薄煤層綜采成套設(shè)備開采技術(shù)的應(yīng)用

陜永明

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)陽城西河煤業(yè)有限公司， 山西 陽城 048100）

引言

某礦井自從20 世紀(jì)90 年代開始，就進(jìn)行了薄煤層的開采，并在開采過程中積累了許多經(jīng)驗(yàn)，不僅采用了綜合機(jī)械化開采技術(shù)，而且采用了配套的開采設(shè)備，比如MG200/450-WD 型采煤機(jī)。該采煤機(jī)的產(chǎn)煤量非常高，在實(shí)際應(yīng)用過程中得到了廣泛的應(yīng)用。該礦之所以能取得這么高的收益是因?yàn)椴捎玫臋C(jī)械設(shè)備配套且完善，采煤工藝先進(jìn)，因此本文就從該礦工作面設(shè)備的選型以及性能特征出發(fā)，對(duì)配套設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及適用條件進(jìn)行了分析，以為其他礦井在進(jìn)行同類型煤層的開采時(shí)提供經(jīng)驗(yàn)以及參考[1-2]。

1 工作面概況

所進(jìn)行研究的工作面煤層賦存條件較好，煤層厚度大約在1.35 m，煤層傾斜角度不大，最大的煤層傾角為12°，最小的為3°，平均傾斜角度為7.5°。對(duì)于煤層頂?shù)装迩闆r來說，其直接頂主要由灰色細(xì)砂巖組成，老頂則由灰色粉細(xì)砂巖組成，并且該礦井為瓦斯礦井，工作面的相對(duì)瓦斯涌出量為3.2 m3/min，具有爆炸危險(xiǎn)性，煤炭的自然發(fā)火期為6～12 個(gè)月，總的來說，該工作面的煤質(zhì)較高，屬于優(yōu)質(zhì)煤[3-4]。而對(duì)于工作面布置情況來說，其走向長度為1 500 m，工作面長度為160 m，在回采過程中，需要設(shè)置多個(gè)煤柱來對(duì)頂板以及工作面圍巖進(jìn)行控制，以加強(qiáng)工作面的穩(wěn)定性。

2 綜采工作面三機(jī)配套

2.1 采煤機(jī)

2.1.1 選型

由于薄煤層開采的煤層厚度較薄，受開采高度的限制，采煤機(jī)必須選擇矮機(jī)身；同時(shí)由于薄煤層賦存條件經(jīng)常會(huì)發(fā)生變化，所以采煤機(jī)在進(jìn)行割煤時(shí)，常常會(huì)截割矸石，而由于矸石硬度較大，給截割頭所帶來的損傷也比較大，受到的沖擊、振動(dòng)以及摩擦?xí)宇l繁以及劇烈，因此所選采煤機(jī)的強(qiáng)度和截割頭的功率要高；其次當(dāng)工作面高低不平、易起伏時(shí)，所選擇的采煤機(jī)必須能夠適應(yīng)配套設(shè)備的最低工作高度；最后一個(gè)需要考慮的問題則是裝煤效果的問題，一般來說，適應(yīng)薄煤層開采的采煤機(jī)其滾筒直徑較小，因此裝煤效果較差，所以選擇的采煤機(jī)必須擁有較高的裝煤效率?；谝陨显瓌t，應(yīng)該選擇MG200/450-WD 型采煤機(jī)，該采煤機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表1 所示。而隨著采煤工作的進(jìn)行，又采用了MG2×100/456-WD 以及MG2×125/560-WD 型采煤機(jī)，使機(jī)身高度更低，裝機(jī)功率更大，產(chǎn)煤量更高。

表1 MG200/450-WD 型采煤機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.1.2 技術(shù)改造

由于該工作面的部分區(qū)域含有黃鐵礦，所以在該區(qū)域應(yīng)該對(duì)滾筒進(jìn)行優(yōu)化及改進(jìn)，在減小滾筒直徑的同時(shí)增加截齒的數(shù)量，使截割頭的強(qiáng)度以及功率增大，降低采煤機(jī)發(fā)生故障的可能性；其次要對(duì)采煤機(jī)的各個(gè)環(huán)節(jié)有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)某部分比較薄弱，就應(yīng)該提前下井對(duì)其進(jìn)行加固作業(yè)；同時(shí)對(duì)采煤機(jī)滾筒進(jìn)行改造，提高裝煤能力[5-6]。

2.2 輸送機(jī)

2.2.1 選型

薄煤層工作面在進(jìn)行運(yùn)輸機(jī)的選型時(shí)，所需要遵循的原則有：第一，由于工作面采高的限制，其運(yùn)輸機(jī)的中部槽的高度不能過大；第二，要增大運(yùn)輸機(jī)的寬度以和采煤機(jī)進(jìn)行更好的匹配，使運(yùn)輸機(jī)在縱向上的重心線與采煤機(jī)的重心線在同一條直線上；第三，要適應(yīng)采煤機(jī)過煤高度，不能過高，也不能過低。因此從以上原則出發(fā)，選擇使用SGZ764/400 型運(yùn)輸機(jī)，以提高運(yùn)輸機(jī)的輸送能力，達(dá)到高產(chǎn)高效的目的。

2.2.2 技術(shù)改造

為了提高運(yùn)輸機(jī)自身的強(qiáng)度，采用了E 型中部槽型鋼，減小了中部槽型鋼的磨損，延長了中部槽型鋼的使用壽命；其次將機(jī)頭的高度以及機(jī)尾過渡槽的高度減小，以改善采煤機(jī)截割的條件；同時(shí)在進(jìn)行中部槽焊接時(shí)，使用了大面積耐磨花紋堆焊工藝，以增強(qiáng)中部槽的焊接強(qiáng)度。

2.3 液壓支架

2.3.1 選型

在進(jìn)行工作面的開采時(shí)，要想保證采煤作業(yè)的安全進(jìn)行，就必須重視工作面的支護(hù)設(shè)計(jì)以及液壓支架的選型，所選擇的液壓支架必須具有足夠大的初撐力以及工作阻力，可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面圍巖的控制，增強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性，減少煤層頂板的下沉量，在一定程度上確保機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行高度以及作業(yè)空間；同時(shí)液壓支架的頂梁必須是一個(gè)整體，不能分開單獨(dú)進(jìn)行支護(hù)，且支架的長度應(yīng)該盡可能地長，厚度應(yīng)該盡量地小，從而增加支架的支護(hù)空間；除此以外，支架的質(zhì)量必須足夠好，硬度以及強(qiáng)度必須足夠大，并且設(shè)置支架操縱閥，使工作人員可以對(duì)支架進(jìn)行手動(dòng)控制，為行人空間提供便利。基于以上選型原則，所選擇的液壓支架型號(hào)為ZYB4400/8.5/1.8型，其液壓支架的主要參數(shù)情況如表2 所示。

表2 液壓支架主要技術(shù)參數(shù)

2.3.2 技術(shù)改造

考慮到所選擇的液壓支架形式，應(yīng)該采用大流量的液壓元件，以增強(qiáng)液壓支架的響應(yīng)速度，并在進(jìn)行液壓支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行合理布置，優(yōu)化液壓支架的結(jié)構(gòu)，從而增加人機(jī)空間，方便采煤等相關(guān)作業(yè)的進(jìn)行，并且提高液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度以增強(qiáng)支架的穩(wěn)定性。

3 采煤工藝

3.1 截深的選擇

影響采煤機(jī)截深的因素有很多，比如采煤機(jī)的功率、開采煤層的地質(zhì)條件、煤層的厚度和開采高度、液壓支架的支護(hù)形式等，這些因素都會(huì)對(duì)截深造成不同程度的影響，綜合考慮這些因素的共同作用后，可以確定在對(duì)該工作面進(jìn)行回采時(shí)，其采煤機(jī)的截深為0.8 m。但是當(dāng)煤層的頂板節(jié)理裂隙發(fā)育程度較高，或者煤壁嚴(yán)重片幫時(shí)，應(yīng)該采用超前擦頂?shù)姆绞絹韺?duì)采煤機(jī)進(jìn)行拉架，從而提高工作面向前推進(jìn)的速度，增加工作面的產(chǎn)煤量。

3.2 支護(hù)以及移架方式

在對(duì)工作面進(jìn)行支護(hù)時(shí)，液壓支架所選擇的支護(hù)方式是及時(shí)支護(hù)，且在正常回采過程中，選用追機(jī)移架的方式來移動(dòng)液壓支架。在進(jìn)行回采作業(yè)時(shí)，首先使用采煤機(jī)進(jìn)行割煤，其次移動(dòng)液壓支架，及時(shí)對(duì)工作面進(jìn)行支護(hù)，最后推移運(yùn)輸機(jī)，對(duì)采煤工作面的煤炭進(jìn)行運(yùn)輸。當(dāng)工作面的頂板在圍巖應(yīng)力的作用下發(fā)生破碎時(shí)，應(yīng)該采取超前擦頂移架的方式，它與追機(jī)移架方式的不同就在于，該方式是首先移動(dòng)液壓支架，其次再進(jìn)行割煤作業(yè)。同時(shí)需要注意的是，不管采用哪種移架的方式，其液壓支架的移動(dòng)速度必須要與采煤機(jī)的牽引速度相一致。

3.3 采煤機(jī)進(jìn)刀方式

在對(duì)工作面進(jìn)行割煤時(shí)，采用的是端部斜切進(jìn)刀割三角煤的方式，其進(jìn)刀的長度在25～30 m 之間，往返割兩刀，其中采煤機(jī)前部的滾筒截割的是工作面頂板上的煤，而后部的滾筒截割的是底板上的煤。

4 工作面工序匹配的保障措施

為了更好地進(jìn)行采煤作業(yè)，需要對(duì)井下的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并保證井下與井上的通信正常，因此選擇了TK-200 通信控制系統(tǒng)，以增強(qiáng)工作面的管理，降低機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的概率，同時(shí)有利于井上工作人員對(duì)井下進(jìn)行生產(chǎn)指揮。

5 應(yīng)用效果

在將該套薄煤層綜采設(shè)備應(yīng)用于礦井后可知，該礦的產(chǎn)煤量大大提高，一共采出煤炭600 余萬t，并且單月產(chǎn)量也大大提高，曾有一個(gè)月的產(chǎn)量創(chuàng)下了全國薄煤層開采月產(chǎn)最高紀(jì)錄，截止到目前為止，已經(jīng)多次刷新了同等條件下薄煤層開采全國日產(chǎn)最高紀(jì)錄，取得了非常喜人的成績，不僅實(shí)現(xiàn)了煤礦的高效生產(chǎn)，還提高了煤礦生產(chǎn)的安全性。

6 結(jié)論

采用該套綜采設(shè)備進(jìn)行開采，不僅解決了薄煤層開采難度大的問題，還大大提高了礦井的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了煤礦的安全高效生產(chǎn)，并且減少了煤炭資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了薄煤層的大規(guī)模機(jī)械化開采，為我國煤礦在進(jìn)行同等條件下的薄煤層開采提供了可借鑒的設(shè)備選型設(shè)計(jì)以及方法參考。