極薄煤層保護(hù)層綜合機(jī)械化開采技術(shù)的實踐

李耀瑤

（山西陵川崇安關(guān)嶺山煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048300）

1 工程概況

關(guān)嶺山煤礦14#煤層14204 綜采工作面處于礦井三水平，工作面走向長577 m，采長150 m 平均煤厚0.6 m。煤層平均傾角5.5°，變異系數(shù)達(dá)39.15%，屬極不穩(wěn)定煤層。區(qū)內(nèi)大斷層7 條，落差為0.5～6.7 m。工作面涌水主要來自頂板砂巖水影響，最大50～60 m3/h。瓦斯絕對涌出量0.63 m3/min，煤塵具有爆炸危險性，自然發(fā)火期為3～6 個月。

關(guān)嶺山煤礦15#煤層為突出煤層，將其上覆的14#煤層作為保護(hù)層進(jìn)行開采，使15#煤層得到卸壓，釋放瓦斯，降低瓦斯壓力，達(dá)到防止煤與瓦斯突出的目的，確保15#煤層安全回采。

2 試驗工作面設(shè)備配置及試驗情況

關(guān)嶺山煤礦14#煤層14204 綜采工作面主要設(shè)備配置情況如表1 所示。

表1 14#煤層14204 綜采工作面主要設(shè)備配置一覽表

開采設(shè)備于2017 年12 月11 日在14204 綜采工作面開始安裝，2018 年2 月4 日開始調(diào)試試生產(chǎn)，為安裝模板支架提供空間。2018 年2 月17 日開始安裝充填泵站及管路、充填模板液壓支架，2018 年3 月10 日投入正常的回采工作。

3 極薄煤層保護(hù)層綜合機(jī)械化開采技術(shù)的實施

3.1 配套設(shè)備能力提升研究

3.1.1 采煤機(jī)破巖能力提升技術(shù)的研究

通過關(guān)嶺山煤礦8 個月的現(xiàn)場試驗結(jié)果來看，采煤機(jī)裝機(jī)功率仍顯不足，集中反映在采煤機(jī)破巖能力不夠。雖可以短時間切割f=5 以下的巖石，但長期切割巖石尤其切割f=8 左右的巖石，造成采煤機(jī)滾筒損傷嚴(yán)重。8 個月內(nèi)更換了3 對滾筒。

針對采煤機(jī)問題進(jìn)行如下改進(jìn)：裝機(jī)總功率由710 kW 增至1120 kW；單搖臂總功率由320 kW 增至500 kW；機(jī)面高度由845 mm 提高到1249 mm，以增加整機(jī)過煤高度，使得過煤高度由328 mm 增加到476 mm；中部槽寬度由800 mm 增至900 mm，以增加中部槽內(nèi)出煤空間；整機(jī)質(zhì)量由30 t增加到60.5 t，以提高設(shè)備整體穩(wěn)定性；由于裝機(jī)功率的增大，采煤機(jī)滾筒直徑由1250 mm 增加到1600 mm，截深仍為630 mm，均采用凱南麥特原裝特制滾筒，對滾筒葉片及鎬形截齒采用特殊材質(zhì)進(jìn)行特殊處理。經(jīng)過上述技術(shù)改進(jìn)，采煤機(jī)破巖能力得到較大提升，適應(yīng)巖石的堅固性系數(shù)得到較大提升，可滿足關(guān)嶺山煤礦14204 綜采工作面極薄煤層保護(hù)層開采的需要。

回采期間，采煤機(jī)截齒每米平均消耗1.68 個，僅更換過3 次綜機(jī)配件，沒有發(fā)生過一起大的機(jī)電事故，工作面設(shè)備達(dá)到了配套預(yù)期的要求。目前工作面具備月推進(jìn)100 m 的水平。

3.1.2 刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)輸能力提升技術(shù)研究

從14204 綜采工作面試驗的具體情況來看，刮板輸送機(jī)的輸送能力不足，尤其是設(shè)備耐磨性不適應(yīng)現(xiàn)場實際情況的需要。刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)中部槽、槽幫磨損嚴(yán)重，其中轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾槽和弧形槽幾乎報廢。

針對試驗結(jié)果，對刮板輸送機(jī)做以下改進(jìn)：裝機(jī)總功率由800 kW 提高到1050 kW；設(shè)備運(yùn)力由1000 t/h 提高到1500 t/h；鏈條規(guī)格由Φ34 mm×126 mm 中雙鏈、破斷力1450 kN、Φ34 mm×126 mm接鏈環(huán)提高到Φ42 mm×146 mm 中雙鏈、破斷力2220 kN、Φ42 mm×146 mm 接鏈環(huán)；中板厚度由40 mm 加厚到45 mm；底板厚度由25 mm 加厚到30 mm；中部槽內(nèi)寬度由800 mm 增加到900 mm，并且均做了耐磨處理。

轉(zhuǎn)載機(jī)由SZZ-764/200 型提升為SZZ-800/250型，裝機(jī)功率由200 kW 提高到250 kW；刮板鏈條由Φ30 mm×108 mm 提高到Φ34 mm×126 mm，鏈條破斷力由1130 kN 提高到1450 kN；中部槽的厚度也分別由40 mm、20 mm 加厚到45 mm、25 mm；中部槽內(nèi)寬度由764 mm 增加到800 mm，并且均做了耐磨處理。

除上述對刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)的一系列改進(jìn)外，對機(jī)頭尾架、過渡槽、機(jī)頭尾鏈輪等也做了一系列的改進(jìn)，減少了斷鏈?zhǔn)鹿实陌l(fā)生，刮板輸送機(jī)過渡槽和轉(zhuǎn)載機(jī)弧形槽及中部槽磨損嚴(yán)重的情況也得到了改善，完全適應(yīng)了現(xiàn)場的運(yùn)輸需求。

3.1.3 配套設(shè)備的安全穩(wěn)定性技術(shù)研究

在極薄煤層保護(hù)層綜合機(jī)械化開采條件下進(jìn)行上述采煤機(jī)及刮板輸送機(jī)改造的同時，就充分考慮了設(shè)備的安全穩(wěn)定性能，在加大采煤機(jī)切割功率的同時不可避免的增加整機(jī)質(zhì)量，在控制整機(jī)高度、確保中心穩(wěn)定的同時增加了刮板輸送機(jī)的槽寬，以確保整機(jī)的穩(wěn)定性。同時增加采煤機(jī)整機(jī)質(zhì)量，也是為了縮短采煤機(jī)切割巖石時間，避免機(jī)器由于受阻跳（晃）動現(xiàn)象的發(fā)生。采煤機(jī)滾筒采用截深630 mm 特制滾筒，滾筒葉片加厚，使用耐磨材料及鎬形截齒，采用特殊材質(zhì)進(jìn)行處理，增加截齒冷卻裝置等，均是為了提高采煤機(jī)滾筒切割巖石能力，增加整機(jī)穩(wěn)定性?，F(xiàn)場工業(yè)性試驗過程充分驗證了一切改進(jìn)措施都是切實可行的，是符合現(xiàn)場特殊需要的。

3.2 設(shè)計參數(shù)優(yōu)化技術(shù)

14204 綜采工作面試驗過程中，最初工作面采長是238 m，開采過程中刮板輸送機(jī)起伏變化較大，運(yùn)輸阻力增加，造成事故發(fā)生。因此試驗時將工作面采長由238 m 縮短到150 m，減少設(shè)備運(yùn)行阻力，同時還可以降低每一循環(huán)的時間，加快工作面回采進(jìn)度，早日使下覆15#煤層得到解放。

另外，為了進(jìn)行沿空留巷和開展Y 型通風(fēng)工作，將原工作面風(fēng)巷（回風(fēng)巷）改為上進(jìn)風(fēng)巷，兼顧采煤工作面出煤、放置設(shè)備列車、進(jìn)風(fēng)的工作；將原工作面機(jī)巷（進(jìn)風(fēng)巷）改造為下進(jìn)風(fēng)巷，兼顧軌道運(yùn)輸、進(jìn)行沿空留巷、進(jìn)風(fēng)的工作，以便使整個極薄煤層保護(hù)層開采工作得以有序進(jìn)行。

上進(jìn)風(fēng)巷里段采用錨桿錨網(wǎng)支護(hù)，外段擴(kuò)修采用U 型鋼拱形支護(hù)。下進(jìn)風(fēng)巷里段采用矩形斷面錨網(wǎng)梁+錨索支護(hù)，外段采用36U 型鋼拱形支護(hù)。

3.3 極薄煤層條件下綜采工藝技術(shù)

工作面采用走向長壁后退式采煤法、全部垮落法控制頂板的綜合機(jī)械化采煤工藝。工藝流程為割煤斗移架一推刮板輸送機(jī)（完成4 ～6 循環(huán)后）→留巷巷幫充填。

（1）落煤。使用MG500/1120-3.3AWD 型交流變頻電牽引雙滾筒可調(diào)高采煤機(jī)雙向割煤，截深0.6 m。采煤機(jī)進(jìn)刀方式為端部斜切進(jìn)刀，不留三角煤。采煤機(jī)進(jìn)刀方式如圖2 所示。

圖2 采煤機(jī)進(jìn)刀方式圖

（2）裝煤。采用采煤機(jī)滾筒及工作面刮板輸送機(jī)鏟板裝煤。

（3）運(yùn)煤。工作面采用SGZ-960/1050 型刮板輸送機(jī)、上進(jìn)風(fēng)巷采用SZZ-800/250 型轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)煤。

4 實踐效果分析

14#煤層14204 綜采工作面自2018 年2 月4 日開始試生產(chǎn)，截至2018 年9 月30 日，工作面平均回采推進(jìn)356.05 m。其中上進(jìn)風(fēng)巷回采推進(jìn)354.9 m，下進(jìn)風(fēng)巷回采推進(jìn)357.2 m，且4、5、6 三個月回采進(jìn)度均超過60 m，最高為6 月份推進(jìn)68 m，達(dá)到試驗技術(shù)指標(biāo)要求。

采煤機(jī)切割能力得以提升，滾筒截齒損耗得到大幅度降低；刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)的輸送能力得到提高，沒有發(fā)生“壓死”刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)及鏈條拉斷的現(xiàn)象；液壓支架性能穩(wěn)定，達(dá)到現(xiàn)場支護(hù)要求，電液控制閥組穩(wěn)定，操作方便、快捷。在近八個月的工業(yè)性試驗期中，保護(hù)層開采工作面推進(jìn)達(dá)356.05 m，按照工作面采高1.8 m、煤層厚0.6 m計算，切割巖石量128 200 t，切割煤量41 000 t。在整個試驗期內(nèi)設(shè)備沒有發(fā)生過影響生產(chǎn)的重大事故，完好率保持在90%以上，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。