顶板破碎条件下连续采煤机掘进工艺技术

贺亚军

（山西乡宁焦煤集团毛则渠煤炭有限公司， 山西 临汾 042100）

引言

所谓顶板破碎是指岩层接力裂隙发育，整体强度差、自稳能力低下的顶板条件。该种顶板是煤矿采集过程中比较常见的顶板形式，易出现顶板冒落的危险，在进行连续采煤作业时难度较大，目前，已经可以通过连续采煤机结合支护和落煤技术进行处理[1]。

为了充分研究顶板破碎条件下连续采煤机掘进工艺技术的应用情况，本文选择一某矿井工作面为研究对象，进行详细探讨。

1 工作面概况

本文选取的工作面为某矿区南二采区首采面。该处井下标高为1 675～1 670 m。煤壁长度为72 m，煤层厚度从12.0～15.4 m不等，煤层倾角均值为12°，属于5号煤层，顶板为粉砂岩夹薄层黑色泥岩，局部为粉砂质泥岩，透水性差，易松散。整体结构复杂，易破碎。且属于高瓦斯含量煤层，属于易燃易爆高危作业煤矿，每分绝对涌量9.7 m3。整体控顶距离小，支护难度大，不易进行巷道掘进。

2 连续选煤机机组选型

采煤机的选型根据煤层的厚度、硬度有关，并配合工字钢支架+锚杆+锚索+金属网进行支护，具体设备选型如表1所示。

表1 顶板破碎条件下连续采煤机工作机组选型

3 连续采煤机工作原理

连续采煤机可做单独采煤机进行使用，一般情况下由截割机构、装运机构、行走机构、液压系统、电气系统、除尘装置以及安全保护机构组成。

其截割原理与滚筒式采煤机具有相似性，其工作机构是横置在集体前方的旋转截割滚筒，按规律排列的镐型截齿与煤层接触完成截割。其运用方式是通过截割机构的升降液压缸对滚筒进行提升，在采煤机向前推动的过程中，切入煤层，再由液压缸向下割出宽度，按照此种方式往复循环完成煤炭截割作业。其一次截割的最大宽度为3 300 mm，且仅能执行上下作业，不能左右摆动。

4 顶板破碎条件下连续采煤机掘进工艺技术的应用

运用连续采煤机组进行作业，根据煤炭截割顺序和相关辅助需求，这里主要对落煤、运输以及支护三个内容进行阐述。

4.1 落煤

落煤的过程实际上就是完成一次截割的过程。根据连续采煤机的工作原理，落煤实际上就是切槽工序和采垛工序这两个关键步骤往复循环，除此之外配合装载和支护来实现采煤机的向前推进。具体来讲就是铲装板处于停放或漂浮位置时，截割臂位于半举位置，向前移动机器至工作面与端头煤壁接触，此时继续提升截割臂大需求位置，并同时打开喷雾系统进行除尘。接下来降下稳定靴，增加采煤机的稳定性，使用多路换向阀控制滚筒向下截割，提起稳定靴沿底板进行截割，并修整凸起问题。在本工作面中，两侧巷道一次循环分别形成3700mm×3300mm×3 000 mm的断面空间与3 700 mm×5 500 mm×3 000 mm的断面空间。在对落煤工序进行调整与深化的过程中，其工艺流程如下页图1所示。

在对落煤掘进进行技术应用的过程中，需要去报巷道底板平整，并采用由顶至底的方式进行截割，以此实现落煤工序的有序进行。

图1 连续采煤机掘进工艺流程

4.2 运输

为了实现连续掘进作业，必须通过完整的装煤、运载过程来实现落煤的运送。本机组中采用的是自装载运煤方式，装有收集头机构和中部输送机，其运输方式如图2所示。

图2 连续采煤机掘进装煤及运输流程

具体的工作方式是当截割部截割的煤落入收集头机构中，收集头中带有的扒爪通过圆盘连续转动扒至中部运输机并向后输送至相连的梭车。梭车与破碎机、胶带机联动系统相连，煤由梭车进入给料破碎机后进入胶带机。这种方式与综采机组中皮带部的运输方式相比，运输距离稳定可达到150 m，减少了皮带的延长次数[3]，能够实现此种工作面条件下的快速高效煤炭运输和转载。

4.3 支护

支护是顶板破碎条件下采煤的重要工艺，能够避免顶板不稳定条件下非正常跨落造成的掘进风险。对该工作面顶板对支护产生的力学负载条件进行分析和计算，并运用相关地学资料和工程资料进行综合判断，采用工字钢支架+锚杆+锚索+金属网进行支护。具体的设置方式如下：在该工作面进行作业时，在巷道外帮按照均匀间隔（100 m）设以调车硐室。采煤机按照由上而下的方式进行截割作业时，锚杆机停在硐室中。当完成截割作业时，连续采煤机退出工作面，由硐室内的锚杆机进行沿巷道掘进作业。锚杆机将锚杆、锚索打至顶部，并张开金属网挂工字钢。工作人员进行辅助支护作业，第二道锚杆订立后在锚杆机侧护板上挂上帮网并使用风钻打设两帮上木的锚杆眼进行锚固。按照此种循环方式进行往复循环。该工作面数据破碎程度一般的顶板，当遭遇特别破碎的顶板时，应采取超前支护的方式进行支护，使用2.0 m锚杆进行超前支护，超前距离在1.6 m，保持锚杆的方位与巷道的走向相一致，并控制锚杆件的间距，确保间距均匀稳固。

5 结语

顶板破碎是我国采煤作业中的常见情况，受地质构造及控顶参数的影响。为了保障采煤掘进作业的安全性，应根据煤矿工作面的具体条件，选择合理的施工方式。本文所选取的连续采煤机掘机作业方式是当前机械化采煤作业的一种有效方式，与综采机组相比，更适用于煤基岩巷道和边角煤开采作业。根据工艺的实施情况看，整体作业效果良好，采煤效率高。因此，该种作业方式适合在复杂地质条件下顶板破碎工况中进行推广。值得注意的是，应根据煤层的硬度厚度，对连续采煤机进行优化选型，并在顶板特别破碎条件下采用超前支护增加顶板的稳定性，防止非正常落煤。

[1] 江小军.连续采煤机块段式开采顶板控制技术研究[J].煤炭科学技术，2015，43（12）：36-39.

[2] 章振雄.顶板破碎条件下连续采煤机掘进工艺技术要点分析[J].山东工业技术，2015（20）：60-61.

[3] 石晓光.厚煤层坚硬顶板连续采煤机短壁开采技术应用研究[J].山西煤炭，2015（4）：56-59.