“采内放外”新型采煤工艺及装备的试验研究

陈晋辉

（汾河焦煤分公司回坡底煤矿掘三队，山西 临汾 041600）

1 工程概况

短壁大采高“采内放外”新型采煤机主要是为中小型矿井实现高效综采生产而研制的，采用新型短壁采煤机，从刮板输送机机尾巷道直接进刀，采内放外。配套装备为短壁大采高采煤机、配套“三机”、轻型液压支架和超前支架。2016年10月由汾河焦煤分公司回坡底煤矿设计研制的一次采全高短壁工作面综采装备在该矿东五采区1506工作面进行了井下工业性试验。

2 试验条件及内容

试验地点：回坡底煤矿东五采区1506工作面，采高5m，采用全部垮落法控制顶板，煤层倾角为2°～6°，断层较少，煤层中有夹矸，夹矸中含15～25mm厚的软煤。

试验内容：短壁大采高“采内放外”工作面采煤机能否实现设计要求；工作面“三机”的破碎、运输、安全性能等；工作面内支架实际载荷及工作阻力，支架主要结构参数能否满足要求；检测超前支架的支承能力、适应性、可靠性等整体的支护效果。

3 试验实施方案

3.1 工作面设备配套情况

1506 工作面设备配套如图1所示。

图1 采煤机工业性试验工作面中部设备配套图

3.2 工作面设备配套技术要求

（1）超前支架在回风巷道组装，巷道断面宽5m、高5m。超前支架与工作面支架头对头布置。第一架超前支架伸缩梁端部距煤壁1.4m。

（2）工作面设备安装按照要求相互搭配，配套尺寸主要是指梁端距、铲板间距、工作面行人空间等。考虑到1506工作面煤质较软，梁端距应取到100mm左右，从而保证采煤机截割臂不与顶梁干涉。工作面行人空间为1500mm以上，满足工作面作业、行人、通风需要。

（3）转载机和破碎机在1506工作面进风巷道组装。

4 试验过程及结果分析

4.1 采煤机工作状态

4.1.1 采煤机运行状况

短壁大采高“采内放外”新型采煤机于2016年10月10日至2017年3月20日在回坡底煤矿东五采区1506工作面进行了试采。期间：10月10日至11月8日，割煤效率为40架/班；11月9日至11月20日，割煤效率为58架/班；从11月21日后，割煤效率可以达到每班割煤1刀以上。在试采后期，对该采煤工艺及设备进行了相应的优化改进，同时加强了对工人的操作技能培训，从2月1日起，割煤效率提高到每个班组实现割煤3刀。综合统计结果表明：在工业试验中，采煤机可以达到的生产能力为250t/h。

4.1.2 采煤机的使用状况分析

（1）采煤机工作状态良好，效果明显，割煤效率高，块率高。

（2）采煤机旋转切割原理良好，切割效率很高，切割后剥煤效率很高。

（3）配重装置确保机械运转平衡。

（4）截深1.2m，采煤工艺原理先进，利用拉应力作用破煤，比单纯地依靠剪切应力和压剪力破坏煤体的破煤效率显著提高。

4.2 液压支架工作状态

1506 工作面的移架方式是及时移架，即采煤机每割完一架煤，由工人手动操作支架伸缩梁，对刚刚割完煤裸露的顶板进行及时支护，以利于顶板控制。据现场观测，一个支架完成移架动作需要20s左右，可以满足及时支护的要求。

将1506工作面支架分为上部（支架1～20号）、中部（支架21～40号）和下部（支架41～61号）。支架最大支承高度5200mm，大流量控制阀加快了移架速度。

在工业试验中，液压支架阻力在各时期的平均值、最大值及其所占额定初撑力的百分比如图2所示。由此可知，目前支架支护能力具有较大富裕空间，完全能够支护顶板。

图2 支架的阻力平均值、最大值及其所占额定初撑力（额定工作阻力）百分比

从支架的结构看，支架具有伸缩前梁和护帮板，在工作面顶板破碎或煤壁发生片帮时，能及时有效地支护顶板。

4.3 “三机”配合使用工作状态

（1）采煤机清底不彻底导致底板不平，造成刮板输送机推移困难，需要人工清理底面。

（2）工作面机头段由于装煤效果不好，人工清煤工作量大，占用时间长。

（3）新设计研制的截齿滚筒破碎机破碎效果好，很好地解决了在转载机位置处大块的煤炭堵住出口造成影响输送、停机等问题。因此，大块影响停机时间几乎为零。

4.4 超前支护支架使用工作状态

超前支护支架在应用过程中表现如下：（1）提高了巷道顶板支护强度，特别是在受到动压影响时，效果更加明显；（2）有效地降低了工作人员的劳动强度；（3）推移过程表现为快速稳定；（4）该支架架型合理，完全满足近水平工作面回风巷的超前支护要求。

基本顶初次来压中，超前支架无压死现象出现，有效地保障了巷道的开采安全。巷道矿压观测结果表明，巷道两帮移近量最大为90mm，顶底板移近量最大为88mm。由此可见，新型超前支架的应用有效地控制了巷道围岩的变形量。

5 工业性试验结论

通过该矿东五采区1506工作面短壁大采高“采内放外”采煤机及其配套装备的实际使用，证明提出的“采内放外”采煤工艺先进。井下现场试验中，验证了该采煤工艺完全可行，采煤效果非常好，是适用于中小型煤矿高效综采的新型采煤工艺。

研制的新型采煤机完全满足设计要求，是一种高产高效的采煤设备。采煤机截深1.2m，实现采内0.7～0.8m，放外0.5～0.7m。实际使用中，采煤机实际生产能力达到300t/h左右，满足采煤机的设计能力250t/h。

采煤机、刮板输送机、转载机等设备有效配合，实现了主运煤系统的连续运行，工作面因大块煤出现而停产的问题得到解决。

在基本顶初次来压过程中，顶底板、两帮相对移近量均小于90mm，回风巷道超前支架没有出现压死现象，有效地保障了超前巷道的安全。

在基本顶初次垮落期间，工作面轻型液压支架平均工作阻力3500kN＜5500kN，最大工作阻力4474kN＜5500kN。轻型支架的额定工作阻力满足生产需要，支护参数适应试验工作面的顶板活动规律，轻型支架支护能力有较大富裕空间。