薄煤層綜采工藝分析及其適應性研究

張連鵬 張博

【摘要】：在介紹當前國內薄煤層賦存情況及開采現狀的基礎上，研究了滾筒采煤機綜采、刨煤機綜采以及螺旋鉆綜采等幾種常用的薄煤層綜采工藝，并結合生產實踐分析了它們各自的適應性與應用優缺點，為薄煤層綜采工藝的選擇提供參考。

【關鍵字】：薄煤層? 綜采工藝 適應性

一、國內薄煤層賦存情況及開采現狀

據有關部門統計，在國內70 多個大小礦區中，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、厚煤層開采技術以及特厚煤層開采技術發展較快，開采技術也越來越成熟，而薄煤層開采技術發展速度相對較慢。這主要是由于開采薄煤層取得的經濟效益相對較低，致使很多礦井一般都會優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。然而經長期開采，很多礦井已幾乎沒有易采的中厚煤層，正常生產遭遇瓶頸，于是逐步開始重視發展薄煤層綜。

二、薄煤層滾筒采煤機綜采及其適應性

采用滾筒采煤機割薄煤層，其實際割煤作業與中厚煤層割煤作業大致相似，通常采用端部進刀方式，用割煤機的前滾筒來割頂煤，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，在割煤作業中，應采用往復式割煤，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應依據實際情況進行科學合理的選擇，若直接頂狀況良好且具有較好的穩定性時，可采用滯后支護，若直接頂較破碎且不穩定時，應優先選用及時支護。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造的薄煤層較適合采用薄煤層滾筒采煤機進行綜采。

薄煤層滾筒采煤機與刨煤機相比，其能更好地適應煤層厚度變化情況、頂底板起伏情況以及煤層存在夾矸，硬煤情況等，能更好地適應煤層賦存地質條件，具有較高的過斷層能力、破煤能力，較高的機械化水平，能更好地管理頂板，降低安全隱患，可快速推進工作面，實現高產、高效，但是可采的最小采高受限，很難解決“小機身、大功率”問題。

三、薄煤層刨煤機綜采及其適應性

刨煤機在進行刨煤作業時，工作面兩端頭裝設的刨頭驅動裝置，會控制刨煤機刨鏈帶動刨頭工作，刨刀會按指定的刨削深度進行刨煤作業，實際刨落的煤炭資源會途徑刨頭犁形斜面最終流入輸送機，然后再由輸送機從工作面運出。

刨刀在刨煤時，其具體進刀方式可細分為人工開切口進刀與斜切進刀;人工開切口進刀作業主要是刨煤機由上切口運行至下切口來實施刨煤作業，在此過程中刨頭通過后液壓支架對輸送機槽與移架進行推移，當刨頭運行至機尾后再進行反方向刨煤，這樣反復循環多次可實現連續刨煤、運煤作業。

對于斜切進刀刨煤作業，主要為刨煤機由機頭逐步移向機尾上行來實施刨煤，在此過程中刨頭通過后液壓支架依據下行刨深來對輸送機槽進行推移，當刨頭到達機尾后并反向下行至輸送機彎曲段時，然后再逐漸斜切入煤壁，液壓支架會依據上行刨深來對輸送機槽進行推移，一個完整的采煤循環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，頂底板不存在較大起伏，頂板沒有淋水，具有較強可刨性的煤層較適合采用刨煤機綜采。

應用刨煤機綜采薄煤層主要有下列優點：第一，便于開采薄煤層，日常維護也較容易;第二，選用靜力來刨煤、裝煤，可采出更多塊煤，產生的煤粉少，且不易混入外在灰粉，有助提高煤質，獲得高售價，同時可降低煤粉治理成本;第三，耗能少，振動小。進行割煤作業后，頂板暴露面積小、時間短，頂板易維護管理;可均勻釋放瓦斯，因此高瓦斯礦井可應用刨煤機刨煤;第四，全自動化刨煤機配備電液控制系統的液壓支架后，可把傳統的定壓推進轉換為定量推進，這樣可確保按固定刨深邊刨煤邊推進，可達到連續循環作業，能充分利用工作時間，實現高產、高效;第五，在回采巷道內布設操作系統與監控系統，可改善工人作業環境，減輕工人勞動強度，減少勞動事故，降低勞動成本，且更易生產管理。

刨煤機采煤法的缺點是：第一，所用刨煤機各鑄件通常較單一，外形較復雜，且高精度，高自動化，這就對相關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條件要求，與滾筒采煤機相比，適應性較差，無法對刨頭高度進行隨時調整，易發生“飄刀”現象或“啃底”現象。

三、薄煤層綜采工藝適應性的綜合評價

目前，我國對薄煤層的開采大多采用炮采工藝。用于薄煤層開采的機械化裝備配套技術，在國內還不太成熟，特別是當薄煤層埋藏比較深， 地質條件比較復雜時，開采薄煤層的經濟效益低， 嚴重地制約著我國薄煤層煤炭的開采。只要解決薄煤層綜采設備配套及回采工藝方面技術難點，薄煤層綜合機械化回采將對老礦區的穩定發展起到至關重要的作用。但大量的生產實踐表明，綜采經濟效益好壞，主要取決于煤層地質條件。當工藝系統一定時，不同的煤層條件，就會獲得不同的技術經濟效果。為此有必要提出薄煤層綜采工藝地質條件適應性的地質條件綜合評價。

1、薄煤層綜采工藝地質影響因素分析

若應用薄煤層綜采技術，要進行詳盡、必要的地質影響因素的可行性論證。薄煤層綜采受很多因素的影響，主要因素如圖 1所示：

在圖 1的評價因素3層次結構中，復合因素是母節點，基因素是子節點，評價的順序是由基因素到復合因素、由低層次到高層次逐層進行，因而對于基因素的選擇和評價是首要的。

四、評價因素結構

1、評價指標因素的量化分析

煤層地質條件開采工藝性評價是一多層次多因素的綜合評價，綜合評價的價值基礎是因素的度量規范，多因素間必須在價值上約定一具有可比性的尺度，而且構造因素隸屬函數是建立模糊綜合評價模型的基礎。該評價的隸屬函數是由有多年薄煤層綜采經驗的現場技術人員、管理人員、工程師經過培訓后，采用統計類比法結合薄煤層綜采礦井實際條件構造的。

2、評價因素權重分析

該評價的權重也是由薄煤層綜采礦井礦有薄煤層綜采經驗的現場技術人員、管理人員、工程師經過培訓后，采用層次分析法 （AHP） 結合薄煤層綜采實際條件來構造判斷矩陣。

四、結束語：

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，必須充分保護好、利用好現有煤炭資源。

【參考文獻】：

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[2] 黃銳，邱亮亮，劉寧寧.我國薄煤層開采及刨煤機采煤技術的應用[J].煤炭技術，2012（28）：3- 5.

[3] 王朝陽， 焦承堯， 王新瑩， 等. 薄 煤層 綜合 機械 化開采 工藝及配套設備的研究 [J]. 煤炭科學技術， 2005 （ 1）.