頂板破碎條件下連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工藝技術(shù)

賀亞軍

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)毛則渠煤炭有限公司， 山西 臨汾 042100）

引言

所謂頂板破碎是指巖層接力裂隙發(fā)育，整體強(qiáng)度差、自穩(wěn)能力低下的頂板條件。該種頂板是煤礦采集過程中比較常見的頂板形式，易出現(xiàn)頂板冒落的危險(xiǎn)，在進(jìn)行連續(xù)采煤作業(yè)時(shí)難度較大，目前，已經(jīng)可以通過連續(xù)采煤機(jī)結(jié)合支護(hù)和落煤技術(shù)進(jìn)行處理[1]。

為了充分研究頂板破碎條件下連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工藝技術(shù)的應(yīng)用情況，本文選擇一某礦井工作面為研究對(duì)象，進(jìn)行詳細(xì)探討。

1 工作面概況

本文選取的工作面為某礦區(qū)南二采區(qū)首采面。該處井下標(biāo)高為1 675～1 670 m。煤壁長(zhǎng)度為72 m，煤層厚度從12.0～15.4 m不等，煤層傾角均值為12°，屬于5號(hào)煤層，頂板為粉砂巖夾薄層黑色泥巖，局部為粉砂質(zhì)泥巖，透水性差，易松散。整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易破碎。且屬于高瓦斯含量煤層，屬于易燃易爆高危作業(yè)煤礦，每分絕對(duì)涌量9.7 m3。整體控頂距離小，支護(hù)難度大，不易進(jìn)行巷道掘進(jìn)。

2 連續(xù)選煤機(jī)機(jī)組選型

采煤機(jī)的選型根據(jù)煤層的厚度、硬度有關(guān)，并配合工字鋼支架+錨桿+錨索+金屬網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，具體設(shè)備選型如表1所示。

表1 頂板破碎條件下連續(xù)采煤機(jī)工作機(jī)組選型

3 連續(xù)采煤機(jī)工作原理

連續(xù)采煤機(jī)可做單獨(dú)采煤機(jī)進(jìn)行使用，一般情況下由截割機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、除塵裝置以及安全保護(hù)機(jī)構(gòu)組成。

其截割原理與滾筒式采煤機(jī)具有相似性，其工作機(jī)構(gòu)是橫置在集體前方的旋轉(zhuǎn)截割滾筒，按規(guī)律排列的鎬型截齒與煤層接觸完成截割。其運(yùn)用方式是通過截割機(jī)構(gòu)的升降液壓缸對(duì)滾筒進(jìn)行提升，在采煤機(jī)向前推動(dòng)的過程中，切入煤層，再由液壓缸向下割出寬度，按照此種方式往復(fù)循環(huán)完成煤炭截割作業(yè)。其一次截割的最大寬度為3 300 mm，且僅能執(zhí)行上下作業(yè)，不能左右擺動(dòng)。

4 頂板破碎條件下連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工藝技術(shù)的應(yīng)用

運(yùn)用連續(xù)采煤機(jī)組進(jìn)行作業(yè)，根據(jù)煤炭截割順序和相關(guān)輔助需求，這里主要對(duì)落煤、運(yùn)輸以及支護(hù)三個(gè)內(nèi)容進(jìn)行闡述。

4.1 落煤

落煤的過程實(shí)際上就是完成一次截割的過程。根據(jù)連續(xù)采煤機(jī)的工作原理，落煤實(shí)際上就是切槽工序和采垛工序這兩個(gè)關(guān)鍵步驟往復(fù)循環(huán)，除此之外配合裝載和支護(hù)來實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的向前推進(jìn)。具體來講就是鏟裝板處于停放或漂浮位置時(shí)，截割臂位于半舉位置，向前移動(dòng)機(jī)器至工作面與端頭煤壁接觸，此時(shí)繼續(xù)提升截割臂大需求位置，并同時(shí)打開噴霧系統(tǒng)進(jìn)行除塵。接下來降下穩(wěn)定靴，增加采煤機(jī)的穩(wěn)定性，使用多路換向閥控制滾筒向下截割，提起穩(wěn)定靴沿底板進(jìn)行截割，并修整凸起問題。在本工作面中，兩側(cè)巷道一次循環(huán)分別形成3700mm×3300mm×3 000 mm的斷面空間與3 700 mm×5 500 mm×3 000 mm的斷面空間。在對(duì)落煤工序進(jìn)行調(diào)整與深化的過程中，其工藝流程如下頁圖1所示。

在對(duì)落煤掘進(jìn)進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要去報(bào)巷道底板平整，并采用由頂至底的方式進(jìn)行截割，以此實(shí)現(xiàn)落煤工序的有序進(jìn)行。

圖1 連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工藝流程

4.2 運(yùn)輸

為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn)作業(yè)，必須通過完整的裝煤、運(yùn)載過程來實(shí)現(xiàn)落煤的運(yùn)送。本機(jī)組中采用的是自裝載運(yùn)煤方式，裝有收集頭機(jī)構(gòu)和中部輸送機(jī)，其運(yùn)輸方式如圖2所示。

圖2 連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)裝煤及運(yùn)輸流程

具體的工作方式是當(dāng)截割部截割的煤落入收集頭機(jī)構(gòu)中，收集頭中帶有的扒爪通過圓盤連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)扒至中部運(yùn)輸機(jī)并向后輸送至相連的梭車。梭車與破碎機(jī)、膠帶機(jī)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)相連，煤由梭車進(jìn)入給料破碎機(jī)后進(jìn)入膠帶機(jī)。這種方式與綜采機(jī)組中皮帶部的運(yùn)輸方式相比，運(yùn)輸距離穩(wěn)定可達(dá)到150 m，減少了皮帶的延長(zhǎng)次數(shù)[3]，能夠?qū)崿F(xiàn)此種工作面條件下的快速高效煤炭運(yùn)輸和轉(zhuǎn)載。

4.3 支護(hù)

支護(hù)是頂板破碎條件下采煤的重要工藝，能夠避免頂板不穩(wěn)定條件下非正?？缏湓斐傻木蜻M(jìn)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)該工作面頂板對(duì)支護(hù)產(chǎn)生的力學(xué)負(fù)載條件進(jìn)行分析和計(jì)算，并運(yùn)用相關(guān)地學(xué)資料和工程資料進(jìn)行綜合判斷，采用工字鋼支架+錨桿+錨索+金屬網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)。具體的設(shè)置方式如下：在該工作面進(jìn)行作業(yè)時(shí)，在巷道外幫按照均勻間隔（100 m）設(shè)以調(diào)車硐室。采煤機(jī)按照由上而下的方式進(jìn)行截割作業(yè)時(shí)，錨桿機(jī)停在硐室中。當(dāng)完成截割作業(yè)時(shí)，連續(xù)采煤機(jī)退出工作面，由硐室內(nèi)的錨桿機(jī)進(jìn)行沿巷道掘進(jìn)作業(yè)。錨桿機(jī)將錨桿、錨索打至頂部，并張開金屬網(wǎng)掛工字鋼。工作人員進(jìn)行輔助支護(hù)作業(yè)，第二道錨桿訂立后在錨桿機(jī)側(cè)護(hù)板上掛上幫網(wǎng)并使用風(fēng)鉆打設(shè)兩幫上木的錨桿眼進(jìn)行錨固。按照此種循環(huán)方式進(jìn)行往復(fù)循環(huán)。該工作面數(shù)據(jù)破碎程度一般的頂板，當(dāng)遭遇特別破碎的頂板時(shí)，應(yīng)采取超前支護(hù)的方式進(jìn)行支護(hù)，使用2.0 m錨桿進(jìn)行超前支護(hù)，超前距離在1.6 m，保持錨桿的方位與巷道的走向相一致，并控制錨桿件的間距，確保間距均勻穩(wěn)固。

5 結(jié)語

頂板破碎是我國采煤作業(yè)中的常見情況，受地質(zhì)構(gòu)造及控頂參數(shù)的影響。為了保障采煤掘進(jìn)作業(yè)的安全性，應(yīng)根據(jù)煤礦工作面的具體條件，選擇合理的施工方式。本文所選取的連續(xù)采煤機(jī)掘機(jī)作業(yè)方式是當(dāng)前機(jī)械化采煤作業(yè)的一種有效方式，與綜采機(jī)組相比，更適用于煤基巖巷道和邊角煤開采作業(yè)。根據(jù)工藝的實(shí)施情況看，整體作業(yè)效果良好，采煤效率高。因此，該種作業(yè)方式適合在復(fù)雜地質(zhì)條件下頂板破碎工況中進(jìn)行推廣。值得注意的是，應(yīng)根據(jù)煤層的硬度厚度，對(duì)連續(xù)采煤機(jī)進(jìn)行優(yōu)化選型，并在頂板特別破碎條件下采用超前支護(hù)增加頂板的穩(wěn)定性，防止非正常落煤。

[1] 江小軍.連續(xù)采煤機(jī)塊段式開采頂板控制技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2015，43（12）：36-39.

[2] 章振雄.頂板破碎條件下連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工藝技術(shù)要點(diǎn)分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（20）：60-61.

[3] 石曉光.厚煤層堅(jiān)硬頂板連續(xù)采煤機(jī)短壁開采技術(shù)應(yīng)用研究[J].山西煤炭，2015（4）：56-59.