薄煤層綜采工藝分析及其適應(yīng)性研究

薄煤層綜采工藝分析及其適應(yīng)性研究

張連鵬張博【Summary】：在介紹當(dāng)前國內(nèi)薄煤層賦存情況及開采現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研究了滾筒采煤機(jī)綜采、刨煤機(jī)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(shí)踐分析了它們各自的適應(yīng)性與應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)，為薄煤層綜采工藝的選擇提供參考?！娟P(guān)鍵字】：薄煤層

綜采工藝適應(yīng)性一、國內(nèi)薄煤層賦存情況及開采現(xiàn)狀據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，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0.8～1.3m的薄煤層居多，占到了86%左右，剩余的14%為厚度低于0.8m的煤層。我國中厚煤層開采技術(shù)、厚煤層開采技術(shù)以及特厚煤層開采技術(shù)發(fā)展較快，開采技術(shù)也越來越成熟，而薄煤層開采技術(shù)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(jì)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(jī)綜采及其適應(yīng)性采用滾筒采煤機(jī)割薄煤層，其實(shí)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(jìn)刀方式，用割煤機(jī)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(yīng)采用往復(fù)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(hù)應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)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(hù)，若直接頂較破碎且不穩(wěn)定時，應(yīng)優(yōu)先選用及時支護(hù)。對于采高大于0.8m，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(jī)進(jìn)行綜采。薄煤層滾筒采煤機(jī)與刨煤機(jī)相比，其能更好地適應(yīng)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(yīng)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(jī)械化水平，能更好地管理頂板，降低安全隱患，可快速推進(jìn)工作面，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效，但是可采的最小采高受限，很難解決“小機(jī)身、大功率”問題。三、薄煤層刨煤機(jī)綜采及其適應(yīng)性刨煤機(jī)在進(jìn)行刨煤作業(yè)時，工作面兩端頭裝設(shè)的刨頭驅(qū)動裝置，會控制刨煤機(jī)刨鏈帶動刨頭工作，刨刀會按指定的刨削深度進(jìn)行刨煤作業(yè)，實(shí)際刨落的煤炭資源會途徑刨頭犁形斜面最終流入輸送機(jī)，然后再由輸送機(jī)從工作面運(yùn)出。刨刀在刨煤時，其具體進(jìn)刀方式可細(xì)分為人工開切口進(jìn)刀與斜切進(jìn)刀;人工開切口進(jìn)刀作業(yè)主要是刨煤機(jī)由上切口運(yùn)行至下切口來實(shí)施刨煤作業(yè)，在此過程中刨頭通過后液壓支架對輸送機(jī)槽與移架進(jìn)行推移，當(dāng)刨頭運(yùn)行至機(jī)尾后再進(jìn)行反方向刨煤，這樣反復(fù)循環(huán)多次可實(shí)現(xiàn)連續(xù)刨煤、運(yùn)煤作業(yè)。對于斜切進(jìn)刀刨煤作業(yè)，主要為刨煤機(jī)由機(jī)頭逐步移向機(jī)尾上行來實(shí)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(jī)槽進(jìn)行推移，當(dāng)刨頭到達(dá)機(jī)尾后并反向下行至輸送機(jī)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(jī)槽進(jìn)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(qiáng)可刨性的煤層較適合采用刨煤機(jī)綜采。應(yīng)用刨煤機(jī)綜采薄煤層主要有下列優(yōu)點(diǎn)：第一，便于開采薄煤層，日常維護(hù)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(jìn)行割煤作業(yè)后，頂板暴露面積小、時間短，頂板易維護(hù)管理;可均勻釋放瓦斯，因此高瓦斯礦井可應(yīng)用刨煤機(jī)刨煤;第四，全自動化刨煤機(jī)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(jìn)轉(zhuǎn)換為定量推進(jìn)，這樣可確保按固定刨深邊刨煤邊推進(jìn)，可達(dá)到連續(xù)循環(huán)作業(yè)，能充分利用工作時間，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效;第五，在回采巷道內(nèi)布設(shè)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(qiáng)度，減少勞動事故，降低勞動成本，且更易生產(chǎn)管理。刨煤機(jī)采煤法的缺點(diǎn)是：第一，所用刨煤機(jī)各鑄件通常較單一，外形較復(fù)雜，且高精度，高自動化，這就對相關(guān)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(jī)相比，適應(yīng)性較差，無法對刨頭高度進(jìn)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(yīng)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(jī)械化裝備配套技術(shù)，在國內(nèi)還不太成熟，特別是當(dāng)薄煤層埋藏比較深，地質(zhì)條件比較復(fù)雜時，開采薄煤層的經(jīng)濟(jì)效益低，嚴(yán)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(shè)備配套及回采工藝方面技術(shù)難點(diǎn)，薄煤層綜合機(jī)械化回采將對老礦區(qū)的穩(wěn)定發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。但大量的生產(chǎn)實(shí)踐表明，綜采經(jīng)濟(jì)效益好壞，主要取決于煤層地質(zhì)條件。當(dāng)工藝系統(tǒng)一定時，不同的煤層條件，就會獲得不同的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。為此有必要提出薄煤層綜采工藝地質(zhì)條件適應(yīng)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(yīng)用薄煤層綜采技術(shù)，要進(jìn)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(fù)合因素是母節(jié)點(diǎn)，基因素是子節(jié)點(diǎn)，評價的順序是由基因素到復(fù)合因素、由低層次到高層次逐層進(jìn)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(biāo)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(chǔ)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(chǔ)。該評價的隸屬函數(shù)是由有多年薄煤層綜采經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)場技術(shù)人員、管理人員、工程師經(jīng)過培訓(xùn)后，采用統(tǒng)計(jì)類比法結(jié)合薄煤層綜采礦井實(shí)際條件構(gòu)造的。2、評價因素權(quán)重分析該評價的權(quán)重也是由薄煤層綜采礦井礦有薄煤層綜采經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)場技術(shù)人員、管理人員、工程師經(jīng)過培訓(xùn)后，采用層次分析法（AHP）結(jié)合薄煤層綜采實(shí)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(hù)好、利用好現(xiàn)有煤炭資源。【Reference】：[1]黃銳，邱亮亮，劉寧寧.我國薄煤層開采及刨煤機(jī)采煤技術(shù)的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2012（28