螺旋鉆機采煤工藝在開采中的應用與研究

羅浩華

（同煤集團晉華宮礦普掘三隊，山西 大同037000）

現階段，對薄煤層開采的工藝仍然是要通過使用大功率的機組來實現，在進行回采時回采的煤質較差，采煤機的截齒消耗比較高，電力消耗也比較大，而且開采的效率比較低，整體經濟指標也達不到相關要求[1]，為了提高煤炭資源的回收率，解決對0.9 m左右薄煤層開采難的問題，研究有針對性的采煤工藝，采用螺旋鉆采煤機來開采薄煤層，實現機械化開采煤層，滿足生產要求。

1 礦井概況

同煤集團某煤礦工作面的煤層厚度為0.42～0.81 m，平均煤層厚度0.65 m，煤層傾角為18°，煤層節理發育，直接頂煤層厚度為7.4 m，多是細砂巖或灰色粉砂巖，容易破碎出現冒落，基本頂煤層厚度為8.2 m，多是灰色粉砂巖，直接底煤層厚度為4.5 m，多是細砂巖，黏土呈膠結狀態，老底煤層厚度為9.0 m，多是砂質頁巖，泥質膠結[2]。工作面的富水性不強，局部有少量積水，煤層底板距離奧灰含水層的高度為190 m，回采時不受頂、底板水的影響，斷層也不導水，在進行鉆采的過程中受水害的影響小。

2 螺旋鉆機組成及工作原理

螺旋鉆機機組由主機、鉆頭、鉆機動力裝置、通風系統、輸送機等裝置組成，其組成結構如圖1所示[3]。

螺旋鉆采煤機是通過在巷道內布置1臺或多臺螺旋鉆機，工作人員不進入開采工作面，通過操作螺旋鉆機對巷道上下幫煤層進行開采，完成進鉆和退鉆。在鉆孔中實施鉆采時，鉆桿組件在兩個獨立的動力裝置帶動下旋轉，使鉆頭縱向向前推進，通過鉆頭上的截齒來進行割煤，在鉆桿的旋轉下，沿著煤層傾斜的方向在上下幫進行打鉆，原煤通過鉆孔被掏出落在鉆孔旁邊的刮板輸送機上，刮板輸送機與膠帶輸送機相連接，將開采的煤炭通過膠帶輸送機運送到采區的煤倉，采用螺旋鉆機的采煤工藝更簡便、更高效。

圖1 螺旋鉆機的結構組成

3 螺旋鉆機的采煤工藝

3.1 開采方法

將螺旋鉆采煤機布置在開采巷道的順槽內，鉆進時沿著煤層傾斜的方向進行，在巷道內安裝1臺鉆機，在小于15°方向向前鉆進上幫，然后在小于15°方向鉆機下幫，同時將巷道支架撤回，在采用前進式方法采煤時，可以隨時沿著掘進巷道進行鉆采，先對煤層的下幫進行鉆采，將掘進時起底破頂出的矸石充填在下幫的鉆孔中，確保矸石不上井，提高所采煤的質量；在采用后退式方法采煤時，先沿上行方向進行鉆采，鉆采完成后退回，調頭沿下行方向進行鉆采，確保留設煤柱的尺寸為0.5～1.0 m。

3.2 巷道與鉆孔支護

在螺旋鉆采煤機回采過程中，及時對巷道周圍的圍巖變形情況進行監測，當巷道受到的壓力增大時，巷道的變形量較大，要及時對巷道進行支護，以防出現冒頂情況影響采煤工作，將鉆采工作面的運輸順槽沿著煤層頂板布置寬為4.5 m，高為3.5 m，斷面積為13.75 m2的半圓拱形斷面[4]，采用錨網噴與錨索聯合支護方式，采用18 mm×2 000 mm的全螺紋鋼強樹脂錨桿，錨桿的桿間排距為900 mm×900 mm，錨索的間排距為3 000 mm×6 000 mm。工作面鉆采完后，開采過的鉆孔要及時進行支護，在鉆孔口處支設木點柱，要確保牢固，注意不要支設在浮煤和浮矸上，將鉆采孔都封死，防止有矸石落出，從底板開始，逐層用磚和水泥壘砌到頂板上方，對鉆孔進行完全密封，用水泥將整個墻面抹平，確保密實性，鉆采孔口支護及密封俯視圖如圖2所示。

圖2 鉆采孔口支護及密封示意圖

3.3 回采工藝

螺旋鉆機的回采工藝流程如圖3所示。

圖3 工藝流程圖

使用螺旋鉆機進行回采時，先沿上山的方向對煤層進行打鉆，螺旋鉆機的一次采煤寬度為1.905 m，三軸聯動鉆桿每節長1.54 m，螺旋鉆機在鉆采一節鉆桿的深度后，待原煤排干凈后停止主機的運轉，再將鉆桿連接，接完后開機再進行鉆進，每四節之間要連接一節帶有聯接筒的鉆桿，當鉆采到工作面斷層位置或所設計的深度時，將鉆桿退出，向前移動螺旋鉆機，留設0.5 m的煤柱，在進行下一個循環的鉆采，螺旋鉆機在順槽中的前進和后退采煤方法的布置示意圖如圖4所示。

圖4 螺旋鉆機采煤布置示意圖

4 實際鉆采效果

在同煤某礦工作面采用螺旋鉆采煤機進行開采，采用鉆頭直徑為350 mm的螺旋鉆機，一次鉆進的距離為1 100 mm，鉆桿長度為1 270 mm，鉆進時的速度為1 m/min，退鉆時的速度為1.2 m/min，接和撤一次鉆桿的時間為3～4 min，開采方式為兩采一準，每班開采的工人為8人，平均每月工作27 d，煤的容量為1.48 t/m3，鉆進采煤的回采率為95%，每個班組進行一次循環鉆進，鉆進深度在70 m，則平均每班組約開采39.8的煤，平均每天約開采78 t的煤，平均每月約開采2 106 t的煤，回采時每工的工作效率約4.8 t，煤炭資源的回收率約62%，可見，采煤效率有所提高。

5 結論

為了提高煤炭資源的回收率，解決對0.9 m左右薄煤層開采難的問題，提出一種螺旋鉆機采煤方法，結果如下：

1）采用前進或后退的采煤方法進行開采，在回采過程中，及時對巷道進行錨網噴和錨索聯合支護，對鉆采孔口支設木點柱，確定回采工藝流程，在一次鉆采完后再進入下一次循環。

2）在同煤某礦工作面上進行回采，每個班組進行一次循環鉆進，鉆進深度走70 m，則平均每班組約開采39.8 t的煤，平均每天約開采78 t的煤，平均每月約開采2 106 t的煤，回采時每工的工作效率約4.8 t，煤炭資源的回收率約62%，可見，采煤效率有所提高。