薄煤層智能化工作面工程質量及標準化管理

王浩宇，陳喜柱，王福海

（國家能源集團公司神東煤炭公司榆家梁煤礦，陜西 榆林719316）

薄煤層智能化工作面很好地解決了薄煤層開采勞動強度大、煤炭發熱量無法保證、安全風險較高等問題，是薄煤層常規化開采有效途徑。但目前該項技術仍處于實驗階段，如何常態化使用還需摸索。國家能源集團公司神東煤炭公司榆家梁煤礦43101 薄煤層工作面作為全國首批智能化開采工作面，目前處于該領域的領先地位。該智能化工作面從技術應用、設備配型、生產接續等方面都已進入全面實踐階段，具有較為完備的管理模式和組織安排。通過實際摸索，已總結出一套工程質量管理的辦法，實際效果顯著。

1 薄煤層智能化工作面采煤工程質量管理

1.1 薄煤層智能化采煤工程質量管理基本原則

由于薄煤層智能化工作面具有采高低、煤層薄、起伏影響大等特點，因此在薄煤層智能化工程質量管理中有一定特殊性，具體如下。

采用沿頂割底的方式進行回采。由于采煤機高度及支架高度限制，如果完全按照煤層高度（1.0～1.6 m）進行開采的話，會出現采煤設備推進困難、支架易壓死、工作面作業人員通行難度大等問題。通過對43101 工作面煤機機身高度、檢修工作正常開展和煤質管控等方面的綜合考量，當工作面平均采高為1.5～1.55 m 時為工作面狀態的最優值，工作面平均割矸量為200 mm。

生產過程中不留頂煤。出于對煤質發熱量、頂板平整、采空區自燃等情況的考慮，改變以往沿底沿頂或沿底割頂的采煤方式，除特殊情況外（包括偽頂較厚或直接頂不穩定等），直接采取沿頂割底開采工藝，效果明顯。

前滾筒割底煤，后滾筒割頂煤，滾筒反轉。由于薄煤層智能化設備尺寸小，設備質量較輕。煤機在高速、工作面大傾角的情況下，會出現上下頻繁震動、臥刀無力、底板包坑不平等問題。通過在工作面現場實驗，當煤機采用前滾筒割底刀后滾筒割頂刀，滾筒反轉的方式生產時，煤機震動明顯減輕，工程質量改善明顯。當前滾割底后，遺留煤層起對滾筒豎直方向施加一個垂直頂底板向下的力，抵消了大部分因震動產生的向上力，使煤機在生產過程中受力平衡；同時滾筒反轉，卸煤點在煤機內側，有效減少了切割煤塊甩出產生的切應力，減少了影響煤機穩定的外力作用。

1.2 特殊情況下工程質量管理辦法

由于地下煤層結構復雜多變，在不同地質構造下工程質量管理所采用的割煤方法也不盡相同。針對薄煤層智能化工作面常見的幾種特殊作出具體說明，具體如下。

1.2.1 向斜構造

作業人員主要從工作面采高、割矸量兩方面考慮作業方法。一般情況下，工作面在正常推進過程中遇到向斜構造時，會造成工作面采高增大、頂板割矸等情況。根據薄煤層智能化工作面采高要求，采高上下偏差量不應超過±50 mm，結合43101 工作面特有的沿頂割底原則，盡量沿頂板割煤，在保證頂板平整的前提下適度抬底刀；如向斜曲度過大，可先在頂部適當割矸，先保證頂板平整，在后在向前推進兩三刀之后抬底刀調整采高，如圖1 所示。

圖1 向斜構造煤機作業方式

1.2.2 背斜構造

與向斜構造相反，正常推進過程中出現背斜構造往往會造成工作面采高突減、底板割矸量增大等。處理的一般方法為沿頂割底，底部適當臥刀；如背斜曲度過大，可適度留少量頂煤保證頂板平整，而后在向前推進兩三刀之后臥底刀調整采高，如圖2 所示。

圖2 背斜構造煤機作業方式

1.2.3 爬或下陡坡

當工作面出現爬陡坡或下陡坡時，首要原則是從低到高或從高到低過渡要平緩。要求煤機在調整過程中要逐步抬臥刀，切勿追求快速抬臥到位。由于智能化割煤跟機攝像頭與實際誤差，平緩過渡陡坡段難度較大，一般在可控范圍內適當放寬該段采高要求，保持在規定采高上限值范圍內即可，如圖3 所示。

圖3 爬坡時煤機作業方式

2 工作面及端頭支護

2.1 工作面液壓支架管理

由于工作面起伏、構造及抬臥刀等原因，底板無法始終保持平整，支架也就不能始終保持平直。為了解決這一問題，43101 工作面引進澳大利亞LASC 自動調直技術，即在兩端頭支架、工作面掃描小車上分別安裝有LASC 采集設備，通過三個設備的數據收集對工作支架位置情況繪制曲線，選取其中的彎曲點，通過自動控制或遠程控制支架等方式進行調節，最終實現工作面支架的平直。

2.2 工作面兩端頭支護管理

薄煤層智能化工作面在端頭支架管理上還有一些特殊要求，具體如下。

為了保證煤質、減少設備磨損、保證順槽1.8 m[2]通行高度等要求，薄煤層智能化工作面兩順槽與工作面間一般留有一個臺階。

以43101 智能化工作面為例，順槽平均高度為2.4 m，工作面平均高度為1.5～1.55 m，二者間留有一個830 mm 的高臺，綜采設備在高臺上運行。但由于過渡架在臺階邊緣沿工作面垂直方向平移，當支架不正或溜槽竄動時，容易導致擠架、咬架、倒架等現象發生，因此需在過渡架與工作面相鄰架間設置一根防倒油缸，以保證過渡支架正常作業。

端頭架容易出現不接頂情況。由于薄煤層工作面支架配型尚屬首次，在43101 工作面推進過程中，當巷道出現特殊情況，如高度變化、過薄基巖區等，極易出現支架頂梁不接頂、推拉桿無法推出的情況。針對這種問題，常規采用的方法為在頂梁與頂板之間加墊道木，但這類做法危險性較高，容易發生安全事故。43101 工作面現在的做法為在端頭架后加裝一根單體，通過給單體通液卸液，給予端頭架推溜時的后靠力，從而保證推拉桿正常行程。

對煤機兩端頭斜切進刀時人員站位要求不同。因為工作面支架高度較低，大柱后無通行空間，工作面巡檢和維修人員只能在大腳前彎腰前行，尤其在兩端頭，為了確認工作面頂板與順槽頂板割平，巡檢人員距離煤機滾筒距離較近，極易出現煤礦飛濺傷人、大塊翻槽擠傷等事故。為了杜絕該類事故的發生，43101 智能化工作面采用的方法是反向旋轉煤機滾筒，即前滾筒順時針，后滾筒逆時針，使割落煤塊甩到煤機與煤壁之間，減少甩出、飛濺的情況。同時嚴格要求工作面巡檢、維修人員站位，不得小于距離前、后滾筒3 架處，以保證人身安全。

3 結論

薄煤層智能化工作面正常運行還有很多方面需要去研究、探索。只有使用正確的方法，始終堅持“因地制宜、因實調整”的原則，處理、解決薄煤層智能化工作面出現的一個個新問題，才能最終實現“無人則安”的終極目標。