓支架采用掩護型結(jié)構，同時把支架頂梁結(jié)構由箱式改為板式，增加了支架內(nèi)部的過機高度同時大大減小了頂梁厚度。此外，在頂梁前方設置可伸縮擋矸石板阻擋架前飛矸；相鄰底座上布置可伸縮擋矸石板阻止架間矸石飛撞；支架的底座上安裝液壓千斤頂阻止輸送機倒滑；支架頂梁加設調(diào)架梁，底座側(cè)方設置側(cè)護板，防止支架側(cè)滑、傾倒，為大傾角薄煤層的復雜條件開采提供了技術支持和安全保障（液壓支架整體結(jié)構示意圖如圖2）。液壓支架的主要技術參數(shù)如表2。

圖2 液壓支架整體機構示意圖

表2 液壓支架技術參數(shù)表

1.3 刮板輸送機

采煤機動力結(jié)構為內(nèi)牽引，因此為了防止采煤機倒滑，使用大節(jié)距運輸機的雙鏈及銷排構造，提高其行進能力和防滑性能[3]；此外，刮板輸送機的邊幫高度比傳統(tǒng)型的減小15 mm，寬度增加50 mm，且將機頭和機尾傳動改變?yōu)殡p驅(qū)傳動，鏈輪中心和驅(qū)動垂直設置在機風兩巷，在降低采煤機機身高度的同時不影響刮板輸送機的運輸能力，保障了采煤機可以順利截割機頭機尾處煤壁（刮板輸送機整體結(jié)構示意圖如圖3）。研制的雙鏈雙驅(qū)刮板輸送機的技術參數(shù)如表3。

圖3 刮板輸送機整體結(jié)構示意圖

2 回采工藝

某礦2502大傾角薄煤層試驗工作面使用走向長壁開采，分段垮落法對采空區(qū)進行管理。回采工作面采用懸臂雙筒采煤機自開缺口進行雙向割煤，循環(huán)進度約0.7 m；使用空間限位技術進行強制裝煤，同時采煤機的截割滾筒布置位置由側(cè)面改為端面，滾筒后設置犁煤結(jié)構。輸送機、采煤機、頂?shù)装搴兔罕谕瑫r作用，限制落煤必須向輸送機方向運動與內(nèi)旋滾筒匹配完成裝載，大幅提高了裝煤效率。

表3 刮板運輸機技術參數(shù)表

3 工業(yè)試驗

2502試驗采煤工作面于2016年9月進行正式投產(chǎn)試驗，9—12月工作面的產(chǎn)量分別達到1.66萬t、2.05萬 t、2.55萬 t、2.36萬 t。在試驗期間工作面安全推進610m，累計產(chǎn)煤量達17.1萬t。工作面平均月產(chǎn)煤量2萬t，最大月產(chǎn)量達2.55萬t，根據(jù)現(xiàn)場工人反饋及專家分析，若工作面不受地質(zhì)改造影響，采煤月產(chǎn)量可穩(wěn)步在3萬t以上。

在試驗過程中，工作面經(jīng)常遇到斷層、急坡、巖巷等復雜地質(zhì)條件，安全狀況較差，但從未發(fā)生較為嚴重的設備故障或重傷以上的事故。使用期間采煤機整機運行狀況良好，未產(chǎn)生動力不足或傾倒滑落等情況；新型液壓支架有效滿足大傾角薄煤層的采掘要求，支護、防砸、防滑及防倒等性能均滿足使用要求；刮板輸送機運輸能力強，運輸量大，適應煤層傾角及厚薄變化。

4 結(jié)論

1）設計的三機配套設備組合運行可以實現(xiàn)對傾角小于50°、煤層厚度低于1 m的大傾角薄煤層進行綜合化機械安全高效開采。

2）創(chuàng)新性的對懸臂式采煤機進行改造設計，使其擁有較大過煤空間的同時機身高度也大幅降低，同時縮短了機身長度，使其能更好的適應薄煤層開采；對潤滑系統(tǒng)進行分腔潤滑改造，保障了各級減速機構在工作時得到良好潤滑；設計出空間限位裝煤法，使落煤可以朝限定皮帶輸送機方向移動，提高裝煤效率兩倍以上。

3）液壓支架創(chuàng)新性的將平板式頂梁結(jié)構和防倒防滑、防飛矸石等結(jié)構組合，使其在滿足支護要求的同時，為高效開采提供了保障。