复杂结构薄煤层开采技术难题探讨

李新建

（龙煤七台河矿业有限责任公司龙湖煤矿，黑龙江七台河154600）



复杂结构薄煤层开采技术难题探讨

李新建

（龙煤七台河矿业有限责任公司龙湖煤矿，黑龙江七台河154600）

摘要：复杂结构薄煤层要实现综合机械化高效开采，不仅要解决机械化落煤这一关键性的技术难题，还要解决其他一系列影响和制约薄煤层安全、高效开采的技术难题。包括复杂结构薄煤层高效综采的技术攻关路线，主要攻关内容与关键技术。目前我国已探明薄煤层可开采储量达60亿t，薄煤层开采量正在逐步加大，该研究有着极为广阔的推广应用前景。

关键词：复杂结构；薄煤层；开采技术；探讨

复杂结构薄煤层，由于含有硬夹矸，一直没有实现综合机械化开采。地质条件一般的薄煤层，即结核体或硬夹矸，也有断层和薄煤带等。当工作面遇到断层或者薄煤带时，如果配套设备不先进，不得不采用人工打眼爆破的生产工艺方法进行处理，就会影响工作面产量和效率。复杂结构薄煤层要实现综合机械化高效开采，不仅要解决机械化落煤这一关键性的技术难题，还要解决其他一系列影响和制约薄煤层安全高效开采的技术难题。概括起来有以下几个方面：第一，解决矮机身、装机功率（截割能力）和机械强度之间的矛盾，实现小采高（最小800 mm）条件下，含硫化铁硬结核体薄煤层的机械截割。第二，在狭小空间环境条件下实现采煤机、液压支架、刮板输送机之间的合理配套。第三，薄煤层综采工作面两端部实现机械化装煤。第四，薄煤层综采工作面防刮板输送机在推移过程中自动上飘问题。第五，小直径滚筒采煤机在工作面两端部卧底量不能满足工艺要求问题。第六，提高工作面自动化、信息化水平，实现减人提效的目的。第七，针对高产开采，职工劳动强度大的问题，研究选择先进的生产工艺和劳动组织，最大限度地降低工人劳动强度。

1复杂结构薄煤层高效综采的技术攻关路线

复杂结构薄煤层高效综采的核心，是研制出能够对含有硫化铁硬结核体或硬夹矸的薄煤层直接截割的落煤机械，统筹考虑解决其他相关问题，研制出科学先进的成套技术装备，设计出与之相配套的科学的生产工艺。为此，本项目应采用如下技术攻关路线：第一，在含硫化铁硬结核体、硬夹矸薄煤层采取煤岩样试块，按测试标准进行煤岩物理力学参数测试。第二，通过建立机械、液压等领域的薄煤层采煤机截割部及其相关部件刚柔耦合多体系统的虚拟样机，对采煤机的落煤过程进行模拟仿真，优化采煤机截割部及其相关部件技术参数，研制出具有较强切割硬岩石能力的矮机身薄煤层采煤机。第四，根据工作面地质条件和科学配套的要求，研制出配套的刮板输送机和液压支架，形成科学的配套。第五，按自动化、信息化的要求，研究选用先进、实用的自动化、信息化技术。第六，形成适用于1m以下复杂结构薄煤层安全高效综采成套设备与生产技术工艺。

2主要攻关内容与关键技术

以薄煤层机械化、自动化、信息化安全高效开采为目标，主要研究以下内容：第一，围绕机械截割含硬结核体的薄煤层，研究采煤机工作机构的瞬时负载，并对截割部及其相关部件的结构参数进行优化。第二，围绕液压支架的工作阻力和采煤机的合理截深确定，研究薄煤层工作面的矿压显现规律。第三，围绕工作面工作空间狭小问题，研究优化液压支架、采煤机、刮板输送机之间的技术参数和配套关系，以及设备布置与巷道布置。第四，围绕煤层薄、采高小、采煤机滚筒直径小、采煤机装煤效果差的问题，研究提高刮板输送机铲装能力和工作面两端部机械化装煤效果技术。第五，围绕薄煤层综采工作面普遍存在的刮板输送机在推移过程中自动上飘问题，研究防刮板输送机上飘的技术。第六，围绕煤层底板见水膨胀泥化，封底式薄煤层液压支架推移油缸及连杆在液压支架底座内裆易被煤岩粉卡塞问题，研究液压支架抬底技术。第七，围绕高效开采割煤刀数多，职工劳动强度大，研究采煤机自动分段遥控技术和分组分段综合作业生产工艺，同时研究应用相应的采煤机自动定位和记忆割煤技术。

3主要技术创新

第一，成功研发了含坚硬夹矸与硫化铁硬结核体薄煤层的，安全高效综采成套设备与生产技术工艺。第二，建立了机械、液压等领域的薄煤层采煤机截割部及其相关部件耦合多体系统的虚拟样机。对采煤机的落煤过程进行模拟仿真，优化了采煤机截割部及其相关部件技术参数，提高了采煤机截割硬夹矸的定力和截割部工作的可靠性，成功研制了具有较强切割硬岩石能力的矮机身薄煤层采煤机。第三，研制出具有抬底功能的大伸缩比、高支撑效率、封底式薄煤层液压支架。第四，研制出底置式、防飘、边中链新型薄煤层刮板输送机，解决了传统结构带来的过煤空间狭小、影响出煤及刮板输送机上飘的技术难题。实现了工作面两端部机械化高散装煤，优化了槽高与链条直径、过煤空间之间的关系。第五，研发了采煤机自动分段遥控技术，应用了紧凑型液压支架电液控制系统，通过无线通信装置与电液控制系统进行通信，将采煤机位置、速度及有关工况和故障信息传输到电波控制系统主机，在1m以下薄煤层实现了采煤机割煤与液压支架的降、移、升、喷雾及推移刮板输送机和中部槽调斜的协调联动。第六，在薄煤层综采工作面设计应用了分组分段综合作业方式，减轻了采煤机司机和支架工长距离匍匐爬行对身心健康的损害。

4应用效果

通过应用表明，项目研究成果有效解决了当前薄煤层机械化开采遇到的一系列技术难题，并具有以下特点：第一，产量高、经济效益好。厚度在1m左右的复杂结构薄煤层，年产量已在80万t以上的水平，是同类型地质条件炮采工作面的2倍以上，吨煤成本大幅下降。第二，设备性价比高。成套设备投资仅为同类型进口刨煤机及配套设备工作面的40%。第三，设备配套合理。整套装备技术先进、配套合理、协调、生产能力匹配、生产效率高、安全性能好、质量可靠。第四，成套设备适应性强。成套设备最低采煤高度0.50m，工作面最大铺设长度可达250m，且采煤机具有较高的破岩能力，能够适用于含有硬夹矸、结核体、断层等复杂结构薄煤层。第五，机械化、自动化、信息化水平高。工作面所有生产工序（包括工作面两端部装煤）全部实现了机械化工作面自动化，信息化水平较高。第六，生产工艺先进合理。以项目研发的采煤机自动分段遥控技术为基础，在薄煤层综采工作面设计应用了分组分段作业方式，大大减轻了薄煤层工作面生产的劳动强度。

研究成果显著提高了薄煤层，尤其是含硫化铁硬结核体和硬夹矸薄煤层开采的综合机械化技术水平，促进了我国薄煤层综采设备制造水平的提高。目前我国已探明薄煤层可开采储量达60亿t，薄煤层开采量正在逐步加大。因为项目研究的成套设备适应性强，所以“成果有着极为广阔的推广应用前景。

参考文献：

［1］曲天智，蒋金泉.复杂结构薄煤层高效综采关键技术［M］.江苏:中国矿业大学出版社，2010：43.

［2］樊玉泉，高振伟.薄煤层安全质量标准化创新与实践［M］.江苏:中国矿业大学出版社，2011.

［3］袁树来，张立明.薄煤层高产高效开采技术［M］.北京:煤炭工业出版社，2011.

Discussion on the Complex Structure of Thin Seam Mining Technical Problems

LI Xin-jian
(Qitaihe Longmei Coal Mining Co., Ltd., Longhu Coal Mine, Qitaihe 154600, China)

Abstract:To achieve complex structure of thin seam mining should not only solve the key technical problem of mechanized mining, but also need to solve a range of other technical problems that influence and restrict safe and efficient exploitation of thin seam, which includes research route of efficient fully-mechanized mining technology, the main research content and key technologies. At present, China has proven that the recoverable reserves of thin seam reach to 60 billions, the amount of thin seam mining is gradually increasing, and the study has a very broad application prospect.

Key words:Complex structure; Thin seam; Mining technology; Discussion

作者简介：李新建（1976-），男，黑龙江勃利人，工程师，主要从事采区采煤技术工作。

收稿日期：2015- 12- 30

中图分类号：TD421.6+3

文献标志码：A

文章编号：1674-8646（2016）03-0062-02