兩硬薄煤層綜合機(jī)械化開采技術(shù)研究

侯波濤

摘 要：本文以王村煤礦為研究對象，結(jié)合其地質(zhì)條件，對兩硬薄煤層開采方法和工作面設(shè)備的選型，提高了煤炭資源的利用率和高效安全生產(chǎn)，延長了礦井的服務(wù)年限。

關(guān)鍵詞：兩硬薄煤層；綜合機(jī)械化；開采技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.066

0 緒論

我國薄煤層資源豐富、分布廣泛、煤質(zhì)好、可采儲(chǔ)量大，從儲(chǔ)量上看，占全國煤炭總儲(chǔ)量的大約20%。就大同地區(qū)而言，薄煤層儲(chǔ)量大約有6億噸，且大部分薄煤層賦存于煤系地層上部，其開采對我國煤炭資源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。薄煤層開采技術(shù)主要有綜合機(jī)械化釆煤法、刨煤機(jī)釆煤法和螺旋鉆機(jī)釆煤法，這些采煤方式具有自動(dòng)化程度搞、工作人員少、頂板支護(hù)強(qiáng)度大、降低頂板的運(yùn)動(dòng)空間等特點(diǎn)。

1 礦井地質(zhì)條件

王村煤礦于1987年5月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力45萬t/a，2006年核定生產(chǎn)能力為150萬t/a。井田地質(zhì)條件為一寬緩的背向斜褶曲構(gòu)造，具有軸向NE向、構(gòu)造簡單、地層平緩、傾角在5°～10°的特點(diǎn)，王村煤礦煤層為兩硬薄煤層，頂板、煤層堅(jiān)硬。

2 開采特點(diǎn)及采煤方法分析

王村煤礦兩硬薄煤層開采具有如下特點(diǎn)：薄煤層儲(chǔ)量大，約600萬噸，占總可釆儲(chǔ)量的20%；薄煤層賦存條件差異較大；煤層及頂板硬度較大，要求采煤機(jī)的截割功率較高，液壓支架的支護(hù)阻力較大。由于薄煤層開采受開采空間限制，設(shè)備安裝、操作及維護(hù)困難，工作環(huán)境惡劣，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大，開采效率低、產(chǎn)量低，王村煤礦為了解決這些問題，優(yōu)先采用綜合機(jī)械化采煤工藝。

3 綜合機(jī)械化采煤回采工藝分析

（1）割煤工藝。從王村煤礦薄煤層的賦存特點(diǎn)來看，主要為緩斜煤層，且多為近水平煤層，因此在割媒工作中可選用雙向割媒，將采煤機(jī)進(jìn)刀方式設(shè)置為割三角煤端部斜切進(jìn)刀。（2）裝煤工藝。在采煤機(jī)裝煤工作中，為保證裝煤效果，可選用反裝滾筒方式，使媒自搖臂上方甩進(jìn)刮板輸送機(jī)，其余煤炭經(jīng)推移刮板機(jī)實(shí)現(xiàn)裝煤。（3）運(yùn)煤工藝。在運(yùn)煤工作中，一般應(yīng)選用刮板輸送機(jī)。采用刮板輸送機(jī)將破碎后的媒運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅?，再?jīng)轉(zhuǎn)載機(jī)的運(yùn)輸將其送至運(yùn)輸巷，最后在伸縮膠帶輸送機(jī)的作用下運(yùn)送出去。（4）工作面頂板支護(hù)。在工作面頂板支護(hù)工作中，一般應(yīng)選用液壓支架。因薄煤層作業(yè)面較小，因此為保證頂板下沉量不增加，需選擇跟機(jī)移架進(jìn)行及時(shí)支護(hù)。（5）采空區(qū)處理工藝。在對采空區(qū)的處理上，多選用全部垮落法。對于兩硬薄煤層，通常在采空區(qū)部分冒落高度小于倍采高或上隅角懸板面積大于時(shí)，進(jìn)行爆破強(qiáng)制放頂。

4 工作面設(shè)備選型研究

4.1 液壓支架

綜釆工作面支架架型應(yīng)與煤層地質(zhì)條件相適應(yīng)，架型選擇應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：首先要適合頂板條件，根據(jù)頂板的級(jí)別選出架型；支架對底板的比壓不超過底板的允許抗壓強(qiáng)度；適應(yīng)所采煤層的傾角，否則有可能在回采過程中發(fā)生工作面支架倒滑、傾斜和推移困難等不良后果。

（1）支護(hù)強(qiáng)度。王村煤礦薄煤層工作面煤層最小厚度為1.10m，最大厚度為1.55m。煤層老頂以灰色粉細(xì)砂巖局部夾中砂巖為主，直接頂為灰色粉細(xì)砂巖，頂部為14-2#煤層，偽頂為深灰色粉砂巖，直接底為灰白中細(xì)砂巖，所需的最大支護(hù)強(qiáng)度為328.4kN。（2）額定工作阻力。支架所需的工作阻力為3570 kN?？紤]到王村煤礦煤層硬度較大，為保證安全開采，液壓支架工作阻力設(shè)置為4000kN及以上。（3）液壓支架工作高度。根據(jù)工作面釆高對支架工作高度進(jìn)行適當(dāng)確定，一般情況下，最大支護(hù)高度確定為1.8m，最小支護(hù)高度確定為0.85m。（4）初撐力。對于液壓支架而言，初撐力的大小影響著支架的整體支護(hù)成本與支護(hù)效果。初撐力適當(dāng)增加，能有效提升支架阻力，使頂板下沉速度適當(dāng)減緩，進(jìn)一步保證支架頂板的穩(wěn)定工作。但是，要求液壓組件與乳化液泵站具有較強(qiáng)的耐壓性。一般而言，應(yīng)將支架初撐力設(shè)置在2142～2856kN之間。（5）液壓支架型號(hào)。在液壓支架型號(hào)的選擇上，應(yīng)綜合考慮多種因素的影響，包括設(shè)備在多種薄煤層工作面中的應(yīng)用、兩硬條件薄煤層三機(jī)配套情況等等，一般選擇ZYB4400/8.5/18型支撐掩護(hù)式液壓支架。

4.2 采煤機(jī)

采煤機(jī)的選擇一般需要對煤層厚度、硬度、傾角及頂?shù)装逵捕鹊榷喾N因素進(jìn)行綜合分析，另外，還要考慮與液壓支架、刮板輸送機(jī)的匹配問題。在選擇采煤機(jī)時(shí)，主要確定以下因素：

（1）釆高的確定。在對煤層厚度、賦存條件及開采技術(shù)進(jìn)行綜合分析后，進(jìn)一步確定采煤機(jī)釆高。（2）牽引速度的確定。在對煤層最低厚度進(jìn)一步確定后，保證其高于采煤機(jī)機(jī)身與最低釆高。同時(shí)，煤層最大厚度要低于最大釆高，保證在最厚煤層作業(yè)中不留頂媒。（3）截深的確定。在分析煤層硬度、厚度、支架步距及頂板巖性的基礎(chǔ)上，選擇適當(dāng)截深。在對本礦井進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，確定采煤機(jī)截深為0.63m。（4）裝機(jī)功率和最大生產(chǎn)能力。在確定裝機(jī)功率時(shí)，應(yīng)充分考慮煤層硬度、截深、釆高及割媒速度等因素，釆煤機(jī)的裝機(jī)功率應(yīng)大于123kW，釆煤機(jī)最大生產(chǎn)能力146t/h。（5）采煤機(jī)型號(hào)。王村煤礦工作面選擇MG160/360-BWD型釆煤機(jī)，可以滿足生產(chǎn)的要求。但考慮到采煤機(jī)通過地質(zhì)構(gòu)造、煤層變薄區(qū)的能力，需盡可能的提高采煤機(jī)的功率。

4.3 刮板輸送機(jī)

對刮板輸送機(jī)輸送能力的確定上，應(yīng)保證其不低于采煤機(jī)最大生產(chǎn)能力，并以此選擇鏈條數(shù)目。驅(qū)動(dòng)方式應(yīng)選擇雙電機(jī)雙機(jī)頭驅(qū)動(dòng)，以進(jìn)一步提升采煤機(jī)的工作配合度。在刮板輸送機(jī)的選取上，應(yīng)充分分析運(yùn)輸功率與運(yùn)輸能力，一般運(yùn)輸能力為176t/h，工作面輸送機(jī)電機(jī)功率為20.16kW，選擇SZG-630/220型刮板輸送機(jī)可以滿足安全生產(chǎn)要求。

5 總結(jié)

本文以王村煤礦薄煤層開采為研究對象，進(jìn)行王村煤礦兩硬薄煤層綜合機(jī)械化開采技術(shù)的研究，確定了兩硬條件下工作面開釆的回釆工藝參數(shù)、開釆設(shè)備等，對煤礦的高效安全生產(chǎn)，提高煤炭資源的利用率，延長礦井服務(wù)年限等方面有著積極地作用。

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