螺旋钻式采煤机在极薄煤层开采中的应用研究

螺旋钻式采煤机在极薄煤层开采中的应用研究摘要：螺旋钻采工艺具有安全性高、工艺简单、系统环节少、掘进率低、材料消耗低等特点，柏林矿在0.6 m以下极薄煤层开采中进行了钻采工艺应用试验，试验结果表明螺旋钻式采煤机能有效的回收在常规方法下不能回采的煤炭资源，在极薄煤层开采中效益显著。

关键词：钻采工艺无人工作面资源回收

1 问题的提出

柏林煤矿位于四川大竹县境内，属华蓥山北段，开采三叠纪须家河组煤炭资源，单斜构造，小断层多，为高瓦斯矿井。整个矿井都属薄或极薄煤层，主要开采K18、K24、K25、K26、K27煤层，其中K24全井田可采，K18、K25、K26、K27煤层局部可采。K18现、K24和K25煤层厚度在0.4～0.6 m的资源量占三煤层储量的46%，煤层倾角17～33 °，煤种为1/3焦煤，为我国稀有煤种；原开采为手工落煤或放炮落煤(0.4 m以下煤炭资源基本不采)，工效低、劳动强度大，劳动环境恶劣，安全管理困难。随着我国经济的发展，职工收入逐步提高，低效率、高劳动强度和恶劣环境开采，很难招到职工，必须走机械化开采之路。柏林煤矿在厚度0.65 m以上煤层实现综合机械化开采。煤层在0.6 m以下的极薄煤层现阶段使用的采煤工艺只有使用大功率机组对煤层的顶、底板整体切割，才能回收其资源，使用该方法进行回采，煤质差，截齿消耗高，电力消耗大，工效低，各

类经济指标达不到要求；由于井田是单斜构造，煤层厚度、倾角比较稳定、变化小，使用螺旋钻采煤机能有效满足柏林煤矿极薄煤层安全生产需要，实现极薄煤层机械化。

2 螺旋钻采煤机设备配置

极薄煤层开采试验采用MZ-350螺旋钻采煤机（如图1～图2所示），该螺旋钻机长6412 mm,宽3194 mm，高2800 mm，机组重量55 t，机组电机总额定功率165 kW，工作额定电压（三相、交流）660 V。该钻机使用钻头数量3个，其中防爆钻头直径350 mm，钻头之间的轴距360 mm，中间钻杆直径320 mm，钻杆转速55～60 r/min，一次移动机组的距离（两个钻孔之间的距离）为1.6～2.6 m。首节钻直径为350 mm，中间钻杆直径320 mm，风筒直径320 mm，钻杆的长度1270 mm。采用液压推进机构控制方式，液压系统压力16 MPa，该钻机工作状态最大前进钻进速度1.0 m/min,最大后退钻进速度1.2 m/min；调度状态最大前进速度1.2 m/min，最大后退速度1.8 m/min。

该钻机适用于采宽1.1 m以下，采深向上70 m，采高0.35～1.0 m，准备巷道净断面不小于12.16 m2，通风依赖于全矿井通风负压。煤层倾角15～30 °。煤的硬度系数f≤3。

3 螺旋钻采煤法原理及采煤方法

3.1 机组工作原理

螺旋钻式采煤机布置在钻采巷中，向煤层上帮打钻，螺旋钻采煤机组传递扭矩和钻压给螺旋钻，钻头割煤，螺旋钻杆掏煤，煤直接落在钻采巷的刮板输送机上运出，该机一机次采宽1．1 m，三轴联动钻杆1．27 m一节，钻机本身通过人工操作液压系统自动接钻杆，达到设计采深或遇断层（其它地质构造带）时，退出钻杆，螺旋钻机整体前移，预留0．5～1．5 m煤柱后开始下一循环钻采（每钻一孔之后预留0.5 m煤柱后开始下一循环钻采；钻采工作面每隔8个钻孔留设1.5 m宽的煤柱）。螺旋钻由一个左旋一个右旋的两节钻杆和它们中间的风管组成。钻头的切割部分是一个执行机构，它由三个钻头组成。右边的螺旋钻通过减速箱传扭矩给中间钻头。

3.2 钻孔内通风防尘

通过风管不间断地向工作面通风，首节钻杆的控制箱内安装一台瓦斯传感仪并与钻采机供电形成闭锁。通过放置在风管边的软管向执行机构的喷头供水，保证降尘。另在钻孔出口处安设一组外喷雾装置，以保证降尘。

3.3 钻杆的连接和退出

两个单独的传动装置带动钻杆组的旋转。使用钻采机的前抱紧装置把钻杆锁紧后开启钻杆的连接与退出，前抱紧装置锁紧前需把钻杆连接用的带有凸轮的离合器通过钻机的钻杆微调装置调整到适合的

位置后才能锁紧。钻杆的安装、拆卸、储存是由安装在钻采机上的龙门吊和巷道内的专用平板车完成的。

3.4 钻采机的移机和钻孔对位

钻采机下面有滑板，滑板支撑在巷道底板上，利用巷道内的JH—14T绞车牵引整机（包括钻采机、乳化泵站、开关）在巷道内移动。

3.5 煤的运输

机组采下来的煤是靠放置在巷道里的刮板运输机运至胶带输送机上，在到采区煤仓。

4 螺旋钻采煤法的巷道布置和施工组织

4.1 巷道布置

螺旋钻采煤法是目前诸多采煤方法中对采区内巷道布置要求较低的一种成熟采煤方法，因为采煤工序中破煤、装煤、运煤等均在机巷中完成，所以除采区设计中必不可少的通风、运输、行人、供水、供电、压风系统等以外，在区段划分时减去了对工作面风巷的布置要求，且不需要沿空护巷。

柏林煤矿在08210（K18）钻采工作面实施钻采，工作面采用单巷(机巷)布置，巷道为三心拱，净宽4000 mm，净高3340 mm，断面

12.16 m2，采用锚网支护，所用锚杆为全螺纹钢等强锚杆，08210钻采工作面一切采煤活动都在该巷道内完成。见巷道断面、平面布置图3～图4。

4.2 采煤方法及落煤方式

08210钻采工作面采用MZ-- 350型螺旋钻机钻采，它是三轴螺旋钻式薄煤层采煤机，工作面回采顺序为区内后退式。钻采眼分布由南向北。钻机在巷道上帮前进式沿煤层倾向向上进行钻采，本钻采工作面属独头钻采采煤法。

螺旋钻采煤机布置在08210机巷中，沿煤层倾向钻采，钻头割煤，螺旋钻杆掏煤，煤直接落在运输巷的刮板输送机上运出，该机一次采宽1.1 m，三轴联动钻杆1.35 m一节，有效钻杆长度为1.27 m，钻机钻采一节钻杆深度后，把煤甩净，停止主机运转，将开关闭琐，开始接钻杆；接完后，开机进钻，每四节后要接一节稳定器。钻采到设计深度或遇断层时，退出钻杆，螺旋钻机整体前移，预留0.5 m煤柱后开始下一循环钻采。钻采工作面每隔8个钻孔留设1.5 m宽的煤柱。