专题-关于薄煤层综采技术高产高效的探讨.doc

1、专题部分关于薄煤层综采技术高产高效的探讨摘要:本文就综采工艺技术在薄煤层中如何实现高产高效通过实践探索在工作面设计、两巷支护、设备选型，回采工艺与劳动组织、队伍建设及现场管理方面提出了建设性建议和意见，值得同行业借鉴和探讨。关键词:薄煤层；设备；综采；高产高效1引言综合机械化采煤技术作为当今众多现代化煤炭企业的主要生产方式，具有生产能力强、效率高、机械化程度高、经济效益良好、安全系数稳定等显著优势，越来越受到煤炭企业的青眯和推崇。特别在中厚煤层的开采应用，取得了令人瞩目的成果。但很多企业都面临一个客观难题，那就是在12米的薄煤层的技术应用，不是很顺利，使用该技术的经济效益不佳。为此，提高综采技

2、术在薄煤层的综合经济效益成为了急需解决的难题。煤炭是我国的主要能源，占一次能源生产和消费总量的76%和69%，未来相当长的时期内，我国仍将是以煤为主的能源结构。我国薄煤层资源分布广泛且煤质较好，一些省区薄煤层储量比重很大，如安徽占72%、四川占60%、山东占54%、黑龙江占51%、贵州占37%，其它产煤省份如山西、内蒙、河北、吉林等也有丰富的薄煤层资源。在全国近80个矿区中的400多个矿井中赋存着750多层薄煤层，保有工业储量98.3亿t，可采储量61.5亿t，其中，厚度在0.81.3m的总占8602%，开采条件相对较好的厚度0.81.3 m的缓倾斜薄煤层占73.4%，厚度小于0.8 m的占1

3、3.98%。我国煤炭工业经过几十年的发展,自 20 世纪80 年代特别是 90 年代以来中厚煤层开采技术日臻成熟，厚煤层、特厚煤层的开采技术也发展迅速；薄煤层虽然较长时间内一直在开采，但开采技术水平未能同步发展，原因是开采薄煤层经济效益相对较低，企业从提高经济效益出发，除非薄煤层赋存有特殊需要的优质煤或作为具有冲击矿压、煤与瓦斯突出危险的相邻厚煤层的解放层开采，否则多数薄厚煤层共存矿区为了追求高产和高利润的目标，优先开采中厚煤层和厚煤层，对薄煤层进行搁置使大量薄煤层积压未采，甚至有些矿井实施丢薄保厚的开采方式，严重浪费了煤炭资源。经过多年开采不少矿井中厚煤层已近枯竭，生产接替困难，薄煤层的开采

4、被提到议事日程，发展薄煤层综采技术是开采薄煤层的必由之路，对保持薄煤层储量比重较大省区煤炭工业稳定、维护我国能源安全和实现我国能源工业的可持续发展具有重要意义。2国内外薄煤层综采技术发展及现状由于薄煤层开采的特殊性，造成薄煤层机械化开采发展缓慢。目前国内外薄煤层机械化开采主要集中于近水平及缓倾斜煤层，较成熟的工艺主要有：长壁综合机械化开采、螺旋钻机开采和连续采煤机房柱式开采。2.1长壁综合机械化开采长壁综合机械化开采薄煤层主要有2种技术途径：一是采用滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架配套的采煤机综采机组；二是采用刨煤机、刮板输送机和液压支架配套的刨煤机综采机组。英国和美国主要采用滚筒采煤机进行长

5、壁式开采，用连续采煤机进行房柱式开采；德国、法国、俄罗斯和比利时等国广泛采用刨煤机。从使用情况看，两种技术均能取得较好效果，各有特点与适应性。刨煤机综采设备由于可完全实现自动化,工作安全、块煤率高,适于开采厚度较小且地质条件变化不大的煤层;滚筒采煤机综采设备对地质条件适应能力强，适应于硬煤以及煤层厚度变化较大的薄煤层开采。目前,德国DBT公司研究开发的以液压支架PM4电液控制系统为基础的全自动化无人刨煤机综采工作面成套设备已经批量投入生产应用；英国Long-Airdox公司、美国Joy公司也研究开发了具有自动化功能的滚筒采煤机综采工作面计算机控制系统；澳大利亚正在研制远程控制全自动无人长壁工作

6、面开采技术。由于我国煤矿开采条件复杂，煤层顶板条件差,适合刨煤机综采条件的煤层不多，因此,推广较少,主要应用于铁法矿区。与刨煤机综采机组相比，滚筒采煤机由于具有截割效率高、破煤岩能力强、适应性好等优点，适应于我国薄煤层赋存多样性的特点，因此，在我国发展较快,我国薄煤层采煤机最大装机功率已达925kW (MG2200/925-AWD型电牵引采煤机，适用于采高1250 2800mm，达到国际水平，但由于采煤机割煤尚不能实现远程自动控制，滚筒采煤机综采机组无法实现真正的全自动化控制。2.2螺旋钻机开采螺旋钻机采煤是20世纪60年代发展起来的采煤方法。美国首先将其用于地下开采，原苏联、英国、德国、法国

7、都对此项技术的应用做过很多研究，我国20世纪90年代开始引进和研制用于薄煤层和极薄煤层开采的螺旋钻机，并在山东枣庄、新汶得到了应用，但采用螺旋钻机采煤主要存在：要求巷道断面大，半煤岩巷道掘进困难；留设钻孔间煤柱，降低了采出率；接长和缩短钻杆所用的时间占工作总时间的比重较大，单产水平低。受上述因素影响，该种采法在国内没有得到有效的应用。2.3连续采煤机房柱式开采连续采煤机房柱式开采的特点是采掘合一，边掘边采，利用煤柱作为临时或永久支护支撑顶板，煤柱在回采过程中可以部分或全部回收。主要设备有连续采煤机、转载机、带式输送机和锚杆机。国外在极薄煤层中已试验了可遥控的连续采煤机,较好地解决了极薄煤层人员

8、控制采煤的问题。受我国连续采煤机研制较晚及薄煤层开采不受重视等因素的影响，我国薄煤层一般不采用该种采煤方法。2.4急倾斜薄煤层综采急倾斜薄煤层综合机械化开采不但在国内是一个难题，在世界范围也没有十分成功有效的采煤方法。虽然国外也提出一些较好的急倾斜煤层机械化采煤方法，如俄罗斯提出的遥控钻机采煤法、长型气垛与刨煤机配套的采煤法；乌克兰提出的刮斗刨机采煤法、沿倾向推进的刨运综采机组采煤法；西班牙的沿走向推进的综采机组等。以上这些采煤方法，有的仅经过工业性试验，没有推广应用；有的还在试验阶段;有的仅是规划和设想，离真正工业性试验及生产还有一定的距离。目前乌克兰仍采用的型急倾斜薄煤层机械化采煤机组，为

9、一套沿倾向推进的刨运综采机组，该设备包括型液压传动盾构式掩护支架、型刨煤运输一体机、液压泵站、通讯报警设备、自动化和遥控设备、辅助设备、工具及备件,集支护、控制顶板、采煤和运输等功能为一体，可完全实现急倾斜薄煤层的自动化机械回采。但由于沿倾向推进,工作面推进长度短，搬家频繁，生产效率较低；巷道掘进率高，采掘比大，且薄煤层中巷道全部为半煤岩巷,巷道工程量大；根据该采法回采工艺要求需沿空留巷，原设计在采空区一侧采用木垛支护，木材消耗量极大，如改用其他支护都存在一定的问题。支架设计不尽合理，移架时采空区矸石自架间漏入工作面。更大的问题是：AH型刨运机组是上个世纪80年代原苏联解体前研制的设备，至今没

10、有太多的改动,其支架结构型式、稳定性、液压控制等方面已远远落后国内现有水平。20世纪80年代攀枝花煤业集团公司(原渡口矿务局)从原苏联进口了2套刨运综采机组，并进行了井下试验，但当时没有取得成功。2007年8月开始在其下属太平矿25113工作面进行工业性试验开采，经过3个月的安装、开采、撤架等工作，各项指标均达到预期目标，但同时也暴露有效服务时间短、安装及搬家的准备时间长、急倾斜煤层上山施工安全管理的难度大等一些问题。3薄煤层综采存在的主要问题3.1近水平及倾斜薄煤层开采近水平及倾斜薄煤层综采，存在的主要难题有：受工作面空间的限制,薄煤层综采设备装机功率小，难以适应薄煤层地质条件的变化，如断层

11、、硬夹矸等。薄煤层综采工作面采煤机过煤空间小且装煤效果差，采煤机割煤速度较慢，且工作面人员通行困难，影响工作面快速推进,煤层生产能力低;工作面设备安装、检修、操作等均受到空间限制，影响综采设备能力的正常发挥；薄煤层工作面回采巷道为半煤岩巷,综掘设备使用效率低，炮掘时放炮一次又不可能进行全断面爆破，煤与矸石分装,掘进速度慢,造成采掘接替紧张；单产单进水平低,薄煤层综采经济效益差。受经济效益影响，我国多数矿井对煤厚小于1.0m甚至超过1.2m的薄煤层，存在弃之不采的现象，资源损失严重。3.2急斜薄煤层综采我国在急倾斜采煤方法改革方面进行过许多努力，取得了积极的效果，如在急倾斜特厚煤层中试验成功了水

12、平分层综采放顶煤法、柔性掩护支架采煤法等，并得到了广泛的应用。但是对于急倾斜薄煤层，实现机械化开采仍有许多困难，采煤方法仍然很落后。急倾斜煤层由于倾角大而在岩层控制、设备布置、生产工艺和安全技术方面与缓倾斜煤层有所不同，为实现薄煤层长壁综合机械化开采带来难度,主要表现在以下几个方面：(1)倾角大可以实现煤的自溜运输，可以简化工作面煤的装运工作，但倾角大给行人造成困难和增加煤矸飞下伤人的不安全因素。(2)回采过程中，除顶板抽冒和垮落以外，煤层底板也产生位移和滑坡，给工作面支护带来一定难度。(3)由于倾角大,工作面设备受重力作用，稳定性差，易倾倒，给实现工作面机械化开采增加了困难。由以上特点所决定

13、，急倾斜薄煤层应用的采煤方法主要有柔性掩护支架采煤法、钢丝绳锯采煤法、钻孔采煤法、长孔爆破落煤法、倒台阶工作面全部陷落法、矸石充填采空区全部陷落法、正台阶工作面全部陷落法、水力采煤法、房柱式(短壁爆破)采煤法、仓贮式采煤法等。这些采煤法普遍存在的问题是：采区巷道布置复杂,掘进率高,通风运输复杂；工作面支护和顶底板控制困难，甚至无支护；采煤机械化程度低，安全性差；资源采出率低，材料消耗大，经济效益差。4我国薄煤层综采技术的适应性和应用特点我国薄煤层综采技术的适应性如表4.1所示。我国薄煤层综采技术的应用特点如表4.2所示。薄煤层综采技术主要有薄煤层滚筒采煤机与刮板输送机和液压支架配套的综采技术，

14、刨煤机与刮板输送机和液压支架配套的综采技术，螺旋钻综采技术。4.1 薄煤层滚筒采煤机综采及其适应性薄煤层综采工作面装备有薄煤层滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架，可实现机械化落煤、装煤、运煤、移输送机、移架、支护和放顶，相关装备最好是成套配置以保证工作面“三机”配套，否则将无法正常生产或勉强生产也达不到良好效果。薄煤层滚筒采煤机与中厚煤层滚筒采煤机的采煤方式类似，一般采用双滚筒采煤机端部进刀方式割煤，前滚筒割顶煤、后滚筒割底煤，通过滚筒的螺旋叶片配合铲煤板装煤，不留三角煤，往返一次割两刀。采用全部垮落法管理顶板，工艺流程根据具体情况选用及时支护或滞后支护，直接顶较破碎稳定性差时选用及时支护，直接

15、顶稳定性好时选用滞后支护。薄煤层滚筒采煤机综采适用于采高 0.8 m 以上、煤层倾角 25以下、无大断层和褶曲等地质构造的各种硬度的薄煤层，对煤层厚度变化、顶底板起伏、夹矸和硬煤的适应性较刨煤机强。薄煤层滚筒采煤机综采的优点是对煤层赋存的地质条件适应性较强，比刨煤机过断层能力高，破煤能力较高、机械化程度高、可有效控制和易于管理顶板、减少了安全隐患、改善了工人劳动条件和减轻了劳动强度，工作面推进速度快、生产效率高、产量高、效益好。最大缺点是最小采高受到一定限制，“小机身、大功率”问题很难有效解决，造成薄煤层综采一般只用于厚度大于 0.8 m 的薄煤层。4.2 薄煤层刨煤机综采及其适应性刨煤机系统

16、主要由装有刨刀的刨头、刨头驱动装置、刨头运行导轨、牵引刨链、导护链装置、刮板输送机、调斜千斤顶、推移千斤顶、液压支架和相关电液控制系统等组成。刨煤机工作时，工作面两端头的刨头驱动装置带动刨链牵引刨头沿着刮板输送机中部槽上的运行导轨运行，刨刀以给定的刨削深度刨煤，刨落的煤通过刨头犁形斜面装入输送机运出工作面。进刀方式分人工开切口进刀和无需人工开切口的斜切进刀；人工开切口进刀时刨煤机从上切口向下切口运行刨煤，刨头通过后液压支架推移输送机槽和移架，刨头运行至机尾后反向运行，如此反复循环实现连续刨煤、运煤。斜切进刀时刨煤机从机头向机尾上行刨煤，刨头通过后液压支架按下行刨深推移输送机槽，刨头运行至机尾后反向下行至输送机弯曲段时逐渐斜切进入煤壁，液压支架按上行刨深推移输送机槽，输送机机尾由机尾端头支架按上行和下行刨深之和推移；刨头通过机头后反向上行至输送机弯曲段时逐渐斜切进入煤壁，液压支架按