薄煤層開采技術(shù)探討

黃鋼輝

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦，河南 平頂山 467000）

一、薄煤層概述

薄煤層主要根據(jù)煤層的實際厚度來進(jìn)行區(qū)分，煤層厚度在0.8～1.3m范圍內(nèi)時，就屬于可以開采的薄煤層。薄煤層相對于其他的煤層來講在開采時具有較好的優(yōu)勢，首先安全性較高，煤層厚度較薄而且采高較低、煤壁也不會容易片幫，這樣的情況下在綜采工作面進(jìn)行開采時，人行通道以及設(shè)備通道對開采作業(yè)人員的安全危害較小。另外，單次進(jìn)行開采的采全率高，開采空區(qū)的頂板在進(jìn)行處理時也比較容易。使用上行開采技術(shù)在工作面進(jìn)行開采時，頂板圍巖的應(yīng)力平衡被破壞，從而使圍巖應(yīng)力重新分布，而且隨著采空區(qū)范圍的逐漸增大，垂直應(yīng)力變化在充分采動過程中的分布曲線圖見圖1。

二、薄煤層開采技術(shù)

（一）薄煤層液壓支護(hù)的創(chuàng)新與設(shè)計

薄煤層生產(chǎn)關(guān)鍵就是開采的設(shè)備必須適應(yīng)薄煤層，其中液壓型支架是其核心所在，它能夠徹底改變薄煤層生產(chǎn)現(xiàn)狀。在 0.8 m以上煤層厚度生產(chǎn)中使用四連桿液壓形式的支架，但是在 0.5 m以下煤層不利于使用。新研制的 ZY2800型薄煤層液壓型支架，涵蓋了四連桿液壓形式的支架的性能與特點優(yōu)勢，它主要包括底座、頂梁、支撐液壓缸等，鉸接在頂梁的液壓缸能夠調(diào)節(jié)頂梁位置，支架運動主要依靠支撐缸與連接部液壓缸，兩個液壓缸能夠達(dá)到對支架姿態(tài)的控制。利用支架架型優(yōu)勢，提高了立柱伸縮比例，并且提高了支撐承載能力與支護(hù)的強度，其機構(gòu)可靠、穩(wěn)定，滿足了薄煤層的頂板施工條件，從而解決了薄煤層的支護(hù)問題。

（二）液壓型支架的頂梁設(shè)計結(jié)構(gòu)要求

1.使用整體疊加交叉結(jié)構(gòu)，這樣頂梁的厚度減小，為行人與采煤機提供方便，加大了頂梁支護(hù)高度，在保證支護(hù)強度同時，減小了前部厚度達(dá) 32 mm，加大了設(shè)備之間的間隙，保證了礦壓對支架的要求。

2.縮小底座支架寬度，降低前端底座的比壓，從而達(dá)到支架能夠順利移動。所設(shè)計的支架吸取了以前四連桿液壓式支架的優(yōu)點，尤其考慮了薄煤層厚度不穩(wěn)定的特點，設(shè)計的支架具有高度可大幅度調(diào)整的優(yōu)勢，另外所設(shè)計的支架承載載荷較大、強度很大、穩(wěn)定可靠，適應(yīng)薄煤層生產(chǎn)作業(yè)。

（三）增加液壓型支架行人的空間

支架橫向大于 700 mm，在高位的時候，梁端的距離很大，能夠滿足行人的通行，不管采煤機在采煤后與刮板機并移，或刮板機推移支架不移、或刮板機與支架均不移，都能達(dá)到采煤機的機頭、機尾通過的要求。從而為煤層厚度不均的薄煤層實現(xiàn)安全可靠的機械化生產(chǎn)提供條件，利用鉸接件與頂梁液壓缸進(jìn)行調(diào)整，增強了支架的強度與穩(wěn)定性，支架的底座安置液壓管節(jié)省了使用空間，并防止了支架過低擠壓膠管的現(xiàn)象。

（四）增加通風(fēng)配套的斷面

加寬了液壓型支架行人的通道也就是增加了通風(fēng)的斷面，減小了工作面的風(fēng)阻，使工作面內(nèi)的瓦斯聚集量得到稀釋，從而為提高煤礦的安全、效益提供保障。在薄煤層的設(shè)備上，必須考慮到設(shè)備的尺寸以及應(yīng)對瓦斯通風(fēng)的要求，在開采工作面斷面處于最小時，風(fēng)速也要滿足不小于 4 m/s的要求，通風(fēng)量也要達(dá)到 450 m3/s，并且在無人自動工作的工作面運行時，能夠增加通風(fēng)風(fēng)速，可以滿足循環(huán)割煤的需要。

三、薄煤層開采關(guān)鍵的技術(shù)

（一）自動化電控系統(tǒng)

由于薄煤層有限空間限制，電氣控制系統(tǒng)以及管路重疊組裝于支架里，考慮薄煤層開采的效益、成本、可靠性需要，在自動化電控系統(tǒng)中，不采用過于復(fù)雜的成套設(shè)備。針對薄煤層開采的實際情況，重點研發(fā)工作面工作過程的無人操作，如果不能實現(xiàn)薄煤層工作面開采的自動化，薄煤層開采將沒有意義。所以，要簡化薄煤層開采設(shè)備的操作與工藝，提高控制開采系統(tǒng)可靠性與可行性。薄煤層開采人員行動空間，由于受到設(shè)備、煤層環(huán)境影響，其活動空間狹小，對操作員工安全造成危險，所以，必須把開采工藝與控制電液系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，改進(jìn)薄煤層應(yīng)用電控出現(xiàn)的問題，從而提高控制電液系統(tǒng)應(yīng)用于復(fù)雜煤層的水平。

（二）薄煤層開采的工藝

薄煤層開采過程里滾筒的截深較大，采高的高度相對固定，適用于滯后型支護(hù)，在采煤的過程里先要推刮板機然后再移支架，隨著采煤機自動進(jìn)行推移支架與刮板機，在頂板相對條件很好時，可選擇先割煤然后按照順序進(jìn)行移架。因為薄煤層上下空間有限，設(shè)備維修時，必須由電液控制使傳輸機成組向外推移，增大維修作業(yè)的空間。當(dāng)設(shè)備維修后再將刮板機拉回到準(zhǔn)備割煤的位置，因為工序相對特殊，在以前控制的電液程序中是沒有接觸到的問題，這主要是由于，為了防止在拉架時，使相鄰的輸送機跟著后移，在推動千斤安裝有單向鎖裝置，但是成組拉回刮板機時，要借液壓機構(gòu)控制打開刮板機彎曲段兩側(cè)液控的單向閥體，從而使刮板機的彎曲段千斤解鎖，不然會使設(shè)備之間出現(xiàn)運動干涉。增加控制電液主閥的功能接口，使成組拉回刮板機時能夠同時打開與之相鄰單向閥進(jìn)油接口，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)程序電液控制，將控制簡單化。

結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前薄煤層開采設(shè)備能夠完成了地面調(diào)試和試制生產(chǎn)工作，薄煤層開采設(shè)備研制的成功，解決了薄煤層開采機械化生產(chǎn)的問題。整個開采設(shè)備的投入較少，其配套的支、運、采設(shè)備的質(zhì)量輕，可靠靈活，能滿足薄煤層開采使用要求，投入運行后很好解決薄煤層開采所遇到的問題，并改變了薄煤層生產(chǎn)方法相對落后的情況，其特點為設(shè)備技術(shù)可靠、工藝先進(jìn)，開采的機械化空間得到高校安全保證，實現(xiàn)了薄煤層開采工作面循環(huán)截割作業(yè)。