含夹矸薄煤层机械化采煤技术实践

收稿日期:2012－05－03
作者简介:费新卿(1964—)，男，河南巩义人，工程师，1996年毕业于中国矿业大学，现从事煤炭开采技术工作。

含夹矸薄煤层机械化采煤技术实践
费新卿1，2，孟军凯
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(1．河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作454003;2．河南大峪沟煤业集团有限责任公司，河南巩义451271)
摘要:河南大峪沟煤业集团炭煤矿所采的一1煤层存在煤层薄、夹矸厚、生产效率低等问题，通过对薄煤层生产特点的分析，提出了以MG100-TP 型单滚筒极薄煤层爬底式采煤机采煤新技术提高长壁工作面的自动化程度。

实践证明，该技术实现了薄煤层31080普采工作面的顺利回采。

关键词:薄煤层;夹矸厚;采煤新技术;机采;炮采中图分类号:TD823．251
文献标志码:B
文章编号:1003－0506(2012)09－0070－03
炭煤矿隶属于河南大峪沟煤业集团有限责任公
司，原属大峪沟煤业集团三号井，开采一1、二1煤层。

一1煤位于二1煤正下方45 69m ，据计算论证，将一1煤作为二1煤的保护层进行开采。

一1煤厚0.8 1.4m ，含有1层夹矸(厚0.4 0.6m )，倾角8ʎ 12ʎ，煤层赋存稳定，矿井深部区域由于夹矸增厚大于上下煤分层而不可采，煤层顶板为太原组L 1-2灰岩，厚24m ，底板为本溪组铝质泥岩，其节理发育，层理水平比较清晰，煤层硬度系数f =3 5，为无烟煤。

该煤层属不易自燃煤层，煤尘无爆炸危险性，为低瓦斯煤层。

在31080工作面开采以前，采用薄煤层炮采工艺，爆破落煤，循环进度1.2m 。

传统炮采工艺开采技术落后，机械化程度低，工人劳动强度大，工作条件差，生产效率低，这些因素制约了炭煤矿的发展。

随着生产向北逐渐延伸，煤层厚仅几十厘米，而夹矸厚度却达1m 多，煤炭生产条件愈加困难。

由薄煤层的生产特点［1-3］
可知，提高长壁工作面的自动化程度是高效生产的唯一途径，在对工作面内的开采、运输和支护工序进行优化后首先在31080工作面进行开采试验［4］。

1工作面概况
试验工作面为31080工作面，该工作面东至三
一盘区绞车坡，西至三一西380m 厚矸区，南至31060采煤工作面(已回采)，北至31120采煤工作面(已回采);地面标高+321 +344m ，工作面标
高－255 －214m ;工作面走向长380m ，平均倾斜长260m ，
可采储量15万t 。

2设备选型及参数
结合31080工作面一1煤层的赋存条件，煤层
厚0 2.32m ，煤层平均厚0.97m ，含1层夹矸，选择EDA22-30/100单体液压支柱与MG100-TP 型采煤机，根据采煤机的最大生产能力，选择与之配套的SGW-40T 可弯曲刮板输送机［5-7］。

工作面主要配套设备见表1。

表1
工作面主要配套设备参数
设备名称型号数量/
部备注
采煤机MG100-TP 1国内最矮的采煤机刮板输送机SGW-40T
4工作面1部，运输巷3部
乳化泵YBK2-225S-41单体液压支柱
EDA22-30/100煤电钻MZ-1.2T 2
功率1.2kW 调度绞车
JD-1
功率25kW
(1)MG100-TP 采煤机参数。

采高450 900mm ，倾角＜30ʎ，生产能力为75 100t /h ，机身长为4580mm (底船着地长)，机身高350mm (局部高395mm )，机身宽910mm (不包括牵引链轮及滚筒大轴)，机面高度380mm (含底托板30mm ，局部最高点425mm )，滚筒大轴转速104.6r /min ，下切深度10 20mm ，滚筒直径500 900mm ，截割深度650 800mm ，牵引方式为液压锚链牵引。

(2)SGW-40T 输送机参数。

输送能力150t /h ，设计长度120m ，装机功率40kW ，电压380/660V ，链速0.86m /s ，刮板链型为双边圆环链。

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07·2012年第9期中州煤炭总第201期
3回采工艺
该工作面自东向西推采，采用MG100-TP型单滚筒爬底板采煤机割煤与炮采相结合的采煤工艺、普通机械化长壁后退式一次采全高的采煤方法，全部垮落法控制顶板。

(1)采煤工艺。

①工艺流程:准备→采煤机割煤→机后支护→破落顶煤→人工装煤→输送机运煤→移溜→回柱放顶。

②落煤方式:MG100-TP型单滚筒爬底板采煤机割煤，滚筒形式为双头等螺距螺旋单滚筒，采高0.5 0.8m，截深1.05m。

采煤机采过底煤后，顶煤随之自行垮落，局部顶煤硬度大、自行垮落难度大时，采用放震动炮方式进行爆破。

③装煤方式:采煤机割底煤的同时，割下的底煤通过采煤机后的特制犁式挡板装到输送机上，顶煤及散落在底板上的煤由人工装入输送机。

④运煤方式:工作面回采出的煤通过工作面SGW-40T型刮板输送机→运输巷(SGW-40T型刮板输送机)→三一胶带巷(胶带输送机)→三水平大巷(电机车串车)→二一绞车坡(串车提升)→－50m大巷(电机车串车)→－50m大巷翻滚笼→六二胶带巷(八部胶带输送机)→+150m大巷上回风巷(胶带输送机)→+150m大巷溜煤囤→2.5m绞车提升箕斗→地面。

(2)工作面支护与采空区的处理。

工作面采用EDA22－30/100单体液压支柱支护顶板，初撑力不小于90kN，排距1.2m，柱距1.0m。

支护作业形式为采煤、打柱、放顶按顺序作业，采用3排基本支柱，一排密集和2排临时单柱支护顶板，用1排切顶密集支柱切顶，工作面两巷及安全出口采用单体液压支柱支护顶板，工作面支护形式为四、五排管理，最大控顶距4.85m，最小控顶距3.8m，循环进度1.05 m，放顶步距1.05m，当工作面推进到第5排支柱时，对采空区进行回柱放顶，使采空区直接顶直接垮落［8-10］(图1)。

图1普采设备布置示意4应用效果
(1)煤炭采出率显著提高。

炮采时，即使悬挂挡煤胶带，也避免不了老空区浮煤问题，造成资源损失。

机采时，不需悬挂挡煤胶带，工作面老巷老空区无浮煤。

按炮采工作面老空区浮煤2%、一个工作面煤储量10万t计算，机采时可以多回收煤炭资源2000t。

(2)生产费用明显降低。

以该矿采煤一队为例，在班产基本同等的情况下，机采时，每班节省炸药雷管费用1040元，减去电耗因素，吨煤材料消耗比传统炮采减少3.86元，全队月产量1.2万t煤，每月节省材料费4.6万元。

(3)作业环境明显改善。

由于机采利用电机水冷式散热，散热水直接喷洒到工作面，降尘效果明显，彻底改变了传统炮采工作面放炮时产生大量煤尘和有害气体、工作面温度增加的不良状况。

(4)安全生产更有保证。

传统炮采由于震动大，放炮后工作面新巷空顶不能及时支护，只有把煤装到刮板机上后才能进行支护，造成空顶时间长，存在安全隐患;而机采在采煤过程中支柱能够及时打上，从而有效地控制了空顶面积，增加了安全系数。

(5)生产设备免受损害。

机采不需要放炮，避免了炮采放炮时崩坏液压支柱现象，增加了液压支柱的安全性和使用寿命。

(6)煤炭质量有效提高。

传统炮采因炮眼均匀分布在煤层中，放炮后煤块和矸石基本被崩碎，造成块煤率较低，矸石分拣困难，煤的发热量低。

该矿采煤一队、采煤二队采煤平均块煤率为5.71%，使用极薄煤层单滚筒爬底板采煤机开采后，开采的煤层除割煤机割过的煤成末煤外，上半部自动塌落，基本上是大块，矸石分拣容易且块煤率明显提高。

上述2个采煤队含块率实际为15.5%和12.6%，2个采煤队在此方面每月可增加效益上百万元。

(7)生产效率明显提高。

长壁式采煤工作面的煤炭是靠工作面的刮板输送机运出的，以输送机为中心，把输送机前后的煤炭集中到输送机上，实现装煤工作。

炮采工作面劳动强度最大、占用时间最长的是攉煤工序，在整个炮采工作面正规循环中，攉煤时间占50%，是其他工序时间的总和，也是影响劳动生产率提高的关键因素。

采用滚筒采煤机后，滚筒割落的底煤通过采煤机后部特制犁式挡板的自由旋转装到刮板输送机上，40%的煤由刮板机运走，需
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要人工装入输送机的只剩下顶煤部分，且取消了炮采时运送炸药和炮泥以及打眼、装药、放炮、挂挡煤胶带等工序［11］，相应降低了采煤工人的体力劳动强度，装煤时间缩短了50%，劳动强度降低40%，劳动生产率相应提高了20%。

传统炮采工艺循环进度1.2m，日循环数2个，工作面日产量330t;采用机械化采煤工艺后循环进度1.05m，日循环数3个，正规循环率不小于90%，工作面日产量450t，日产量提高26%。

5结语
含夹矸薄煤层机械化采煤技术在大峪沟煤业公司炭煤矿31080工作面的试验成功，积累了大量的薄煤层普采经验。

薄煤层机械化采煤技术工艺和设备选型配套的优化改进，大幅度提高了薄煤层工作面的产量、煤炭含块率和资源采出率，降低了生产消耗，降低了职工的劳动强度，改善了工作面劳动环境和安全条件。

参考文献:
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［11］王新平．含夹矸薄煤层机械化回采工艺技术研究［J］．煤，2009
(2):8-10．
(责任编辑:刘光雨
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)
(上接第69页)承载结构进行结构补偿(耦合性)，将浅部承载结构锚固至深部稳定岩体，不但形成厚度更大的叠加锚网组合拱结构，而且高强度锚索与锚杆共同作用形成桁架结构，即刚度耦合，提高了锚网支护承载结构的强度。

对于巷道局部受断层构造影响，围岩极为松散破碎的变形严重区域，应先进行注浆胶结加固松散破碎岩体，然后进行二次支护，以遏制巷道围岩松动圈的扩散，提高巷道围岩体与支护体结构的一体性，防止支护体结构失稳。

5施工中出现的问题
施工初期，考虑到巷道底鼓严重，容易引起巷道两帮的底角内扎，导致锚网索支护结构失稳，因此，设计施工了地锚索和地锚杆，与拱墙的锚网索支护形成一体的支护结构。

但施工地锚索工艺复杂，施工难度大。

先施工锚索孔再对锚索孔进行注浆堵水，然后进行二次扫孔，若扫孔过程中锚索孔出水，还要进行二次注浆，并进行三次扫孔。

最终施工地锚索不仅进度慢，施工质量也差，并没取得应有的效果。

后来决定取消地锚杆和地锚索，通过调整巷道底角锚杆的下扎角度(15ʎ)和底角锚索的施工角度(下扎5ʎ)，有效控制了巷道两帮底角的内扎。

然后约每半年对巷道进行一次扫底处理。

实践证明，上述支护工艺可以满足泉店矿的支护要求。

6结语
针对泉店矿巷道断层构造多、围岩破碎松软、地应力大的特点，选择支护参数时不能一味提高支护材料的强度，一定要选择合理的支护工艺并保证支护结构的稳定性与一体性，防止结构失稳造成破坏。

结果表明:锚网索耦合支护可以充分调动围岩自身承载能力和支护体的耦合支护能力，能够及时对支护薄弱环节进行结构补强，大大降低了支护成本，在高应力破碎软岩矿井有较高的推广价值。

参考文献:
［1］张孝洪．二次支护技术在矿井深部巷道施工中的应用［J］．江西煤炭科技，2007(3):8-9．
［2］钱鸣高．采动岩石力学基本研究与展望［J］．岩土力学，1997，18(A08):14-18．
(责任编辑:秦爱新)
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