薄煤層開采技術(shù)的研究與分析

王善杰

(西山煤電(集團(tuán))公司 東曲礦，山西 古交 030200)

煤炭資源在我國(guó)分布廣泛、儲(chǔ)存豐富且賦予多樣化，其中薄煤層的可采儲(chǔ)量約為60 多億t，在全國(guó)煤炭總儲(chǔ)量中所占的比例相對(duì)較大。薄煤層開采技術(shù)在歷經(jīng)數(shù)個(gè)階段的不斷研究、發(fā)展之后，從最初簡(jiǎn)單炮采工藝到如今的各式各樣采煤機(jī)械的選用，不僅能夠更好地適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的地理環(huán)境，還提高了煤炭資源的回采率和利用率。

1 我國(guó)薄煤層的分布狀況

1.1 薄煤層概述

我國(guó)煤炭總體資源十分豐富、儲(chǔ)存量大且形式多樣，根據(jù)煤層厚度劃分，厚度0.8 ～1.3 m 屬于薄煤層，＜0.8 m 的屬于極薄煤層。目前，一般的國(guó)有煤礦的最小開采厚度為0.8 m，一些地方小礦的最小開采厚度為0.5 m。

1.2 我國(guó)薄煤層的分布

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)薄煤層的儲(chǔ)量占全部可采儲(chǔ)量的20%，在近80 個(gè)礦區(qū)中的400 多個(gè)礦井中就有750多層為薄煤層。其中，厚度在0.8 ～1. 3 m 的共占86.02%，＜0.8 m 的占13.98%，0.8 ～1.3 m 的緩傾斜煤層占73.4%，開采條件相對(duì)較好。一些地區(qū)薄煤層儲(chǔ)量比重很大，貴州省占37%，山西省占52%，四川省占60%。盡管有較好的儲(chǔ)存條件，但由于受“勞動(dòng)強(qiáng)度大、機(jī)械化程度低、安全系數(shù)低、工作效率低”的影響，每年從薄煤層中采出的煤量?jī)H占全國(guó)總儲(chǔ)量的10.4%，而且還有繼續(xù)下降的趨勢(shì)，產(chǎn)量與儲(chǔ)量的比例嚴(yán)重失調(diào)，造成國(guó)家資源的浪費(fèi)，礦井服務(wù)年限縮短。

2 薄煤層開采技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 薄煤層開采技術(shù)現(xiàn)狀

我國(guó)薄煤層開采技術(shù)經(jīng)歷了幾個(gè)主要發(fā)展階段:

20 世紀(jì)50 年代主要使用炮采工藝;20 世紀(jì)60年代開始使用深截煤機(jī)掏槽、爆破落煤、平面環(huán)形式薄煤層輸送機(jī)運(yùn)煤、人工裝煤、木支護(hù)頂板、回柱絞車放頂;20 世紀(jì)70 年代以來(lái)薄煤層機(jī)組得到了較大的發(fā)展，分別研制出不同類型的刨煤機(jī)，包括鋼絲繩牽引刨煤機(jī)、全液壓驅(qū)動(dòng)刨煤機(jī)和刮斗刨煤機(jī)等;20 世紀(jì)80—90 年代，我國(guó)研制了多種型號(hào)的刨煤機(jī)(包括滑型刨煤機(jī)和拖鉤刨煤機(jī))，解決薄煤層的開采問題，并在使用過(guò)程中取得了較好的成績(jī);近年來(lái)，刨煤機(jī)技術(shù)的開發(fā)取得了較大的進(jìn)展，國(guó)產(chǎn)刨煤機(jī)成功使用并采用德國(guó)DBT 公司生產(chǎn)的刨煤機(jī)主機(jī)與國(guó)內(nèi)設(shè)備配套使用，在我國(guó)西山、晉城、鐵法等地取得了成功試驗(yàn)，使國(guó)內(nèi)同行對(duì)刨煤機(jī)開采薄煤層有了進(jìn)一步的了解和認(rèn)識(shí)。

2.2 薄煤層開采條件

20 世紀(jì)90 年代，我國(guó)薄煤層的產(chǎn)量所占的比例相對(duì)較少，與中厚煤層相比，相應(yīng)的采煤機(jī)械化程度也低的多。極薄煤層只有在以下條件下才可能被開采:屬特殊需要的優(yōu)質(zhì)煤;相鄰的主采煤層有沖擊地壓危險(xiǎn)或有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，極薄煤層可作為解放層。

2.3 薄煤層開采特點(diǎn)

采高低，人員在工作面的行動(dòng)和設(shè)備的移動(dòng)都很困難;掘進(jìn)率高，工作面接替緊張;長(zhǎng)壁機(jī)械化工作面投入產(chǎn)出比高;由于薄煤層開采的特殊性，造成薄煤層長(zhǎng)壁機(jī)械化發(fā)展緩慢，目前，薄煤層機(jī)械化開采的工藝主要有長(zhǎng)壁式開采、螺旋鉆機(jī)開采、連續(xù)采煤機(jī)房柱式開采、急傾斜煤層鋼絲鋸開采。

2.4 薄煤層開采工藝

2.4.1 薄煤層炮采

炮采的采煤工藝主要包括:打眼、爆破、裝煤、運(yùn)煤?；夭晒に嚭?jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、設(shè)備投入少，但安全性差、效率低，難以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。

2.4.2 薄煤層綜合機(jī)械化開采

對(duì)于賦存穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單的薄煤層可采用薄煤層綜采，是以采煤機(jī)為中心配合其他工序完成割煤、裝煤、運(yùn)煤和頂板支護(hù)等整個(gè)開采過(guò)程的開采方式。其主要配套設(shè)備:滾筒采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、液壓泵站等。

2.4.3 薄煤層刨煤機(jī)開采

用刨煤機(jī)沿煤層切削的刨刀刨落煤炭，拋下的煤靠犁形板裝入刮板輸送機(jī)，其驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)于工作面端部的平巷。刨煤機(jī)在生產(chǎn)中具有破煤能耗低、煤塊大粉塵少、產(chǎn)量效率較高、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，另外刨煤機(jī)本身也構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低、檢修方便。其主要配套設(shè)備:刨煤機(jī)、工作面可彎曲刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)與破碎機(jī)、液壓支架、乳化液泵等。

2.4.4 薄煤層螺旋鉆開采

螺旋鉆采煤是利用螺旋鉆桿鉆入煤層采煤，并通過(guò)鉆桿將采落的煤運(yùn)出，是最為簡(jiǎn)單的一種薄煤層開采方式。其主要設(shè)備:螺旋鉆機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶輸送機(jī)等。

3 東曲礦12507 工作面薄煤層開采技術(shù)

3.1 12507 工作面概述

西山煤電集團(tuán)東曲礦12507 工作面煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，賦存較穩(wěn)定。煤層厚度在0.90 ～2.30 m，平均厚度1.83 m，容重1.37 t/m3，局部煤層夾1 層0.08 ～0.15 m 的泥巖，煤層厚度變化較大;煤層傾角20° ～60°，平均傾角40°。工作面工業(yè)儲(chǔ)量75.04 萬(wàn)t，可采儲(chǔ)量71.29 萬(wàn)t，回采率95%。

12507 工作面由皮帶順槽、軌道順槽、工作面切眼組成，皮帶順槽、軌道順槽原支護(hù)形式為金屬網(wǎng)、鋼帶、錨桿和錨索混合支護(hù)。該工作面軌道順槽長(zhǎng)1 830 m，皮帶順槽長(zhǎng)1 855 m，切眼長(zhǎng)199 m。該工作面內(nèi)有1 條中切割、1 條補(bǔ)軌順，對(duì)回采有一定影響，回采時(shí)應(yīng)及時(shí)編制過(guò)空巷、補(bǔ)巷安全技術(shù)措施。皮帶順槽經(jīng)西翼膠帶巷到西翼煤倉(cāng)形成運(yùn)煤系統(tǒng);軌道順槽經(jīng)西翼軌道巷與西翼1#暗斜井形成運(yùn)料系統(tǒng)。

3.2 12507 工作面采煤方法

3.2.1 采煤方法

12507 工作面采用傾斜長(zhǎng)壁后退式全部垮落綜合機(jī)械化采煤方法，傾斜長(zhǎng)壁采煤法的回采工作面沿走向布置、沿傾斜方向推進(jìn)。

3.2.2 回采工藝

主要工藝流程:雙滾筒采煤機(jī)割煤(裝煤)→刮板輸送機(jī)運(yùn)煤→拉移液壓支架支護(hù)頂板→推移刮板輸送機(jī)→采空區(qū)處理。

3.3 提高回采率措施

1)采煤機(jī)司機(jī)要時(shí)刻注意頂?shù)装迩闆r，不得隨意留頂留底，保證采高。2)每個(gè)班每個(gè)循環(huán)工作面設(shè)專人清掃干凈浮煤。3)每天由檢修班將轉(zhuǎn)載機(jī)身灑下的浮煤清理到皮帶上運(yùn)往煤倉(cāng)。4)工作面收尾時(shí)，必須按規(guī)定采界停采，不得提前進(jìn)行收尾。

3.4 頂板管理及支護(hù)

3.4.1 頂板管理方法

工作面采用ZY3600/1.1/2.5 型支架支護(hù)頂板，工作面液壓支架共135 架，支架按標(biāo)準(zhǔn)依次編號(hào)，采空區(qū)采用全部垮落法管理。

3.4.2 工作面機(jī)頭、機(jī)尾的切頂支護(hù)、端頭支護(hù)

1)機(jī)頭、機(jī)尾的切頂支護(hù)。切頂支護(hù)采用戴帽點(diǎn)柱支護(hù)，支柱采用單體支柱，柱帽采用鐵質(zhì)柱帽，規(guī)格為600 mm 長(zhǎng)7#“π”型梁，其長(zhǎng)邊垂直于工作面布置，鐵質(zhì)柱帽必須與單體進(jìn)行可靠的連接，防止柱帽脫落傷人。當(dāng)頂板破碎時(shí)，采用木質(zhì)柱帽。

機(jī)頭、機(jī)尾切頂支護(hù)形式:機(jī)頭、機(jī)尾端頭架距煤柱幫＜0.3 m 時(shí)，不打切頂支柱;＞0.3 m 時(shí)，機(jī)頭、機(jī)尾端頭架與煤柱幫之間沿切頂線打兩排戴帽點(diǎn)柱，作為端頭的切頂支護(hù)。第一排點(diǎn)柱與切頂線對(duì)齊進(jìn)行打設(shè)，柱距300 mm;第二排柱距600 mm，與第一排間的排距為800 mm。在機(jī)頭、機(jī)尾返刀，拉端頭支架前，沿推進(jìn)方向距第二排切頂支柱800 mm 處，以600 mm 的柱距打一排單體支柱，拉出支架后及時(shí)回撤采空區(qū)側(cè)第一排密集單體支柱，將端頭切頂原第二排(柱距為600 mm)單體支柱按柱距300 mm 支護(hù)成密集，隨工作面的推進(jìn)循環(huán)支護(hù)，且空頂面積不大于1 m2，嚴(yán)禁提前回撤。

2)端頭支護(hù)。當(dāng)刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾端頭架距煤柱幫的距離＜1.3 m 時(shí)，在第二排密集支柱至超前維護(hù)之間，距煤柱幫300 mm 平行巷道打設(shè)一排戴帽單體支柱，柱距1 000 mm;當(dāng)刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾端頭架距煤幫的距離≥1.3 m 時(shí)，在第二排密集支柱至超前維護(hù)之間，距煤柱幫單體800 mm 平行巷道再打設(shè)一排戴帽單體支柱，柱距為1 000 mm，隨工作面的推進(jìn)循環(huán)進(jìn)行支護(hù)，且空頂面積不大于1 m2。

4 結(jié) 語(yǔ)

薄煤層開采技術(shù)的發(fā)展和綜采設(shè)備的不斷更新，使我國(guó)薄煤層的開采不斷趨向安全穩(wěn)定、高產(chǎn)高效。從最初的傳統(tǒng)回采工藝到如今的機(jī)械化開采，薄煤層開采技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用為煤礦的可持續(xù)發(fā)展提供了保障，為今后實(shí)現(xiàn)全面機(jī)械化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。