薄煤層綜采成套設備開采技術的應用

陜永明

（山西煤炭運銷集團陽城西河煤業有限公司， 山西 陽城 048100）

引言

某礦井自從20 世紀90 年代開始，就進行了薄煤層的開采，并在開采過程中積累了許多經驗，不僅采用了綜合機械化開采技術，而且采用了配套的開采設備，比如MG200/450-WD 型采煤機。該采煤機的產煤量非常高，在實際應用過程中得到了廣泛的應用。該礦之所以能取得這么高的收益是因為采用的機械設備配套且完善，采煤工藝先進，因此本文就從該礦工作面設備的選型以及性能特征出發，對配套設備的結構以及適用條件進行了分析，以為其他礦井在進行同類型煤層的開采時提供經驗以及參考[1-2]。

1 工作面概況

所進行研究的工作面煤層賦存條件較好，煤層厚度大約在1.35 m，煤層傾斜角度不大，最大的煤層傾角為12°，最小的為3°，平均傾斜角度為7.5°。對于煤層頂底板情況來說，其直接頂主要由灰色細砂巖組成，老頂則由灰色粉細砂巖組成，并且該礦井為瓦斯礦井，工作面的相對瓦斯涌出量為3.2 m3/min，具有爆炸危險性，煤炭的自然發火期為6～12 個月，總的來說，該工作面的煤質較高，屬于優質煤[3-4]。而對于工作面布置情況來說，其走向長度為1 500 m，工作面長度為160 m，在回采過程中，需要設置多個煤柱來對頂板以及工作面圍巖進行控制，以加強工作面的穩定性。

2 綜采工作面三機配套

2.1 采煤機

2.1.1 選型

由于薄煤層開采的煤層厚度較薄，受開采高度的限制，采煤機必須選擇矮機身；同時由于薄煤層賦存條件經常會發生變化，所以采煤機在進行割煤時，常常會截割矸石，而由于矸石硬度較大，給截割頭所帶來的損傷也比較大，受到的沖擊、振動以及摩擦會更加頻繁以及劇烈，因此所選采煤機的強度和截割頭的功率要高；其次當工作面高低不平、易起伏時，所選擇的采煤機必須能夠適應配套設備的最低工作高度；最后一個需要考慮的問題則是裝煤效果的問題，一般來說，適應薄煤層開采的采煤機其滾筒直徑較小，因此裝煤效果較差，所以選擇的采煤機必須擁有較高的裝煤效率。基于以上原則，應該選擇MG200/450-WD 型采煤機，該采煤機的技術參數如表1 所示。而隨著采煤工作的進行，又采用了MG2×100/456-WD 以及MG2×125/560-WD 型采煤機，使機身高度更低，裝機功率更大，產煤量更高。

表1 MG200/450-WD 型采煤機技術參數

2.1.2 技術改造

由于該工作面的部分區域含有黃鐵礦，所以在該區域應該對滾筒進行優化及改進，在減小滾筒直徑的同時增加截齒的數量，使截割頭的強度以及功率增大，降低采煤機發生故障的可能性；其次要對采煤機的各個環節有一個深刻的認識，一旦發現采煤機某部分比較薄弱，就應該提前下井對其進行加固作業；同時對采煤機滾筒進行改造，提高裝煤能力[5-6]。

2.2 輸送機

2.2.1 選型

薄煤層工作面在進行運輸機的選型時，所需要遵循的原則有：第一，由于工作面采高的限制，其運輸機的中部槽的高度不能過大；第二，要增大運輸機的寬度以和采煤機進行更好的匹配，使運輸機在縱向上的重心線與采煤機的重心線在同一條直線上；第三，要適應采煤機過煤高度，不能過高，也不能過低。因此從以上原則出發，選擇使用SGZ764/400 型運輸機，以提高運輸機的輸送能力，達到高產高效的目的。

2.2.2 技術改造

為了提高運輸機自身的強度，采用了E 型中部槽型鋼，減小了中部槽型鋼的磨損，延長了中部槽型鋼的使用壽命；其次將機頭的高度以及機尾過渡槽的高度減小，以改善采煤機截割的條件；同時在進行中部槽焊接時，使用了大面積耐磨花紋堆焊工藝，以增強中部槽的焊接強度。

2.3 液壓支架

2.3.1 選型

在進行工作面的開采時，要想保證采煤作業的安全進行，就必須重視工作面的支護設計以及液壓支架的選型，所選擇的液壓支架必須具有足夠大的初撐力以及工作阻力，可以很好地實現對工作面圍巖的控制，增強圍巖的穩定性，減少煤層頂板的下沉量，在一定程度上確保機械設備的運行高度以及作業空間；同時液壓支架的頂梁必須是一個整體，不能分開單獨進行支護，且支架的長度應該盡可能地長，厚度應該盡量地小，從而增加支架的支護空間；除此以外，支架的質量必須足夠好，硬度以及強度必須足夠大，并且設置支架操縱閥，使工作人員可以對支架進行手動控制，為行人空間提供便利。基于以上選型原則，所選擇的液壓支架型號為ZYB4400/8.5/1.8型，其液壓支架的主要參數情況如表2 所示。

表2 液壓支架主要技術參數

2.3.2 技術改造

考慮到所選擇的液壓支架形式，應該采用大流量的液壓元件，以增強液壓支架的響應速度，并在進行液壓支護設計時，對液壓系統進行合理布置，優化液壓支架的結構，從而增加人機空間，方便采煤等相關作業的進行，并且提高液壓支架的支護強度以增強支架的穩定性。

3 采煤工藝

3.1 截深的選擇

影響采煤機截深的因素有很多，比如采煤機的功率、開采煤層的地質條件、煤層的厚度和開采高度、液壓支架的支護形式等，這些因素都會對截深造成不同程度的影響，綜合考慮這些因素的共同作用后，可以確定在對該工作面進行回采時，其采煤機的截深為0.8 m。但是當煤層的頂板節理裂隙發育程度較高，或者煤壁嚴重片幫時，應該采用超前擦頂的方式來對采煤機進行拉架，從而提高工作面向前推進的速度，增加工作面的產煤量。

3.2 支護以及移架方式

在對工作面進行支護時，液壓支架所選擇的支護方式是及時支護，且在正常回采過程中，選用追機移架的方式來移動液壓支架。在進行回采作業時，首先使用采煤機進行割煤，其次移動液壓支架，及時對工作面進行支護，最后推移運輸機，對采煤工作面的煤炭進行運輸。當工作面的頂板在圍巖應力的作用下發生破碎時，應該采取超前擦頂移架的方式，它與追機移架方式的不同就在于，該方式是首先移動液壓支架，其次再進行割煤作業。同時需要注意的是，不管采用哪種移架的方式，其液壓支架的移動速度必須要與采煤機的牽引速度相一致。

3.3 采煤機進刀方式

在對工作面進行割煤時，采用的是端部斜切進刀割三角煤的方式，其進刀的長度在25～30 m 之間，往返割兩刀，其中采煤機前部的滾筒截割的是工作面頂板上的煤，而后部的滾筒截割的是底板上的煤。

4 工作面工序匹配的保障措施

為了更好地進行采煤作業，需要對井下的情況進行實時監控，并保證井下與井上的通信正常，因此選擇了TK-200 通信控制系統，以增強工作面的管理，降低機械設備發生故障的概率，同時有利于井上工作人員對井下進行生產指揮。

5 應用效果

在將該套薄煤層綜采設備應用于礦井后可知，該礦的產煤量大大提高，一共采出煤炭600 余萬t，并且單月產量也大大提高，曾有一個月的產量創下了全國薄煤層開采月產最高紀錄，截止到目前為止，已經多次刷新了同等條件下薄煤層開采全國日產最高紀錄，取得了非常喜人的成績，不僅實現了煤礦的高效生產，還提高了煤礦生產的安全性。

6 結論

采用該套綜采設備進行開采，不僅解決了薄煤層開采難度大的問題，還大大提高了礦井的生產效率，實現了煤礦的安全高效生產，并且減少了煤炭資源的浪費，實現了薄煤層的大規模機械化開采，為我國煤礦在進行同等條件下的薄煤層開采提供了可借鑒的設備選型設計以及方法參考。