薄煤層綜采工藝分析及其適應性研究

張連鵬 張博

【摘要】：在介紹當前國內(nèi)薄煤層賦存情況及開采現(xiàn)狀的基礎上，研究了滾筒采煤機綜采、刨煤機綜采以及螺旋鉆綜采等幾種常用的薄煤層綜采工藝，并結(jié)合生產(chǎn)實踐分析了它們各自的適應性與應用優(yōu)缺點，為薄煤層綜采工藝的選擇提供參考。

【關鍵字】：薄煤層? 綜采工藝 適應性

一、國內(nèi)薄煤層賦存情況及開采現(xiàn)狀

據(jù)有關部門統(tǒng)計，在國內(nèi)70 多個大小礦區(qū)中，有近 450 個礦井賦存著大約 700 層左右的薄煤層，其中已探明的可采儲量近 60 億 t，占到了國內(nèi)煤炭可采儲量的近 1/5，而在這些薄煤層中以 0.8～1.3 m的薄煤層居多，占到了 86%左右，剩余的14%為厚度低于0.8 m 的煤層。

我國中厚煤層開采技術、厚煤層開采技術以及特厚煤層開采技術發(fā)展較快，開采技術也越來越成熟，而薄煤層開采技術發(fā)展速度相對較慢。這主要是由于開采薄煤層取得的經(jīng)濟效益相對較低，致使很多礦井一般都會優(yōu)先考慮開采中厚煤層及厚煤層，擱置薄煤層，部分礦井甚至干脆丟棄薄煤層。然而經(jīng)長期開采，很多礦井已幾乎沒有易采的中厚煤層，正常生產(chǎn)遭遇瓶頸，于是逐步開始重視發(fā)展薄煤層綜。

二、薄煤層滾筒采煤機綜采及其適應性

采用滾筒采煤機割薄煤層，其實際割煤作業(yè)與中厚煤層割煤作業(yè)大致相似，通常采用端部進刀方式，用割煤機的前滾筒來割頂煤，底煤用后滾筒來割，裝煤可通過讓滾筒的螺旋葉片與鏟煤板相互配合來完成，在割煤作業(yè)中，應采用往復式割煤，不留任何三角煤，對于頂板的管理可選用全部垮落法，另外對于頂板的支護應依據(jù)實際情況進行科學合理的選擇，若直接頂狀況良好且具有較好的穩(wěn)定性時，可采用滯后支護，若直接頂較破碎且不穩(wěn)定時，應優(yōu)先選用及時支護。對于采高大于 0.8 m，煤層傾角小于25°，且不存在較大斷層與褶曲構(gòu)造的薄煤層較適合采用薄煤層滾筒采煤機進行綜采。

薄煤層滾筒采煤機與刨煤機相比，其能更好地適應煤層厚度變化情況、頂?shù)装迤鸱闆r以及煤層存在夾矸，硬煤情況等，能更好地適應煤層賦存地質(zhì)條件，具有較高的過斷層能力、破煤能力，較高的機械化水平，能更好地管理頂板，降低安全隱患，可快速推進工作面，實現(xiàn)高產(chǎn)、高效，但是可采的最小采高受限，很難解決“小機身、大功率”問題。

三、薄煤層刨煤機綜采及其適應性

刨煤機在進行刨煤作業(yè)時，工作面兩端頭裝設的刨頭驅(qū)動裝置，會控制刨煤機刨鏈帶動刨頭工作，刨刀會按指定的刨削深度進行刨煤作業(yè)，實際刨落的煤炭資源會途徑刨頭犁形斜面最終流入輸送機，然后再由輸送機從工作面運出。

刨刀在刨煤時，其具體進刀方式可細分為人工開切口進刀與斜切進刀;人工開切口進刀作業(yè)主要是刨煤機由上切口運行至下切口來實施刨煤作業(yè)，在此過程中刨頭通過后液壓支架對輸送機槽與移架進行推移，當刨頭運行至機尾后再進行反方向刨煤，這樣反復循環(huán)多次可實現(xiàn)連續(xù)刨煤、運煤作業(yè)。

對于斜切進刀刨煤作業(yè)，主要為刨煤機由機頭逐步移向機尾上行來實施刨煤，在此過程中刨頭通過后液壓支架依據(jù)下行刨深來對輸送機槽進行推移，當刨頭到達機尾后并反向下行至輸送機彎曲段時，然后再逐漸斜切入煤壁，液壓支架會依據(jù)上行刨深來對輸送機槽進行推移，一個完整的采煤循環(huán)為工作面與端頭各液支架都動作一次。對于煤層厚度變化不大，賦存條件良好，傾角小于 25°，不存在較大斷層以及陷落柱，不粘頂，頂?shù)装宀淮嬖谳^大起伏，頂板沒有淋水，具有較強可刨性的煤層較適合采用刨煤機綜采。

應用刨煤機綜采薄煤層主要有下列優(yōu)點：第一，便于開采薄煤層，日常維護也較容易;第二，選用靜力來刨煤、裝煤，可采出更多塊煤，產(chǎn)生的煤粉少，且不易混入外在灰粉，有助提高煤質(zhì)，獲得高售價，同時可降低煤粉治理成本;第三，耗能少，振動小。進行割煤作業(yè)后，頂板暴露面積小、時間短，頂板易維護管理;可均勻釋放瓦斯，因此高瓦斯礦井可應用刨煤機刨煤;第四，全自動化刨煤機配備電液控制系統(tǒng)的液壓支架后，可把傳統(tǒng)的定壓推進轉(zhuǎn)換為定量推進，這樣可確保按固定刨深邊刨煤邊推進，可達到連續(xù)循環(huán)作業(yè)，能充分利用工作時間，實現(xiàn)高產(chǎn)、高效;第五，在回采巷道內(nèi)布設操作系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)，可改善工人作業(yè)環(huán)境，減輕工人勞動強度，減少勞動事故，降低勞動成本，且更易生產(chǎn)管理。

刨煤機采煤法的缺點是：第一，所用刨煤機各鑄件通常較單一，外形較復雜，且高精度，高自動化，這就對相關操作人員的操作技能提出了更高要求;第二，對待開采工作面具有較高的地質(zhì)條件要求，與滾筒采煤機相比，適應性較差，無法對刨頭高度進行隨時調(diào)整，易發(fā)生“飄刀”現(xiàn)象或“啃底”現(xiàn)象。

三、薄煤層綜采工藝適應性的綜合評價

目前，我國對薄煤層的開采大多采用炮采工藝。用于薄煤層開采的機械化裝備配套技術，在國內(nèi)還不太成熟，特別是當薄煤層埋藏比較深， 地質(zhì)條件比較復雜時，開采薄煤層的經(jīng)濟效益低， 嚴重地制約著我國薄煤層煤炭的開采。只要解決薄煤層綜采設備配套及回采工藝方面技術難點，薄煤層綜合機械化回采將對老礦區(qū)的穩(wěn)定發(fā)展起到至關重要的作用。但大量的生產(chǎn)實踐表明，綜采經(jīng)濟效益好壞，主要取決于煤層地質(zhì)條件。當工藝系統(tǒng)一定時，不同的煤層條件，就會獲得不同的技術經(jīng)濟效果。為此有必要提出薄煤層綜采工藝地質(zhì)條件適應性的地質(zhì)條件綜合評價。

1、薄煤層綜采工藝地質(zhì)影響因素分析

若應用薄煤層綜采技術，要進行詳盡、必要的地質(zhì)影響因素的可行性論證。薄煤層綜采受很多因素的影響，主要因素如圖 1所示：

在圖 1的評價因素3層次結(jié)構(gòu)中，復合因素是母節(jié)點，基因素是子節(jié)點，評價的順序是由基因素到復合因素、由低層次到高層次逐層進行，因而對于基因素的選擇和評價是首要的。

四、評價因素結(jié)構(gòu)

1、評價指標因素的量化分析

煤層地質(zhì)條件開采工藝性評價是一多層次多因素的綜合評價，綜合評價的價值基礎是因素的度量規(guī)范，多因素間必須在價值上約定一具有可比性的尺度，而且構(gòu)造因素隸屬函數(shù)是建立模糊綜合評價模型的基礎。該評價的隸屬函數(shù)是由有多年薄煤層綜采經(jīng)驗的現(xiàn)場技術人員、管理人員、工程師經(jīng)過培訓后，采用統(tǒng)計類比法結(jié)合薄煤層綜采礦井實際條件構(gòu)造的。

2、評價因素權重分析

該評價的權重也是由薄煤層綜采礦井礦有薄煤層綜采經(jīng)驗的現(xiàn)場技術人員、管理人員、工程師經(jīng)過培訓后，采用層次分析法 （AHP） 結(jié)合薄煤層綜采實際條件來構(gòu)造判斷矩陣。

四、結(jié)束語：

隨著各礦井開采年限的增加，礦井煤炭資源量不斷減少，而煤炭資源屬于一種非可再生資源，未來會變得日益緊缺。為此，必須充分保護好、利用好現(xiàn)有煤炭資源。

【參考文獻】：

[1] 黃銳，邱亮亮，劉寧寧.我國薄煤層開采及刨煤機采煤技術的應用[J].煤炭技術，2012（28）：3- 5.

[2] 黃銳，邱亮亮，劉寧寧.我國薄煤層開采及刨煤機采煤技術的應用[J].煤炭技術，2012（28）：3- 5.

[3] 王朝陽， 焦承堯， 王新瑩， 等. 薄 煤層 綜合 機械 化開采 工藝及配套設備的研究 [J]. 煤炭科學技術， 2005 （ 1）.