極薄煤層保護層綜合機械化開采技術(shù)的實踐

李耀瑤

（山西陵川崇安關(guān)嶺山煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048300）

1 工程概況

關(guān)嶺山煤礦14#煤層14204 綜采工作面處于礦井三水平，工作面走向長577 m，采長150 m 平均煤厚0.6 m。煤層平均傾角5.5°，變異系數(shù)達39.15%，屬極不穩(wěn)定煤層。區(qū)內(nèi)大斷層7 條，落差為0.5～6.7 m。工作面涌水主要來自頂板砂巖水影響，最大50～60 m3/h。瓦斯絕對涌出量0.63 m3/min，煤塵具有爆炸危險性，自然發(fā)火期為3～6 個月。

關(guān)嶺山煤礦15#煤層為突出煤層，將其上覆的14#煤層作為保護層進行開采，使15#煤層得到卸壓，釋放瓦斯，降低瓦斯壓力，達到防止煤與瓦斯突出的目的，確保15#煤層安全回采。

2 試驗工作面設(shè)備配置及試驗情況

關(guān)嶺山煤礦14#煤層14204 綜采工作面主要設(shè)備配置情況如表1 所示。

表1 14#煤層14204 綜采工作面主要設(shè)備配置一覽表

開采設(shè)備于2017 年12 月11 日在14204 綜采工作面開始安裝，2018 年2 月4 日開始調(diào)試試生產(chǎn)，為安裝模板支架提供空間。2018 年2 月17 日開始安裝充填泵站及管路、充填模板液壓支架，2018 年3 月10 日投入正常的回采工作。

3 極薄煤層保護層綜合機械化開采技術(shù)的實施

3.1 配套設(shè)備能力提升研究

3.1.1 采煤機破巖能力提升技術(shù)的研究

通過關(guān)嶺山煤礦8 個月的現(xiàn)場試驗結(jié)果來看，采煤機裝機功率仍顯不足，集中反映在采煤機破巖能力不夠。雖可以短時間切割f=5 以下的巖石，但長期切割巖石尤其切割f=8 左右的巖石，造成采煤機滾筒損傷嚴重。8 個月內(nèi)更換了3 對滾筒。

針對采煤機問題進行如下改進：裝機總功率由710 kW 增至1120 kW；單搖臂總功率由320 kW 增至500 kW；機面高度由845 mm 提高到1249 mm，以增加整機過煤高度，使得過煤高度由328 mm 增加到476 mm；中部槽寬度由800 mm 增至900 mm，以增加中部槽內(nèi)出煤空間；整機質(zhì)量由30 t增加到60.5 t，以提高設(shè)備整體穩(wěn)定性；由于裝機功率的增大，采煤機滾筒直徑由1250 mm 增加到1600 mm，截深仍為630 mm，均采用凱南麥特原裝特制滾筒，對滾筒葉片及鎬形截齒采用特殊材質(zhì)進行特殊處理。經(jīng)過上述技術(shù)改進，采煤機破巖能力得到較大提升，適應巖石的堅固性系數(shù)得到較大提升，可滿足關(guān)嶺山煤礦14204 綜采工作面極薄煤層保護層開采的需要。

回采期間，采煤機截齒每米平均消耗1.68 個，僅更換過3 次綜機配件，沒有發(fā)生過一起大的機電事故，工作面設(shè)備達到了配套預期的要求。目前工作面具備月推進100 m 的水平。

3.1.2 刮板輸送機和轉(zhuǎn)載機運輸能力提升技術(shù)研究

從14204 綜采工作面試驗的具體情況來看，刮板輸送機的輸送能力不足，尤其是設(shè)備耐磨性不適應現(xiàn)場實際情況的需要。刮板輸送機和轉(zhuǎn)載機中部槽、槽幫磨損嚴重，其中轉(zhuǎn)載機機尾槽和弧形槽幾乎報廢。

針對試驗結(jié)果，對刮板輸送機做以下改進：裝機總功率由800 kW 提高到1050 kW；設(shè)備運力由1000 t/h 提高到1500 t/h；鏈條規(guī)格由Φ34 mm×126 mm 中雙鏈、破斷力1450 kN、Φ34 mm×126 mm接鏈環(huán)提高到Φ42 mm×146 mm 中雙鏈、破斷力2220 kN、Φ42 mm×146 mm 接鏈環(huán)；中板厚度由40 mm 加厚到45 mm；底板厚度由25 mm 加厚到30 mm；中部槽內(nèi)寬度由800 mm 增加到900 mm，并且均做了耐磨處理。

轉(zhuǎn)載機由SZZ-764/200 型提升為SZZ-800/250型，裝機功率由200 kW 提高到250 kW；刮板鏈條由Φ30 mm×108 mm 提高到Φ34 mm×126 mm，鏈條破斷力由1130 kN 提高到1450 kN；中部槽的厚度也分別由40 mm、20 mm 加厚到45 mm、25 mm；中部槽內(nèi)寬度由764 mm 增加到800 mm，并且均做了耐磨處理。

除上述對刮板輸送機和轉(zhuǎn)載機的一系列改進外，對機頭尾架、過渡槽、機頭尾鏈輪等也做了一系列的改進，減少了斷鏈事故的發(fā)生，刮板輸送機過渡槽和轉(zhuǎn)載機弧形槽及中部槽磨損嚴重的情況也得到了改善，完全適應了現(xiàn)場的運輸需求。

3.1.3 配套設(shè)備的安全穩(wěn)定性技術(shù)研究

在極薄煤層保護層綜合機械化開采條件下進行上述采煤機及刮板輸送機改造的同時，就充分考慮了設(shè)備的安全穩(wěn)定性能，在加大采煤機切割功率的同時不可避免的增加整機質(zhì)量，在控制整機高度、確保中心穩(wěn)定的同時增加了刮板輸送機的槽寬，以確保整機的穩(wěn)定性。同時增加采煤機整機質(zhì)量，也是為了縮短采煤機切割巖石時間，避免機器由于受阻跳（晃）動現(xiàn)象的發(fā)生。采煤機滾筒采用截深630 mm 特制滾筒，滾筒葉片加厚，使用耐磨材料及鎬形截齒，采用特殊材質(zhì)進行處理，增加截齒冷卻裝置等，均是為了提高采煤機滾筒切割巖石能力，增加整機穩(wěn)定性。現(xiàn)場工業(yè)性試驗過程充分驗證了一切改進措施都是切實可行的，是符合現(xiàn)場特殊需要的。

3.2 設(shè)計參數(shù)優(yōu)化技術(shù)

14204 綜采工作面試驗過程中，最初工作面采長是238 m，開采過程中刮板輸送機起伏變化較大，運輸阻力增加，造成事故發(fā)生。因此試驗時將工作面采長由238 m 縮短到150 m，減少設(shè)備運行阻力，同時還可以降低每一循環(huán)的時間，加快工作面回采進度，早日使下覆15#煤層得到解放。

另外，為了進行沿空留巷和開展Y 型通風工作，將原工作面風巷（回風巷）改為上進風巷，兼顧采煤工作面出煤、放置設(shè)備列車、進風的工作；將原工作面機巷（進風巷）改造為下進風巷，兼顧軌道運輸、進行沿空留巷、進風的工作，以便使整個極薄煤層保護層開采工作得以有序進行。

上進風巷里段采用錨桿錨網(wǎng)支護，外段擴修采用U 型鋼拱形支護。下進風巷里段采用矩形斷面錨網(wǎng)梁+錨索支護，外段采用36U 型鋼拱形支護。

3.3 極薄煤層條件下綜采工藝技術(shù)

工作面采用走向長壁后退式采煤法、全部垮落法控制頂板的綜合機械化采煤工藝。工藝流程為割煤斗移架一推刮板輸送機（完成4 ～6 循環(huán)后）→留巷巷幫充填。

（1）落煤。使用MG500/1120-3.3AWD 型交流變頻電牽引雙滾筒可調(diào)高采煤機雙向割煤，截深0.6 m。采煤機進刀方式為端部斜切進刀，不留三角煤。采煤機進刀方式如圖2 所示。

圖2 采煤機進刀方式圖

（2）裝煤。采用采煤機滾筒及工作面刮板輸送機鏟板裝煤。

（3）運煤。工作面采用SGZ-960/1050 型刮板輸送機、上進風巷采用SZZ-800/250 型轉(zhuǎn)載機運煤。

4 實踐效果分析

14#煤層14204 綜采工作面自2018 年2 月4 日開始試生產(chǎn)，截至2018 年9 月30 日，工作面平均回采推進356.05 m。其中上進風巷回采推進354.9 m，下進風巷回采推進357.2 m，且4、5、6 三個月回采進度均超過60 m，最高為6 月份推進68 m，達到試驗技術(shù)指標要求。

采煤機切割能力得以提升，滾筒截齒損耗得到大幅度降低；刮板輸送機和轉(zhuǎn)載機的輸送能力得到提高，沒有發(fā)生“壓死”刮板輸送機和轉(zhuǎn)載機及鏈條拉斷的現(xiàn)象；液壓支架性能穩(wěn)定，達到現(xiàn)場支護要求，電液控制閥組穩(wěn)定，操作方便、快捷。在近八個月的工業(yè)性試驗期中，保護層開采工作面推進達356.05 m，按照工作面采高1.8 m、煤層厚0.6 m計算，切割巖石量128 200 t，切割煤量41 000 t。在整個試驗期內(nèi)設(shè)備沒有發(fā)生過影響生產(chǎn)的重大事故，完好率保持在90%以上，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。