缓倾斜煤层连续采煤机短壁开采工艺研究

2018-02-15陆春泽

机械管理开发 2018年7期

陆春泽

（大同煤矿集团有限责任公司晋华宫煤矿，山西大同 037016）

引言

我国煤炭资源丰富、储存条件多样，其中缓倾斜煤层的煤炭储量占总储量的比例较大，加强其开采工艺研究具有举足轻重的作用。连续采煤机短壁开采技术显著提升了煤炭资源的回收利用率，企业应提高重视程度，大力推广该项开采工艺，为煤炭行业的可持续发展提供有效助力。

1 缓倾斜煤层连续采煤机短壁开采工艺概述

1.1 连续采煤机短壁开采工艺的发展历史

现代煤矿开采需要坚持高起点、高技术、高质量、高效率、高效益的政策才能持续为企业注入新的活力，保证企业不被历史淘汰。纵观连续采煤机短壁开采工艺的发展历史可知，现有的采煤方法主要可分为长壁式采煤法与短壁式采煤法两类，我国传统的煤矿企业多采用长壁式采煤方法，但无法提高缓倾斜煤层的开采效率[1]。随着科技水平的不断提升，以及人们对采煤工艺的关注，已经逐渐形成了一套完善的适用于缓倾斜煤层开采的设备体系，利用连续采煤机、锚杆机、梭车等设备实现了连续作业，有效提升了煤炭开采效率。在上世纪八十年代，履带式自移液压支架应用于煤炭生产行业，实现了连续的机械化开采，工作效率与煤炭利用率得到了显著提升。

1.2 连续采煤机短壁开采工艺选择的要求

选择合理有效的开采工艺对煤矿企业的健康发展有着深远影响，企业需要根据工作面煤层的储存情况与当地的地质水文条件选择不同的技术装备进行开采。进行煤炭开采工艺选择时应注意以下事项，其一是选择的连续采煤机短壁开采工艺需要具有先进有效的技术。其二是该项工艺要能满足矿区煤层顶底板条件，以此确保开采过程的安全性。其三是开采工艺需要配备现代化设备，保证工作面安全生产，提高煤炭回采率。选择开采工艺时需要将方方面面的因素纳入考虑范围，除了煤炭产量外，还应注意工作面顶底板条件、涌水量、巷道宽度与坡度、布置形式等要素，以免在开采过程中埋下安全隐患，给企业带来不必要的经济损失与人员伤亡。

1.3 连续采煤机短壁开采工作面的应力分布

缓倾斜煤层开挖后，煤体的应力结构会重新分布。一般情况下，当一条支巷回采完毕后，前方煤体的应力会更加集中，应力集中系数变为1.2，应力增高区域分布在前方25 m左右。缓倾斜煤层的应力分布与支巷回采数量有关，其数量越大，应力系数也随之升高，当采至停采线时，此时的集中应力为原岩应力的两倍多。据研究分析可知，回采空间增大后，顶板垮落会变得更加充分，各个方向的应力相互叠加，使得应力集中系数不断增大。随着另一条支巷施工的进行，煤层的应力峰值前移，压力逐渐释放，有利于回采作业的顺利进行[2]。

1.4 连续采煤机短壁开采工作面的矿压特征

在实际开采中，连续采煤机短壁开采工作面的开采方式与传统方法差异较大，需采用独特的工作面顶板管理方法。利用全部垮落法作业时需要保证顶板岩层达到极限垮落步距，此时顶板岩层垮落形成采场来压。利用留设煤柱法管理顶板时，可人为控制顶板垮落，此时的矿压并不明显。为了提高缓倾斜煤层开采作业的安全性与科学性，工作人员可在开采初期采用留设煤柱法管理顶板，随后使用全部垮落法管理顶板。在回采作业中，行走液压支架压力的浮动范围较小，原因是留煤柱的支撑作用保证了煤炭开采安全，降低了工作面基本顶大规模断裂事故的发生几率。

2 缓倾斜煤层连续采煤机短壁开采工艺存在的问题

2.1 开采工艺设计不合理

连续采煤机短壁开采工艺需要布置两条巷道才能满足煤炭开采需求，其中一条作为胶带运输巷，另一条作为辅助运输巷，工作人员可在其单侧或双侧位置处布置支巷，以便于进行采硐回采。现阶段，煤炭开采工作大多集中于近水平煤层中，然而缓倾斜煤层角度一般为8°～25°之间，倾斜角度过大，如果开采设计不合理将会大大降低工作效率，影响煤矿开采企业的经营利润。煤矿企业进行工艺设计时需要认真考虑巷道布置角度及相关参数，以免在开采中出现过大的仰采或俯采角度。总之，开采工艺设计不合理可能导致机械设备运转不正常，开采效率得不到有效保障。

2.2 三角煤资源遗失

连续采煤机在实际作业中通过切槽和采垛等步骤完成掘进过程，形成矩形断面巷道。缓倾斜煤层倾角较大，设置连采工作面时，可能导致一定程度的三角煤炭资源遗失问题，不仅降低了煤炭利用率，也对煤矿工人的生命安全造成了一定威胁。

2.3 设备选型不科学

设备选型的科学性与缓倾斜煤层的开采质量与效率密切相关。缓倾斜煤层的角度问题加大了设备选型困难程度，随着工作面开采角度的增大，连续采煤机需要在极限角度状态下运行，工作人员选择设备型号时应充分考虑这一情况。目前我国很多煤矿企业还存在设备维护管理不到位的问题，连续采煤机需要长时间在角度过大的煤层上运转，机械磨损较为严重，需要进行精心的维护才能保证使用质量、延长使用寿命。另外，运输也是煤矿开采作业的重要环节，梭车需要适应跨度较大角度，因此选择困难较大。且运输过程中涉及的其他支护与辅助运输设备也面临相似的选择问题[3]。

3 连续采煤机短壁采煤工艺的优势

缓倾斜煤层工作面采用连续采煤机短壁工艺后显著提高了开采效率与质量，对煤矿企业的发展具有良好的促进作用。该种采煤工艺还提高了工作面设备运行的安全性与稳定性，能够确保开采设备在合理的角度范围内高效运行。连续采煤机短壁开采工艺避免了三角煤资源的浪费现象，显著提升了煤炭利用率。

4 缓倾斜煤层连续采煤机短壁开采工艺优化

4.1 优化开采工艺方案

科学的煤炭开采方案是提升煤矿回采利用率的前提，煤矿企业需在开采之前做好准备工作，制定完善的开采工艺方案。针对缓倾斜煤层开采中存在的问题，应全面分析连续短壁开采技术的特点，重点分析工作面的实际情况与现有的生产系统，采用与等高线成伪斜的方式布置主运输巷道、辅助运输巷道以及支巷，将支巷角度控制在10°范围内。缓倾斜煤层开采方案还应满足回采采硐的截割要求，在方案中确定科学合理的设备型号。在三角区域选用截割头截割振动的方式开采煤炭。

4.2 采用履带式连采设备

煤矿开采过程中的主运输巷道一般为单巷布置，角度均在10°以上，且长度较长，选择设备型号时应将这一情形考虑进去。履带式连采设备的适应角度能力强，在缓倾斜煤层开采中应用效果良好，梭车和运输系统都是良好的履带式连采设备。梭车具有运行灵活、运输量大的优点，还可以同时实现煤炭的间断式和连续式运输，在煤矿企业中有着广泛应用。运输系统的机身体积小，因此具有调车轻松的优势，不受长度限制。

4.3 合理安排施工工序与切割方式

为了确保煤矿开采过程的质量与效率，工作人员需要确保施工工序与切割方式的合理性。一般来说，缓倾斜煤层采用前进式间隔的巷道完成掘进工作。虽然连续采煤机在工作中会出现部分上三角煤无法开采的情况，表面上降低了煤炭开采利用率，但由于在选取巷道位置时靠近北翼巷道等区域，留下的三角区面积较小，可采用截割头反复截割三角区域煤炭的方式，促使该区域的煤炭快速掉落。在实际开采中，由于缓倾斜煤层的倾斜角度过大，连续采煤机会存在进刀困难的问题，既降低了煤炭开采效率，又威胁了煤矿工人的人身安全。工作人员需要在截割时调整连续采煤机的进刀方式，将其改为从巷道底板进刀，在降低机械设备重心的同时，增加了连续采煤机与底板之间的摩擦力，从而可以减少调机次数，实现割煤与装煤的连续性，提升煤矿开采效率。