李子垭煤矿薄煤层综采成套技术研究及展望

2016-01-11白虎,王丽,李红梅

采矿与岩层控制工程学报 2015年1期

关键词：综采薄煤层

李子垭煤矿薄煤层综采成套技术研究及展望

白虎，王丽，李红梅

(四川华蓥山广能集团嘉华机械有限责任公司，四川广安638600)

[摘要]针对李子垭煤矿下分层薄煤层工作面狭小的开采空间、恶劣的地质条件等实际情况，指出了薄煤层综合机械化开采的技术难点，提出了解决方案。介绍了李子垭薄煤层工作面综采设备特征、开采工艺、应用成果及展望。

[关键词]薄煤层；综采；设备特征；开采工艺

[中图分类号]TD823.97[文献标识码]B

[收稿日期]2014-05-08

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.014

[作者简介]白虎(1986-)，男，四川广安人，机械助理工程师，现在技术中心从事采煤机的研究工作。

Technology of Thin Coal-seam Full-mechanized

Mining Equipments and Prospect in Liziya Colliery

[引用格式]白虎，王丽，李红梅.李子垭煤矿薄煤层综采成套技术研究及展望[J].煤矿开采，2015，20(1)：45-47.

我国已探明的煤炭可采储量中，薄煤层占19%，全国84.2%的矿区均有薄煤层分布，薄煤层总量巨大、分布广泛。面对煤炭资源日益枯竭的形势和不可替代的价值，薄煤层煤炭资源已越来越被国家重视。然而薄煤层狭小的开采空间、恶劣的地质条件等因素严重制约着薄煤层机械化发展。为了解决薄煤层的机械化开采问题，广能集团嘉华机械公司以李子垭煤矿下分层工作面为试验场所，开展薄煤层综合机械化开采技术和设备研究，开发出了适应于0.8～1.3m煤层的综采成套技术。

1薄煤层综采技术难点及解决方案

李子垭煤矿下分层11041工作面煤层厚0.51～1.36m，平均0.85m，属薄煤层。煤层顶底板主要为泥岩和砂岩，矿井地质构造复杂，有落差0.5m以上的断层分布。该工作面若要实现综合机械化开采需要攻克开采空间狭小和工作阻力大带来的两大技术难题。

1.1　全工作面机械化装备难

李子垭煤矿下分层11041工作面煤层平均厚度仅0.85m，受矿压影响，空间进一步缩小，遇断层、煤层厚度变化等地质条件时，无法像中厚煤层那样采用调整采高等方式处理，只能割岩石强行通过(图1)，割岩量往往超过中厚煤层，所以虽然煤层薄、空间狭小，但是机组功率却要求大；同时，要求机面高度尽量低，以适应薄煤层采高;要求过煤空间大,否则反向割煤时,煤炭不能顺利从采煤机机身下通过。狭小的空间内，机组功率大、机面高度低、过煤空间大，三者之间的矛盾十分突出。

图1　薄煤层、中厚煤层工作面遇断层割岩量对比

此外，该工作面“三机”难以形成有机整体，采煤机的平衡、导向等问题无法解决，机组运行稳定性和可靠性差，容易跑偏、飘刀、啃底。

采取的解决方案：

(1)采煤机采用截割部设置在煤壁侧和牵引部外置在输送机机头、机尾等新型结构来增大机组功率，降低机面高度，增大过煤空间。

(2)支架顶梁前段改为板式结构，增大采煤机割顶量和过机高度。

(3)刮板输送机通过增加宽度来降低高度，增大过煤空间；利用机、风巷的空间布置输送机机头、机尾，保证采煤机能割穿机、风巷三角煤。

(4)在采煤机靠采空侧设置采煤机平衡装置、导向装置来保证机组运行的稳定。

(5)研制出能回收机、风巷浮煤的设备，并实现与综采“三机”联合作业。

1.2　发挥机械化装备作用难

由于煤层厚度过薄，即使实现了机械化，采用传统的工艺技术，破煤、装煤、运煤、顶板支护等生产工序均难以发挥机械化装备的作用，不能达到安全和高效的目的。

采取的解决方案：

(1)突破传统薄煤层爬底板等单向割煤开采方式，采用双向割煤技术，提高效率，并实现对顶板的及时支护。

(2)研究出适合薄煤层的强制装煤方法，提高装煤效率。

(3)研究出克服输送机机头、机尾架高度影响，实现工作面上下出口段机械化开采的方法和技术，提高效率并避免“人机混采”发生安全事故。

2薄煤层综采设备特征和开采工艺

为了解决薄煤层综合机械化开采难题，嘉华机械公司经过多年的攻关研究，创新设计悬臂式“三机”配套方式，解决了薄煤层综采空间狭小与大功率设备体积大的矛盾，并使“三机”形成有机整体，利用机、风巷空间合理布置，实现工作面机械化开采；采用双向割煤技术，强制装煤工艺，实现安全高效采煤。

2.1　薄煤层综采设备特征及配套技术

(1)采煤机机组功率大，能适应0.8m以上薄煤层开采，采用将牵引部外置在输送机机头、机尾和悬臂式布置机身等新型结构，使机面高度仅570mm，过煤高度达300mm，切割能力强、牵引力大，能够满足双向割煤及截割煤层顶底板和过断层的需要。采煤机外牵引装置，解决了采煤机牵引力不足以及牵引机构损坏后维修、更换困难的技术难题。采煤机采用双调高系统，可靠程度高，当一套发生故障时便启用第二套。

(2)工作面输送机通过降低中部槽高度来降低采煤机机面高度、过煤空间，同时配套大功率双速驱动电机，解决输送机运输能力不足的问题。根据薄煤层的工作面与机、风巷会形成高度差的特点，充分利用机、风巷的空间，将机头、机尾架上的链轮中心向下设置，降低工作面刮板输送机机头、机尾的高度，保证采煤机能割穿机、风巷三角煤，全工作面实现机械化。工作面输送机通过将驱动电机垂直布置来减小截面积，即增大输送机机头、机尾处过风断面，又为采煤机外牵引留够安装空间。刮板输送机设有可靠的牵引链安全防护装置，保证采煤机外牵引链条在运行过程中不脱离导链座，有效防止弹链伤人、断裂伤人事故的发生，在输送机采空侧设采煤机导向轨道、牵引链道，解决采煤机导向问题。

(3)工作面液压支架采用电液控制技术，可实现远程控制。工作面液压支架顶梁前段创新设计为板式结构，增大了采煤机割顶量和过机高度，减少了采煤机停机事故的发生；设置的抬底机构，有效避免底板过软而造成支架底座扎底，便于移架，该机构兼做采煤机平衡装置，使采煤机机身稳定和平衡得到有效保证，解决了采煤机采高难控制的问题；采用倒装式结构推移千斤顶，增大了拉架力，可以确保破碎顶板条件下实现带压移架。

(4)端头液压支架创新性地将顶梁和掩护梁之间的连接装置改为十字过渡梁，使端头支架顶梁能自动调斜，适应工作面煤层倾角和顶板起伏的变化；在底座前、后部设有调架耳座和调架千斤顶，分别控制左、右立柱，使顶梁能够自动调斜，适应煤层倾角变化，保证顶梁与顶板的面接触，提高了支护可靠性。

(5)为了解决薄煤层工作面管缆在电缆槽中易挂卡等不利于降低采煤机高度等技术难题，嘉华机械公司创新研制了管缆张紧装置，使管缆在电缆槽内移动顺利可靠。

(7)设备配套如图2所示。工作面“三机”通过支撑滑靴、导向装置、链接推杆和调节千斤顶联结成有机整体，使采煤机得到动态平衡和可靠导向。解决了采煤机跑偏、飘刀、啃底和输送机上窜下滑问题，保障大功率设备安全高效可靠运行。

图2　工作面三机配套

工作面的输送机机头机尾向下弯曲并进入机、风巷分别与装载机和浮煤回收机固接。装载机和浮煤回收机与端头支架的推杆铰接，通过液压支架的推溜拉架作用，实现迈步式移动。采煤机在刮板输送机上移动，在行尽工作面时，煤层受滚筒挤压而片帮。风巷片帮的煤通过浮煤回收机回收到输送机中运出，机巷片帮的煤则直接落入装载机中运出。

2.2　薄煤层综采工艺

(1)创新使用采煤机、输送机联合强制装煤技术，取代单一的滚筒螺旋叶片抛洒式装煤技术，装煤率由30%以下提高到90%以上，解决了薄煤层装煤效果差的难题。

(2)采用空间限位的强制装煤方法，将采煤机截割滚筒由侧面布置改为端面布置，滚筒后方设犁煤机构，由输送机、采煤机、煤壁、顶底板共同作用，在空间上限定煤炭只能向输送机方向运动，配合内旋式滚筒使煤炭能顺利装载，装煤率达到传统方法的3倍以上。

(3)采用薄煤层双向割煤技术，及时跟机前移液压支架支护顶板，解决薄煤层破煤效率低、顶板安全事故多两大难题。

(4)输送机机头机尾段向下弯曲并进入机、风巷布置并与设备配套，实现全工作面机械化开采，避免“人机混采”发生安全事故。

(5) 采用电液控制技术, 实现远距离自动控制成组移架，实现跟机自动化作业，减轻作业人员劳动强度，提高工作效率。

在接近市郊而环境条件又允许时, 城市轨道交通多采用地面或高架线路, 以节约投资。本文利用Civil 3D快速建立桥面模型，通过Revit软件土木工程结构扩展模块对桥梁上部和下部结构(桥跨结构、支座、桥墩台、桥面和栏杆等)进行详细建模。Revit桥梁详细建模效果如图3所示。集成在Civil 3D中桥梁模型效果如图4所示。可根据需要修改桥梁模型属性参数，以建立不同桥梁形式。

3应用成果

薄煤层综合机械化成套技术成功应用于李子垭煤矿下分层11041工作面以来，单个工作面月平均产量2.5×104t，月最大原煤产量达3.5×104t，实现利润1233.78万元/年，全面提升了0.8～1.3m薄煤层综合机械化开采技术和装备水平。该成果已在四川攀枝花煤业、威达煤业、达竹煤电，贵州世纪公司等单位推广应用，使弃之不采或采用落后方式开采的薄煤层资源得到开采利用。薄煤层综合机械化成套技术在提高煤炭资源的采出率、促进煤炭企业安全高效生产、延长矿井开采年限和保护资源等方面具有重要意义。

4展望

嘉华机械公司开发的薄煤层综采成套技术，虽然解决了我国0.8～1.3m煤层综合机械化开采难题，但相比中厚煤层综采技术还较落后，需进一步开发研究如下几项技术：

(1)研发出适应薄煤层开采的无链牵引采煤机链牵引采煤机虽能有效地降低机面高度，增大过煤空间，却存在因断链故障带来的安全隐患，当工作面较长时，难以实现连续、稳定生产，且不能实现多机同时作业。因此，研发出具有较低机面高度，较大过煤空间的薄煤层无链牵引采煤机是实现薄煤层安全、稳定、高效生产的重要途径。

(2)研发出能适应大倾角工作面的薄煤层综采成套技术嘉华机械公司拥有成熟的大倾角中厚煤层综采成套技术，为了开发有限的煤炭资源，嘉华机械公司正着手研发大倾角薄煤层综采成套技术，以实现大倾角薄煤层综合机械化开采。

(3)薄煤层综采自动化研究随着科学技术的不断发展，综采工作面远程计算机控制以及无人工作面已逐渐成为煤矿生产的重点发展方向之一。为此，嘉华公司已逐渐开展综采自动化研究，先完善薄煤层工作面液压支架的电液控制技术和远程监测控制技术，然后实现薄煤层工作面的远程计算机控制，最终实现无人化工作面。

5结束语

薄煤层综合机械化成套技术成果获得国家教育部科技进步二等奖、四川省科技进步二等奖，关键技术达到国内领先水平，彻底改变了薄煤层开采的落后局面，引领了我国薄煤层开采技术发展方向，对推动我国煤炭行业科技进步起到重大作用。

[参考文献]

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[2]戴有强.自制薄煤层刨煤机的实践应用.煤，2010，19(4)：39-40.

[3]李运成，董双生，王民元.ZY2400-10/19综采支架在薄煤层回采中的应用.河北煤炭，2002(2)：29-30.

[4]幸鸿志.同家梁煤矿薄煤层综采工作面的开采实践.同煤科技，2001(1)：33-34.