极薄煤层机械化开采技术研究

极薄煤层机械化开采技术研究

张长腾,张琳

枣庄市留庄煤业有限公司   山东枣庄277517

   滕州市中源勘测设计有限公司  山东枣庄277517

摘要：开采利用薄煤层资源对于资源枯竭矿井的可持续发展具有重要的现实意义，为提高生产效益和降低工人的劳动强度，增强现场安全系数，采用机械化开采技术势在必行。留庄煤业公司通过对国内外薄煤层开采设备及实际应用的调研考察,结合矿井现有极薄煤层赋存状况及地质条件,研究实施极薄煤层高档普采技术,并就如何提高极薄煤层高产高效开采,在巷道布置及回采工艺上进行了探索与实践。

关键词：极薄煤层、机械化开采

经过长时间的持续开采,留庄煤业公司煤炭资源日渐枯竭。为最大限度地回收有限的煤炭资源，尽量延长矿井开采年限,增加社会就业人数，提高生产效益和降低工人的劳动强度，增强现场安全系数，维持企业的稳定发展。留庄煤矿以17煤为突破口，探索试验薄及极薄煤层开采新工艺、新方法和新设备,实现极薄煤层综合机械化开采。

一、极薄煤层地质条件

留庄煤矿17煤煤层厚度约0.65~0.75m，顶板十一灰厚度0～1.5m，极不稳定，灰色、富含蜓及海百合茎化石；底板细砂岩，厚度1～7.16m，平均3.63m，灰色，中厚层状，成分为石英，长石坚硬，泥硅质胶结。

二、调研情况

泉上煤矿薄煤层采用爬底板煤机回采16煤，煤层厚度600mm以上时使用。泉上煤矿16煤赋存较浅，顶板完整，支护简单。采用倾斜长壁后退式采煤法，单滚筒采煤机割煤，滚筒截深0.8m，一次采全高，机械落煤、刮板输送机运煤，缓慢下沉法管理顶板的高档普采采煤工艺。

万昌煤矿8下煤层平均厚度600mm。工作面平均倾向长度85m。直接底厚度为1.4m的细砂岩，直接顶2.8m粉砂岩。工作面顶板平整，无特殊支护。采用“MG110/130-TPD采煤机+SGB620/40T刮板输送机+单体液压支柱”高档普采工艺，实行全部垮落法管理顶板。

新兴煤矿年产170万吨，其薄煤层采煤机在回采7煤，煤层平均厚度750mm。工作面面长150m。顶板为细砂岩，底板为泥砂岩。工作面顶板平整，无特殊支护。煤质较软。顶底板平整。采用“MGD80/200-BW采煤机+SGZ630/150CT刮板输送机+单体液压支柱”高档普采工艺，实行全部垮落法管理顶板。柱距0.8m，排距0.8m。每小班2循环，每循环进度0.8m。进刀方式和割煤方式：做缺口进刀，双向割煤。采煤机上、下行割煤全高。支护方式一组两棵对柱，三排六棵，割煤后卸一棵打临时。滚筒采用直径700mm，截深800mm,采全煤，不割顶、底。该矿液压牵引煤机已使用30多年，使用经验成熟。

三、留庄煤矿设备选型

通过多地调研结合留庄煤矿地质条件，其17煤顶板灰岩局部缺失，采高在0.7m左右；164采区16403首采面断层里煤层厚度约在0.6m，顶板灰岩，且凹凸不平。煤机要考虑机身长短情况，同时要考虑机型是否符合我矿地质条件使用。主要考虑因素如下：

1、由于受采高限制，煤机时应优先考虑截割功率大的机型，同时应要考虑不可拆的大件是否可吊罐底下井。

2、留庄煤矿局部煤层采高0.7m，煤机需直接割底，对煤机质量要求较高。由于底板硬度高不易割动，应提前考虑在17煤尝试岩石注水进行预裂。

3、留庄煤矿薄煤层开采要充分考虑164采区里段0.6m煤层，选用的新机型要在17煤和16煤里外段兼顾使用，应选择功率大、机身重机型。但也应考虑一下问题：（1）过煤高度要充分考虑，因为回采16403里段0.6m 厚煤层必须进行破底，大块矸石是否能顺利运输是要考虑的问题；（2）机身短，但同时要考虑其设备的稳定性。（3）分考虑了功率、过煤高度、机身高度、自身重量等，但是爬坡高度不能忽视。

结论：经多次调研学习及技术论证，留庄煤矿17煤极薄煤层工作面采用高档普采工艺，采煤机由吉林省机械装备制造有限责任公司生产，型号为MG150/370-BWG型交流电牵引采煤机；工作面刮板输送机由山东赛诺机电设备科技有限公司生产，型号为SGZ630/132。

四、极薄煤层回采情况

留庄煤矿在17102工作面进行了极薄煤层的首采实验。

（一）17102工作面概况

17102工作面位于171采区的北翼，工作面采用对拉布置，上下面长度均为70m。该工作面煤层平均厚度0.65m，黑色，光亮型，以亮煤为主，夹镜煤条带，属较稳定煤层；顶板十一灰厚度0～1.5m，极不稳定，灰色、富含蜓及海百合茎化石；底板细砂岩，厚度1～7.16m，平均3.63m，灰色，中厚层状，成分为石英，长石坚硬，泥硅质胶结。

工作面采用高档普采工艺，采煤机由吉林省机械装备制造有限责任公司生产，型号为MG150/370-BWG型交流电牵引采煤机；工作面刮板输送机由山东赛诺机电设备科技有限公司生产，型号为SGZ630/132。

（二）工作面产量完成情况

17102下面于2019年3月18日早班开始生产截止到6月5日，17102累计完成产量24812.8吨，其中原煤测产产量17598吨，采岩3607.4m

3，平均月度产量为1万吨。

（三）制约生产的因素分析

1、地质条件因素。

（1）17102工作面初采阶段底板相对松软，需要放松动炮的情况较少。但是回采至中后阶段，底板岩石硬度增加，且上下面均有断层，由于煤层底板坚硬，每班割煤前需要对工作面进行放松动炮处理。工区每班安排人员提前2小时下井进行打眼作业，受采高较低和底板坚硬影响，需要采用三部钻（手持式风煤钻、电煤钻、气腿式凿岩机）同时打眼，打眼难度大，每班大约需要4～5小时。导致工作面放松动炮频繁，严重制约了生产。

（2）底板岩石变坚硬后，也增加了采煤机截齿的消耗量，在割煤过程中，当发现截齿磨损严重时，需要停机更换截齿，减少对滚筒的磨损。

（3）17102工作面顶板十一灰不稳定，局部缺失，特别是工作面周期来压期间，顶板容易出现漏顶，需要使用竹芭、木枇子等支护材料加强支护；工作面切顶排支柱变形大，升出量不足的支柱较多，造成回料非常困难，影响工作面推进速度。

2、机械设备故障频繁因素。

为了保证工作面正常的通行和采煤机顺利通过，工作面最小采高为950mm，而采煤机滚筒直径为750mm，因此工作面破底量较大，造成采煤机故障率高。采煤机适应煤层倾角能力特别差，工作面出现起伏或倾角变化时，采煤机滑靴容易掉道，影响采煤机正常割煤，滑靴磨损严重，更换频繁；采煤机滚筒磨损快，截齿消耗量大等。

3、采煤工艺环节复杂制约生产。

（1）初采期间的支护工艺

由于17煤顶板十一灰极不稳定，局部缺失，因此工作面支护工艺采用DW系列单体液压支柱配合DJC-800/300型金属铰接顶梁支护顶板。由于采煤机滚筒截深为800mm，同时结合对极薄煤层高档普采工艺的前期调研，确定初采期间支柱排距为800mm，柱距为750mm，见五回一。采用ZQS12/1200型墩柱加强顶板支护并兼做移溜用，墩柱的使用既增加了工作面支护强度，还减少了支设生根柱等工序，减轻了工人劳动强度，提高了工作效率。

（2）调整后的支护工艺

17102工作面割底量大，采煤机无法一次截割800mm，当采煤机截深超过400mm时，采煤机割煤速度降低、电流负荷增大甚至跳闸，通过近一个多月的不断摸索和总结，确定17102工作面采煤机合理的截深为400mm，每刀割煤时间约2个小时，每两刀一个循环，循环进尺800mm，然后进行支设正规支柱，回柱放顶。

为了减少工艺流程、提高工作效率，减少工人劳动强度，17102下面从2019年4月24日起，排距由800mm调整为1200mm，每三刀一个正规循环，循环进尺1200mm，见四回一。工作面金属铰接顶梁型号调整为DJC-1200/250G型，单体液压支柱采用错梁齐柱方式，正悬臂梁前八后四，倒悬臂梁前四后八。

（3）支回柱环节复杂制约生产

支护工艺调整后，优点是工作面排距由800mm调整为1200mm，通过调整工作面排距，提高了工作面连续推进速度，便于集中进行割煤，还减少了回柱放顶次数，减轻了工人劳动强度，增加了工作面人行道空间。但由于操作空间狭小，也给工人作业带来了难度。

五、极薄煤层开采经验

通过一段时间极薄煤层的回采情况来看，回采期间采煤机合理的截深和顶板控制方式的确定影响推采进度，工作面煤层较薄是造成支回柱环节复杂的最主要原因，也是制约生产的最根本因素，通过后期对回采工艺的不断改进，留庄煤矿煤层厚度不低于0.7m煤层，可实现高档普采工艺，并能完成生产任务。

通过对新型采煤机的考察和追踪调研，以及对留庄煤矿17102工作面极薄煤层开采情况来看，极薄煤层煤实现机械化开采是可行的，部分16层煤（0.7m左右厚度）按照机械化装备，可以实现机械化回采工艺。

参考文献

[1]浅谈薄煤层开采关键方法与技术[J].丁华.技术与市场.2016(02)

[2]薄煤层开采技术与应用[J].介晓波.能源与节能.2015(01)

[3]采矿技术中薄煤层的开采现状分析及对策[J].张鹤松.黑龙江科技信息.2013(09)

[4]薄煤层,极薄煤层螺旋钻无人工作面开采技术的研究与应用[J].李宏.全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集