在薄煤层条件下实施综采技术的研究

【摘 要】本文针对我国薄煤层的分布状况以及在开采过程中遇到的问题展开论述，强调了薄煤层生产对于提高我国资源可持续性供给的重要意义，提出了提高薄煤层工作面高产高效的途径、条件和手段，对于煤矿企业的扩大生产、提高资源保障能力具有一定的参考价值。

【关键词】薄煤层；综合机械化开采；技术

0 引言

我国煤炭储量大且赋存多样化，其中薄与极薄煤层资源丰富，分布广泛。但每年从薄煤层中采出的煤量仅占全国总产量的10.4%，远远低于储量所占的比例，目前许多矿区随着开采强度的加大，厚及中厚煤层的储量急剧下降甚至枯竭，薄及较薄煤层逐渐变为主采煤层，薄煤层的开采日益受到重视。

1 国际上薄煤层开采的现状及发展

国外长壁式薄煤层高效开采主要有两种技术途径： 采用刨煤机、刮板输送机和液压支架的刨煤机综采机组；采用滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架配套的采煤机机组。

为适应“一矿一面”的高度集中化生产模式和煤矿生产集团化管理模式，先进采煤国家研制开发了矿井自动化监测控制系统，主要生产环节已基本实现自动化检测监控，实现了对综采工作面和矿井运输、通风、排水等设备和矿井瓦斯、煤尘等安全参数的全自动化监测和控制。纵观国外薄煤层采煤机发展情况，其主要发展趋势是：

（1）装机功率越来越大，最大功率已达500kW以上。这使得采煤机强行通过各种不利地质条件（断层、夹矸、局部变窄、褶曲） 的能力也随之提高，有效地解决了空间有限的薄煤层安全高效开采问题。

（2）无链交流电牵引技术日益普及 无链交流电牵引克服了液压牵引系统抗污染性低、工作面可靠性差的缺点，使采煤机的性能更加完善。

（3）多电机驱动、电机横向布置日益增多 多电机横向布置，解决了功率加大带来的外形尺寸增加的问题，并且装拆、维护十分方便，增强了采煤机对起伏的适应性。

（4）自动化程度越来越高 目前新型薄煤层采煤机都采用微机控制系统，装有多种监控装置，便于及时发现并排除各种故障，保证机器可靠运行。

2 国内薄煤层开采及发展现状

通过近几年的发展，目前国内薄煤层综合机械化开采，主要采用如下几种方式：刨煤机配液压支架综合机械化开采方法；滚筒采煤机配液压支架综合机械化开采方法；螺旋钻采煤法。

2.1 刨煤机配液压支架综合机械化开采方法

刨煤机是一种十分成功的薄煤层开采装备，能极大提高煤炭生产效率。刨煤机的切割速度可达到3m/s，切割功率超过2×200kW。根据煤的硬度，每刀截深可达到250mm。目前，工作面输送机和刨煤机均可采用智能驱动系统，加上可靠的支架控制系统，可使采煤工作面实现全部自动化。用刨煤机开采薄煤层有如下优点：

（1）刨煤机是实现薄煤层机械化开采的有效途径，它实现了落煤、装煤、运煤的联合机械化。

（2）刨煤机动力部分放在两侧巷道中，不进工作面。另外刨头较低，适用薄煤层工作面。

（3）可开采有突出危险的煤层。沿工作面煤壁刨出一道深20～100mm的煤槽，使瓦斯自然释放，防止瓦斯聚集。

（4）同电液控制的液压支架配套后，可实现由井下计算机控制的无人工作面作业。

2.2 滚筒采煤机配液压支架综合机械化开采方法

薄煤层滚筒采煤机在我国研制已有30年历史，开发出多种机型，从液压驱动、钢丝绳或链牵引发展到目前电牵引采煤机。现在国产薄煤层滚筒采煤机基本可以满足煤层厚度0.8～1.8m，煤质中硬以下的缓倾斜薄煤层开采需求。

与刨煤机相比，滚筒采煤机的主要特点：

（1）适应于煤层厚度变化较大的工作面；

（2）对煤层顶底板起伏变化适应性强；

（3）适用于含有夹矸煤层的回采；

（4）过断层能力强；

（5）对工作面长度要求比刨煤机工作面短。

薄煤层滚筒采煤机基本可分为骑溜式和爬底板式两种。前者具有结构简单，牵引阻力低及空顶面积小等特点，但因采煤机骑溜运行，故通过空间和过顶空间大，需要有较高的空间。后者具有结构紧凑、机械强度高、滚筒拆卸方便、装煤效果好、易于制造和维修方便等特点， 但因采煤机爬底板运行，故控顶距离较大。当采高在0.85m以下时宜采用爬底式采煤机；如采高在0.85m以上时，宜采用骑溜式采煤机。为实现无切口采煤，最好选用短机身双滚筒采煤机。鉴于采煤机司机跟机操作不方便，最好采用具有遥控功能的采煤机。

2.3 螺旋钻采煤法

螺旋钻采煤法是无人采煤工作面中较为成熟的一种方法。该采煤法广泛地用于开采围岩不稳定的薄煤层和极薄煤层，还可用于开采边角煤和回收各种煤柱。

螺旋钻采煤法的最大特点是不需回采工作面，及不需回撤工作面内的采煤机、输送机和支护设备， 仅在巷道中用螺旋钻采煤机就可将两侧各50～70m范围内的煤采出。工人在支护条件良好的巷道中工作，安全状况有了可靠的保障，彻底地改变了薄煤层回采工人在工作面内爬行的工作状况。螺旋钻采煤机适用于煤厚0.45～1.5m，倾角15°以下，切割阻力小于250～330kN/m的煤层。螺旋钻采煤法尽管巷道掘进率高，丢煤多，但用人少，效率高，同时还可使一些平衡表外的储量得到开采，相对提高了工业储量，延长了矿井的服务年限。随着螺旋钻采煤法的不断完善，此种采煤方法将有较好的发展前景。

3 总结与展望

发展薄煤层开采机械化，其核心是研制适应我国煤矿需要的薄煤层电牵引采煤机。我国薄煤层电牵引采煤机今后将从以下几个方面得到发展：

（1）总装机功率得到进一步提高，总装机功率达到600～700kW，装机功率、机面高度与过煤空间三者之间的矛盾仍然是研制大功率薄煤层采煤机的主要技术难题， 除发展新型高效电机外，采用特殊的总体布置方式仍是一条有效途经。由于采煤机截割与牵引功率的增大， 采煤机可靠性的提高而具有更高的开机率。

（2）以发展交流变频调速电牵引技术为主，根据不同用户的需求，其他电牵引方式如开关磁组和电磁滑差调速也将得到发展。

（3）发展的机型主要以骑刮板输送机采煤机为主，爬底板采煤机虽然具有机面高度低，功率大等优点，但是由于这种机型对地质条件的适应性差，使用范围受到限制。

（4）简化采煤机结构，采用先进工艺与技术，提高采煤机的工作可靠性。

（5）改进截割机构，提高截割效率，降低工作面粉尘生成量。采用中高压喷雾降尘，改善工作面生产环境。增加滚筒截深，增大截深可提高每一循环产量，截深从目前的0.8m增到1m左右。

（6）完善采煤机自动控制系统与故障诊断系统，利用煤岩识别技术，自动调整截割高度；利用交流变频电牵引技术，自动调整牵引速度；利用红外技术和电液阀技术，引导液压支架和工作面输送机自动推移；工作面巷道集中控制站与采煤机、液压支架、输送机、工作面巷道设备以及地面调度室的双向远程通讯；工作面巷道集中控制站、地面调度室对采煤机等工作面设备的远程集中控制，实现薄煤层工作面自动化开采。

（7）开发能适应较大倾角薄煤层生产需要的薄煤层电牵引采煤机。

（8）加大牵引速度。

【参考文献】

[1]刘心广，栾兴亮.薄煤层开采技术研究[J].中国煤炭，2008，3（34）.

[2]梁洪光.薄煤层综采技术发展现状[J].煤矿开采，2009，2（1）.