薄煤层综采工艺分析及其适应性研究

侯京平

（山西西山白家庄矿业有限责任公司， 山西　太原　030022）

1　国内薄煤层赋存情况及开采现状

据有关部门统计，在国内70多个大小矿区中，有近450个矿井赋存着大约700层左右的薄煤层，其中已探明的可采储量近60亿t，占到了国内煤炭可采储量的近1/5，而在这些薄煤层中以0.8～1.3 m的薄煤层居多，占到了86%左右，剩余的14%为厚度低于0.8 m的煤层。

我国中厚煤层开采技术、厚煤层开采技术以及特厚煤层开采技术发展较快，开采技术也越来越成熟，而薄煤层开采技术发展速度相对较慢。这主要是由于开采薄煤层取得的经济效益相对较低，致使很多矿井一般都会优先考虑开采中厚煤层及厚煤层，搁置薄煤层，部分矿井甚至干脆丢弃薄煤层。然而经长期开采，很多矿井已几乎没有易采的中厚煤层，正常生产遭遇瓶颈，于是逐步开始重视发展薄煤层综采技术[1]。

2　薄煤层滚筒采煤机综采及其适应性

采用滚筒采煤机割薄煤层，其实际割煤作业与中厚煤层割煤作业大致相似，通常采用端部进刀方式，用割煤机的前滚筒来割顶煤，底煤用后滚筒来割，装煤可通过让滚筒的螺旋叶片与铲煤板相互配合来完成，在割煤作业中，应采用往复式割煤，不留任何三角煤，对于顶板的管理可选用全部垮落法，另外对于顶板的支护应依据实际情况进行科学合理的选择，若直接顶状况良好且具有较好的稳定性时，可采用滞后支护，若直接顶较破碎且不稳定时，应优先选用及时支护。

对于采高大于0.8 m，煤层倾角小于25°，且不存在较大断层与褶曲构造的薄煤层较适合采用薄煤层滚筒采煤机进行综采。薄煤层滚筒采煤机与刨煤机相比，其能更好地适应煤层厚度变化情况、顶底板起伏情况以及煤层存在夹矸，硬煤情况等，能更好地适应煤层赋存地质条件，具有较高的过断层能力、破煤能力，较高的机械化水平，能更好地管理顶板，降低安全隐患，可快速推进工作面，实现高产、高效，但是可采的最小采高受限，很难解决“小机身、大功率”问题[2]。

3　薄煤层刨煤机综采及其适应性

刨煤机在进行刨煤作业时，工作面两端头装设的刨头驱动装置，会控制刨煤机刨链带动刨头工作，刨刀会按指定的刨削深度进行刨煤作业，实际刨落的煤炭资源会途径刨头犁形斜面最终流入输送机，然后再由输送机从工作面运出。刨刀在刨煤时，其具体进刀方式可细分为人工开切口进刀与斜切进刀；人工开切口进刀作业主要是刨煤机由上切口运行至下切口来实施刨煤作业，在此过程中刨头通过后液压支架对输送机槽与移架进行推移，当刨头运行至机尾后再进行反方向刨煤，这样反复循环多次可实现连续刨煤、运煤作业。对于斜切进刀刨煤作业，主要为刨煤机由机头逐步移向机尾上行来实施刨煤，在此过程中刨头通过后液压支架依据下行刨深来对输送机槽进行推移，当刨头到达机尾后并反向下行至输送机弯曲段时，然后再逐渐斜切入煤壁，液压支架会依据上行刨深来对输送机槽进行推移，一个完整的采煤循环为工作面与端头各液支架都动作一次。

对于煤层厚度变化不大，赋存条件良好，倾角小于25°，不存在较大断层以及陷落柱，不粘顶，顶底板不存在较大起伏，顶板没有淋水，具有较强可刨性的煤层较适合采用刨煤机综采。

应用刨煤机综采薄煤层主要有下列优点：第一，便于开采薄煤层，日常维护也较容易；第二，选用静力来刨煤、装煤，可采出更多块煤，产生的煤粉少，且不易混入外在灰粉，有助提高煤质，获得高售价，同时可降低煤粉治理成本；第三，耗能少，振动小。进行割煤作业后，顶板暴露面积小、时间短，顶板易维护管理；可均匀释放瓦斯，因此高瓦斯矿井可应用刨煤机刨煤；第四，全自动化刨煤机配备电液控制系统的液压支架后，可把传统的定压推进转换为定量推进，这样可确保按固定刨深边刨煤边推进，可达到连续循环作业，能充分利用工作时间，实现高产、高效；第五，在回采巷道内布设操作系统与监控系统，可改善工人作业环境，减轻工人劳动强度，减少劳动事故，降低劳动成本，且更易生产管理。刨煤机采煤法的缺点是：第一，所用刨煤机各铸件通常较单一，外形较复杂，且高精度，高自动化，这就对相关操作人员的操作技能提出了更高要求；第二，对待开采工作面具有较高的地质条件要求，与滚筒采煤机相比，适应性较差，无法对刨头高度进行随时调整，易发生“飘刀”现象或“啃底”现象[3]。

4　螺旋钻综采及其适应性

用螺旋钻机来开采薄煤层时，通常我们会选用独头掘进，只需对一条回采巷道进行掘进便可对其两侧煤层进行钻采，可实现无人工作面独头采煤。具体开采方式主要有两种：第一种，采用前进式对回采巷道上帮煤进行钻采，让掘进与钻采实现平行施工，前面掘进后边螺旋钻机紧接着采煤，当到达停采处后，开始调头采用后退式对回采巷道下帮煤层进行钻采，与此同时可逐步回撤巷道支架；第二种，采用前进式来钻采下帮，让前面掘进钻机滞后一段距离采煤，采用此种方式可把掘进时产生的大多数矸石充填至下帮钻孔，让掘进矸石不上井实现绿色开采。

螺旋钻综采的薄煤层，最好应走向稳定，倾角应小于15°，厚度最好在0.4～0.8 m之间，自燃性小，具有稳定围岩，且不存在煤与瓦斯突出危险。螺旋钻综采也有较广泛的应用范围，如可开采松软煤层、保护层，同时也可开采边角煤以及三下压煤等。

螺旋钻综采也具有很多优点，如回采工艺简单，且螺旋钻机可把钻孔内的破煤工序、装煤工序以及掏煤工序都全部完成，这样可使传统多元开采模式逐步发展为单一模式；在不用输送机设备、支架设备等的情况下就可进行钻孔采煤，可大幅降低薄煤层综采投资成本；在平巷中作业人员便可完成各种操作，实际机械化程度相对较高，工人劳动强度低，可以更好地防治各类顶板事故等。但这种采煤法也存在一定缺陷，如在工作中需花费很长时间来接长与缩短钻杆，同时处理矿井矸石，会进一步增大实际采煤成本，若未能科学、合理地处理矸石填充体的接顶问题，当应用面积较大时，发生顶板冒落后易形成地表沉降；在钻孔间留设煤柱可能会影响煤炭实际采出率[4]。

5　结语

随着各矿井开采年限的增加，矿井煤炭资源量不断减少，而煤炭资源属于一种非可再生资源，未来会变得日益紧缺。为此，必须充分保护好、利用好现有煤炭资源。通过研究薄煤层综采工艺及各种工艺的适应性，有助于科学、合理地选取薄煤层综采工艺，充分利用好各种煤炭资源，有效延长矿井生产年限，使我国煤矿开采事业实现可持续发展。

[1]黄锐，邱亮亮，刘宁宁.我国薄煤层开采及刨煤机采煤技术的应用[J].煤炭技术，2012（28）：3-5.

[2]霍丙杰，张宏伟，张茂林.采空区下薄煤层螺旋钻机采煤技术[J].煤炭科学技术，2013（8）：8-11.

[3]敬毅，邱亮亮，刘宁宁.关于薄煤层开采的现行经验及其发展问题的探索[J].山东煤炭科技，2009（2）：178-179.

[4]刘振华，杜长龙，刘送永.MZ型钻机式采煤机在薄煤层开采中的应用分析和发展探讨[J].煤矿机械，2015（29）：1-3.