薄煤層開采技術(shù)

1、薄煤層開采技術(shù)摘要對于我國資源儲(chǔ)量比較大的薄煤層來說,隨著國內(nèi)外采礦設(shè)備制造水平的提高,在采用大功率、高可靠性工作面設(shè)備的基礎(chǔ)上,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐拿簩淤x存情況,因地制宜地選擇采煤機(jī)械,并采用合理的采煤方法,努力實(shí)現(xiàn)薄煤層的高產(chǎn)高效開采。關(guān)鍵詞薄煤層開采工藝分析回采技術(shù)發(fā)展趨勢支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀我國把厚度小于1.3 m的煤層劃歸為薄煤層,厚度小于0.8 m的煤層屬于極薄煤層。我國薄煤層資源豐富,分布面廣,而且煤質(zhì)好。據(jù)統(tǒng)計(jì),全國薄煤層的儲(chǔ)量占全部可采儲(chǔ)量的20%,在近80個(gè)礦區(qū)中的400多個(gè)礦井中就有750多層為薄煤層。其中,厚度在0.8 m1.3 m的共占86.02%,小于0.8 m的占13.98%,

2、0.8 m1.3 m的緩傾斜煤層占73.4%,開采條件相對較好。一些地區(qū)薄煤層儲(chǔ)量比重很大。貴州省占37%,山東省占52%,四川省占60%。盡管有較好的儲(chǔ)存條件,但由于受“勞動(dòng)強(qiáng)度大、機(jī)械化程度低、安全系數(shù)低、工作效率低”的“一大三低”影響,每年從薄煤層中采出的煤量僅占全國總儲(chǔ)量的10.4%,而且還有繼續(xù)下降的趨勢,產(chǎn)量與儲(chǔ)量的比例嚴(yán)重失調(diào),造成國家資源的浪費(fèi),礦井服務(wù)年限。我國從20世紀(jì)60年代起始對薄煤層工作面綜合機(jī)械化開采技術(shù)與裝備展開研究,先后研制并生產(chǎn)了多種類型薄煤層工作面綜采配套設(shè)備,但沒有解決關(guān)鍵性技術(shù)裝備問題,薄煤層開采成本高、單產(chǎn)低、效益差、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高等問題,一直未能得到

3、有效解決。一、薄煤層開采的特點(diǎn)目前我國薄煤層多數(shù)采用普采,高檔普采,效率低,經(jīng)濟(jì)效益差,一直制約著薄煤層資源的開采和利用。一些礦井雖然使用了綜合采煤設(shè)備,但是三機(jī)裝備配套性能不佳,生產(chǎn)效率低,工作面生產(chǎn)能力很低。薄煤層由于其開采厚度較小,與中厚及厚煤層相比,開采主要存在以下特點(diǎn):煤層薄、采高低、煤質(zhì)硬、勞動(dòng)效益低煤層厚度多在1.3 m以下,并且煤層硬度多大于34,使得人員進(jìn)入或在工作面內(nèi)作業(yè)以及設(shè)備移動(dòng)都十分困難。采掘比例大、掘進(jìn)率高,采掘接替緊張隨著刨煤機(jī)、螺旋鉆機(jī)等設(shè)備的投入,工作面推進(jìn)加快,而回采巷道多為半煤巖巷,綜掘設(shè)備難以投入。煤層的厚度、角度變化,褶曲、斷層等構(gòu)造對采煤方法影響很大

4、。目前我國薄煤層開采技術(shù)發(fā)展的還不是很好。1機(jī)械化程度低。由于薄煤層采煤工作面空間非常狹小,工作條件也比較差,這樣就給設(shè)備的設(shè)計(jì)制造和井下移動(dòng)帶來諸多困難。2生產(chǎn)效率低下。薄煤層由于煤層厚度變化、斷層等地質(zhì)構(gòu)造,對煤層開采有很大影響,生產(chǎn)能力低,一般薄煤層單產(chǎn)只為中厚煤層的1/3或更少。3投入產(chǎn)出比高。由于效率低,掘進(jìn)率高,其開采成本明顯高于中厚煤層,而經(jīng)濟(jì)效益則不如中厚煤層?？梢?發(fā)展機(jī)械化、實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化采煤,是實(shí)現(xiàn)薄煤層開采高產(chǎn)高效的唯一出路,我國在這方面一直在不斷努力。二、薄煤層工作面設(shè)備選擇與工藝分析(一采煤設(shè)備及工藝的選擇高效高產(chǎn)的采煤的決定性因素之一就是是否合理的選擇回采工藝,它

5、與設(shè)備的選擇、員工的綜合素質(zhì)、煤層傾角有關(guān)。盡管采煤機(jī)械化水平是煤礦高產(chǎn)高效的必由之路,但薄煤層地質(zhì)復(fù)雜,遇構(gòu)造難以通過,故應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的采煤工藝及參數(shù),否則會(huì)出現(xiàn)采煤機(jī)組不適應(yīng)地質(zhì)條件或不配套、勞動(dòng)作業(yè)循環(huán)不容易組織等情況。對煤厚在1.0 m1.3 m、賦存簡單的緩傾斜或傾斜煤層,選擇綜合機(jī)械化開采是最佳選擇,結(jié)合現(xiàn)國內(nèi)薄煤層刨煤機(jī)開采的實(shí)踐,應(yīng)用刨煤機(jī)全自動(dòng)化開采系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)薄煤層高產(chǎn)高效的有效途徑。由于采煤機(jī)截深大,自重不足,且有時(shí)需要挑頂割底,截齒磨損嚴(yán)重,因此選用淺截深、速度快、適應(yīng)性強(qiáng)的刨煤機(jī)綜采工藝是1.3 m以下煤層高產(chǎn)高效的首要選擇。(二確定合理的工藝參數(shù)工作面合理工

6、藝參數(shù)的確定,是綜采配套設(shè)備實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)的基礎(chǔ)。1截深的選擇?？紤]采煤機(jī)功率、煤質(zhì)硬度系數(shù)、煤層厚度及采高、頂板節(jié)理發(fā)育情況、支撐壓力壓酥煤壁深度、支架支護(hù)方式等因素來確定截深。通過認(rèn)真分析工作面地質(zhì)條件和設(shè)備配套情況,確定截深。當(dāng)頂板節(jié)理發(fā)育、片幫嚴(yán)重時(shí),每刀拉架時(shí)進(jìn)行超前支護(hù),以提高循環(huán)單產(chǎn)。2支護(hù)與移架方式。采用鄰架操作,及時(shí)支護(hù)。在采煤機(jī)割過后,先移支架撐住頂板,然后再移輸送機(jī)。結(jié)合煤層厚度掌握加長桿伸縮范圍,以便以合理架位及高度支護(hù)頂板。當(dāng)頂板情況允許時(shí),順序移架與隔架移架相結(jié)合,保證移架速度滿足采煤機(jī)割煤速度,以實(shí)現(xiàn)連續(xù)快速割煤的需要。3采煤機(jī)進(jìn)刀方式。在薄煤層的開采中,可采用采

7、煤機(jī)落煤,單向采煤,中部斜切進(jìn)刀。前滾筒割頂煤,后滾筒割底煤,自開缺口。(三綜合機(jī)械化技術(shù)現(xiàn)狀目前,我國薄煤層開采綜合機(jī)械化有許多種,大致分以下幾類:滾筒采煤機(jī);刨煤機(jī);連續(xù)采煤機(jī)(房柱式采煤;螺旋鉆采煤。滾筒采煤機(jī)我國薄煤層采煤機(jī)的研究始于20世紀(jì)60年代,主要用于改裝、革新類機(jī)組。這類薄煤層滾筒采煤機(jī)主要有mlq系列采煤機(jī),如mlq-64、mlq-80、mlq3-100型等采煤機(jī),裝機(jī)功率60100 kw。三、回采技術(shù)現(xiàn)狀通過近些年的發(fā)展,國內(nèi)薄煤層綜合機(jī)械化開采水平已經(jīng)大幅提高,并形成了三種主要的開采方式:刨煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法、滾筒采煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法、螺旋鉆

8、采煤法。綜合機(jī)械化采煤要達(dá)到高產(chǎn)高效,采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架等主要設(shè)備(統(tǒng)稱“三機(jī)”的生產(chǎn)能力和有關(guān)技術(shù)參數(shù)必須匹配,有配合關(guān)系的結(jié)構(gòu)尺寸必須互相適合?！叭龣C(jī)”配套的核心環(huán)節(jié)是采煤機(jī)。現(xiàn)就各采煤方式的應(yīng)用情況作一比較。(一刨煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法核心部件是刨煤機(jī)。刨煤機(jī)在薄煤層開采中的應(yīng)用十分廣泛,主要適用于煤層傾角小于25o,工作面坡度穩(wěn)定,煤體硬度小于25MPa、煤體硬度小于底板硬度以及地質(zhì)條件穩(wěn)定的煤層,如果煤體硬度大于25 MPa,則需使用動(dòng)力刨煤機(jī)。刨煤機(jī)塊煤率高、煤塵小,結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、易于維護(hù)和相對較低的能量消耗,采煤過程連續(xù)進(jìn)行,工作時(shí)間利用率高。刨煤機(jī)

9、可采沒岑高度厚度僅僅相當(dāng)于滾筒采煤機(jī)可采煤層厚度的60%,相對于其他薄煤層設(shè)備而言具有較大優(yōu)勢,因此在發(fā)達(dá)國家如德國、烏克蘭、美國等得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)階段,刨煤機(jī)的技術(shù)水平已發(fā)展到了采高0.6-3m,截深最大可達(dá)300mm,可刨硬度f=4,刨速最高可達(dá)3m/min,裝機(jī)功率最大可達(dá)800kw,鋪設(shè)長度達(dá)300m。鐵法小青礦采取國內(nèi)配套的方式引進(jìn)一套德國DBT公司全自動(dòng)化刨煤機(jī)系統(tǒng),271天生產(chǎn)煤炭106萬噸,最高日產(chǎn)6480噸,小青礦全自動(dòng)化刨煤機(jī)開采技術(shù)的成功極大地提高了國內(nèi)煤炭行業(yè)使用刨煤機(jī)的積極性。刨煤機(jī)的缺點(diǎn)和不足:適用范圍受地質(zhì)條件影響較大、總裝機(jī)功率偏小以及刨頭的破煤能力和刨硬煤能力

10、不強(qiáng)、刨煤機(jī)部分元部件的壽命較短、調(diào)高比較困難、刨頭與輸送機(jī)和底板的摩擦阻力大、電動(dòng)機(jī)功率的利用率較低。(二滾筒采煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法核心部件是滾筒采煤機(jī)。滾筒采煤機(jī)適應(yīng)于煤層厚度變化大的工作面,對煤層頂?shù)装迤鸱兓m應(yīng)性強(qiáng),對含有夾矸煤層的回采效果良好,過斷層能力強(qiáng)以及對工作面長度要求比刨煤機(jī)短。滾筒采煤機(jī)由于適應(yīng)性強(qiáng)、效率高、便于實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化作業(yè),因而發(fā)展迅速。它的整體結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)、適應(yīng)能力、可靠性等諸方面,較之以往有了較大創(chuàng)新和提高。薄煤層滾筒采煤機(jī)是在中厚煤層滾筒采煤機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它具有許多有點(diǎn):1、積木式無底托架結(jié)構(gòu)、液壓螺母緊固、多臺(tái)截割電動(dòng)機(jī)橫向布置、抽屜

11、式不見安裝等技術(shù)的應(yīng)用,使得薄煤層滾筒采煤機(jī)結(jié)構(gòu)更加簡單,安裝更加輕便;2、整體結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方式的改進(jìn),使得滾筒采煤機(jī)的機(jī)身變得更窄、更低;3、采煤機(jī)功率的不斷加大,以及電氣調(diào)速行走和遠(yuǎn)程無線控制技術(shù)的應(yīng)用,使得薄煤層滾筒式采煤機(jī)更能適應(yīng)較復(fù)雜的開采地質(zhì)條件;4、薄煤層采煤機(jī)比較適合小型煤礦的綜合機(jī)械化開采。(三螺旋鉆采煤法螺旋鉆采煤主要存在的問題:留設(shè)鉆孔間煤柱和鉆孔組間煤柱,降低了采出率;2、接長和縮短鉆桿所用的時(shí)間占工作總時(shí)間的比重較大。我國近幾年引進(jìn)了一些螺旋鉆采煤機(jī),取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。新汶礦業(yè)集團(tuán)從烏克蘭引進(jìn)的2臺(tái)薄煤層螺旋鉆采煤機(jī)(適用于0.6-0.9的薄煤層,在傳統(tǒng)開采方法無法

12、開采的薄煤層范圍內(nèi)取得了突破。四、薄煤層開采技術(shù)發(fā)展趨勢薄煤層比中厚煤層經(jīng)濟(jì)效益差的現(xiàn)實(shí),決定了其開采技術(shù)及裝備的相對滯后,尤其受條件影響,設(shè)備的安裝、檢修、操作等均受到很大的限制。此外,薄煤層生產(chǎn)能力低,單產(chǎn)水平低,巷道消耗率高、接替緊張等特點(diǎn)使得設(shè)備難以進(jìn)行有效開采,部分條件極為復(fù)雜的薄煤層只能棄而不采,資源損失嚴(yán)重。實(shí)現(xiàn)薄煤層安全高效開采,根本出路在于機(jī)械化。當(dāng)前,開采技術(shù)和設(shè)備重要性凸顯,尤其對中小礦井而言,精選適合薄煤層開采的液壓支架、采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等“三機(jī)”配套設(shè)備,大功率、重型化、小體積和高可靠性的設(shè)備,實(shí)現(xiàn)工作面的自動(dòng)化操作和控制是恰當(dāng)?shù)氖菍?shí)現(xiàn)礦井增產(chǎn)增效的有效手段。五、高效掘

13、進(jìn)與支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀(一煤巷高效掘進(jìn)技術(shù)20世紀(jì)80年代以來,我國對礦井設(shè)計(jì)進(jìn)行了改革,取消了巖石集中巷布置方式,將開拓巷道和采準(zhǔn)巷道布置在煤層中,增加了煤巷在井巷工程中的比例。目前,煤礦掘進(jìn)巷道中大量的是煤巷,約占總掘進(jìn)巷道工程量的70%左右。我國煤巷高效掘進(jìn)方式主要有3種:第1種是懸臂式掘進(jìn)機(jī)與單體錨桿鉆機(jī)配套作業(yè)線,也稱為煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn),在我國國有重點(diǎn)煤礦得到了廣泛應(yīng)用,主要掘進(jìn)機(jī)械為懸臂式掘進(jìn)機(jī),它適應(yīng)范圍廣;第2種是連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線,在我國神東、萬利等礦區(qū)及鄂爾多斯地區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用,主要掘進(jìn)機(jī)械為連續(xù)采煤機(jī),它需要多巷掘進(jìn),交叉換位施工;第3種是掘錨機(jī)組掘錨一體化掘進(jìn)

14、,僅在一些礦區(qū)進(jìn)行了使用,目前處于試驗(yàn)階段。1.煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)由懸臂式掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮帶式輸送機(jī)(或刮板輸送機(jī)、單體錨桿鉆機(jī)、通風(fēng)除塵設(shè)備及供電系統(tǒng)等設(shè)備組成。懸臂式掘進(jìn)機(jī)是煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備,掘進(jìn)機(jī)的性能對于提高掘進(jìn)工效和掘進(jìn)進(jìn)尺具有重要作用。我國煤巷懸臂式掘進(jìn)機(jī)的研制和應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代,以3050kW的小功率掘進(jìn)機(jī)為主,研究開發(fā)和生產(chǎn)使用都處于試驗(yàn)階段。80年代初期,為適應(yīng)煤礦機(jī)械化生產(chǎn)發(fā)展的需要,我國引進(jìn)了AM50型、S-100型掘進(jìn)機(jī)兩種為代表的機(jī)型,對發(fā)展我國綜掘機(jī)械化起到了推動(dòng)作用。同時(shí),國內(nèi)加強(qiáng)對引進(jìn)機(jī)型的消化吸收工作,積極研制開發(fā)了

15、適合我國地質(zhì)條件和生產(chǎn)工藝的綜合機(jī)械化掘進(jìn)裝備。經(jīng)過近30年的消化吸收和自主研發(fā),目前,我國已形成年產(chǎn)1000余臺(tái)的掘進(jìn)機(jī)加工制造能力,研制生產(chǎn)了20多種型號的掘進(jìn)機(jī),初步形成系列化產(chǎn)品。2.大斷面煤巷連續(xù)采煤機(jī)高效掘進(jìn)連續(xù)采煤機(jī)是一種具有較大截割寬度的集落煤、裝運(yùn)及行走為一體的綜合機(jī)械化掘采設(shè)備,在國外廣泛應(yīng)用于矩形斷面的雙巷或多巷快速掘進(jìn),以及短壁開采,已成為現(xiàn)代高產(chǎn)高效礦井的重要設(shè)備。我國引進(jìn)連續(xù)采煤機(jī)始于1979年,迄今為止大體經(jīng)歷了單機(jī)和成套設(shè)備引進(jìn)兩個(gè)階段。目前我國神東公司、晉城煤業(yè)、萬利公司、晉神公司、魯能集團(tuán)、伊東公司及伊泰公司等礦區(qū)使用連續(xù)采煤機(jī)近60余臺(tái),用于大斷面煤巷的掘

16、進(jìn)和短壁開采。連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工作面設(shè)備配置按工作面運(yùn)輸方式一般分為兩種:一種是間斷式運(yùn)輸方式,工作面配置為連續(xù)采煤機(jī)、運(yùn)煤車或梭車、給料破碎機(jī)、錨桿鉆車、鏟車及膠帶輸送機(jī);另一種是連續(xù)運(yùn)輸方式,工作面配置為連續(xù)采煤機(jī)、錨桿鉆車、連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)、鏟車及膠帶輸送機(jī)。連續(xù)采煤機(jī)在大斷面煤巷掘進(jìn)時(shí),連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車采用交叉換位作業(yè)方式,連續(xù)采煤機(jī)在運(yùn)輸巷道掘進(jìn)的同時(shí),錨桿鉆車正在回風(fēng)巷道進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè),當(dāng)連續(xù)采煤機(jī)完成一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)時(shí),與錨桿鉆車交換位置。為滿足機(jī)器調(diào)動(dòng)和運(yùn)輸?shù)囊?兩條巷道之間每隔50m掘一條聯(lián)絡(luò)巷。3.掘錨機(jī)組掘錨一體化掘進(jìn)為了實(shí)現(xiàn)煤巷快速高效掘進(jìn),適應(yīng)錨桿支護(hù)技術(shù)的快速發(fā)展,世

17、界主要采煤國的快速掘進(jìn)裝備在不斷的發(fā)展,掘錨機(jī)組是適用于高產(chǎn)高效礦井煤巷高效掘進(jìn)的掘錨一體化設(shè)備,是在連續(xù)采煤機(jī)或懸臂式掘進(jìn)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型掘進(jìn)機(jī)型。掘錨機(jī)組是將掘進(jìn)與支護(hù)有機(jī)地組合起來,減少掘進(jìn)與支護(hù)設(shè)備的換位作業(yè)時(shí)間,在同一臺(tái)設(shè)備上完成掘進(jìn)和支護(hù)工藝。目前,掘錨機(jī)組主要兩種:一種是以連續(xù)采煤機(jī)為基礎(chǔ)的掘錨機(jī)組;另一種是懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載錨桿機(jī)的掘錨機(jī)。(二半煤巖巷高效掘進(jìn)技術(shù)我國煤礦除煤巷外還有大量的半煤巖巷道需要掘進(jìn),主要為薄煤層以及2.0m以下中厚煤層巷道,約占總掘進(jìn)工程量的20%左右。半煤巖巷道是指在掘進(jìn)斷面中,巖石面積占斷面面積的20%80%的巷道。我國重點(diǎn)煤礦半煤巖巷的掘進(jìn)

18、基本上采用半煤巖懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)械化作業(yè)線,半煤巖掘進(jìn)機(jī)以中型和重型機(jī)為主,截割功率在120kW以上,機(jī)重在35t 以上。煤礦現(xiàn)用主流半煤巖巷懸臂式掘進(jìn)機(jī)以EBJ-120TP 型、EBZ160TY 型及S150J型三種機(jī)型為主,占半煤巖掘進(jìn)機(jī)使用量的80%以上。掘進(jìn)機(jī)在半煤巖巷道掘進(jìn)機(jī)過程中由于巖石所占比例大,在機(jī)器選擇時(shí)主要考慮以下幾個(gè)方面:1機(jī)重大、重心低、工作穩(wěn)定性好;2破巖能力強(qiáng),截齒單刀力大;3元部件可靠性高;4系統(tǒng)簡單可靠,便于維護(hù)。煤科總院太原研究院研制的EBJ(EBZ系列半煤巖巷掘進(jìn)機(jī),采用大、小截割頭2種配置方式,大截割頭適應(yīng)煤巷高效掘進(jìn),小截割頭適應(yīng)半煤巖巷掘進(jìn)。EBJ-120TP 型小截割頭平均截齒單刀力在4 500N以上,EBZ160TY小截割頭平均截齒單刀力甚至達(dá)到了8 000N,截齒單刀力大,保證了破巖能力,真正滿