两硬薄煤层综合机械化开采技术研究

侯波涛

摘 要：本文以王村煤矿为研究对象，结合其地质条件，对两硬薄煤层开采方法和工作面设备的选型，提高了煤炭资源的利用率和高效安全生产，延长了矿井的服务年限。

关键词：两硬薄煤层；综合机械化；开采技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.066

0 绪论

我国薄煤层资源丰富、分布广泛、煤质好、可采储量大，从储量上看，占全国煤炭总储量的大约20%。就大同地区而言，薄煤层储量大约有6亿吨，且大部分薄煤层赋存于煤系地层上部，其开采对我国煤炭资源的可持续发展具有重要意义。薄煤层开采技术主要有综合机械化釆煤法、刨煤机釆煤法和螺旋钻机釆煤法，这些采煤方式具有自动化程度搞、工作人员少、顶板支护强度大、降低顶板的运动空间等特点。

1 矿井地质条件

王村煤矿于1987年5月建成投产，设计能力45万t/a，2006年核定生产能力为150万t/a。井田地质条件为一宽缓的背向斜褶曲构造，具有轴向NE向、构造简单、地层平缓、倾角在5°～10°的特点，王村煤矿煤层为两硬薄煤层，顶板、煤层坚硬。

2 开采特点及采煤方法分析

王村煤矿两硬薄煤层开采具有如下特点：薄煤层储量大，约600万吨，占总可釆储量的20%；薄煤层赋存条件差异较大；煤层及顶板硬度较大，要求采煤机的截割功率较高，液压支架的支护阻力较大。由于薄煤层开采受开采空间限制，设备安装、操作及维护困难，工作环境恶劣，工人劳动强度较大，开采效率低、产量低，王村煤矿为了解决这些问题，优先采用综合机械化采煤工艺。

3 综合机械化采煤回采工艺分析

（1）割煤工艺。从王村煤矿薄煤层的赋存特点来看，主要为缓斜煤层，且多为近水平煤层，因此在割媒工作中可选用双向割媒，将采煤机进刀方式设置为割三角煤端部斜切进刀。（2）装煤工艺。在采煤机装煤工作中，为保证装煤效果，可选用反装滚筒方式，使媒自摇臂上方甩进刮板输送机，其余煤炭经推移刮板机实现装煤。（3）运煤工艺。在运煤工作中，一般应选用刮板输送机。采用刮板输送机将破碎后的媒运输到工作面，再经转载机的运输将其送至运输巷，最后在伸缩胶带输送机的作用下运送出去。（4）工作面顶板支护。在工作面顶板支护工作中，一般应选用液压支架。因薄煤层作业面较小，因此为保证顶板下沉量不增加，需选择跟机移架进行及时支护。（5）采空区处理工艺。在对采空区的处理上，多选用全部垮落法。对于两硬薄煤层，通常在采空区部分冒落高度小于倍采高或上隅角悬板面积大于时，进行爆破强制放顶。

4 工作面设备选型研究

4.1 液压支架

综釆工作面支架架型应与煤层地质条件相适应，架型选择应考虑以下几个方面：首先要适合顶板条件，根据顶板的级别选出架型；支架对底板的比压不超过底板的允许抗压强度；适应所采煤层的倾角，否则有可能在回采过程中发生工作面支架倒滑、倾斜和推移困难等不良后果。

（1）支护强度。王村煤矿薄煤层工作面煤层最小厚度为1.10m，最大厚度为1.55m。煤层老顶以灰色粉细砂岩局部夹中砂岩为主，直接顶为灰色粉细砂岩，顶部为14-2#煤层，伪顶为深灰色粉砂岩，直接底为灰白中细砂岩，所需的最大支护强度为328.4kN。（2）额定工作阻力。支架所需的工作阻力为3570 kN。考虑到王村煤矿煤层硬度较大，为保证安全开采，液压支架工作阻力设置为4000kN及以上。（3）液压支架工作高度。根据工作面釆高对支架工作高度进行适当确定，一般情况下，最大支护高度确定为1.8m，最小支护高度确定为0.85m。（4）初撑力。对于液压支架而言，初撐力的大小影响着支架的整体支护成本与支护效果。初撑力适当增加，能有效提升支架阻力，使顶板下沉速度适当减缓，进一步保证支架顶板的稳定工作。但是，要求液压组件与乳化液泵站具有较强的耐压性。一般而言，应将支架初撑力设置在2142～2856kN之间。（5）液压支架型号。在液压支架型号的选择上，应综合考虑多种因素的影响，包括设备在多种薄煤层工作面中的应用、两硬条件薄煤层三机配套情况等等，一般选择ZYB4400/8.5/18型支撑掩护式液压支架。

4.2 采煤机

采煤机的选择一般需要对煤层厚度、硬度、倾角及顶底板硬度等多种因素进行综合分析，另外，还要考虑与液压支架、刮板输送机的匹配问题。在选择采煤机时，主要确定以下因素：

（1）釆高的确定。在对煤层厚度、赋存条件及开采技术进行综合分析后，进一步确定采煤机釆高。（2）牵引速度的确定。在对煤层最低厚度进一步确定后，保证其高于采煤机机身与最低釆高。同时，煤层最大厚度要低于最大釆高，保证在最厚煤层作业中不留顶媒。（3）截深的确定。在分析煤层硬度、厚度、支架步距及顶板岩性的基础上，选择适当截深。在对本矿井进行综合分析的基础上，确定采煤机截深为0.63m。（4）装机功率和最大生产能力。在确定装机功率时，应充分考虑煤层硬度、截深、釆高及割媒速度等因素，釆煤机的装机功率应大于123kW，釆煤机最大生产能力146t/h。（5）采煤机型号。王村煤矿工作面选择MG160/360-BWD型釆煤机，可以满足生产的要求。但考虑到采煤机通过地质构造、煤层变薄区的能力，需尽可能的提高采煤机的功率。

4.3 刮板输送机

对刮板输送机输送能力的确定上，应保证其不低于采煤机最大生产能力，并以此选择链条数目。驱动方式应选择双电机双机头驱动，以进一步提升采煤机的工作配合度。在刮板输送机的选取上，应充分分析运输功率与运输能力，一般运输能力为176t/h，工作面输送机电机功率为20.16kW，选择SZG-630/220型刮板输送机可以满足安全生产要求。

5 总结

本文以王村煤矿薄煤层开采为研究对象，进行王村煤矿两硬薄煤层综合机械化开采技术的研究，确定了两硬条件下工作面开釆的回釆工艺参数、开釆设备等，对煤矿的高效安全生产，提高煤炭资源的利用率，延长矿井服务年限等方面有着积极地作用。

参考文献：

[1]李鹏.两硬近距离薄煤层工作面沿空矸石充填留巷研究[J].中国煤炭，2017（01）：67-71+88.

[2]郭万忠.两硬薄煤层综采工作面矿压规律分析[J].煤炭科学技术，2016（10）：107-111.

[3]刘振宇.薄煤层综合机械化开采技术研究[J].煤炭与化工，2015（12）：66-68.