薄煤层综采工艺分析及其适应性研究

张连鹏 张博

【摘要】：在介绍当前国内薄煤层赋存情况及开采现状的基础上，研究了滚筒采煤机综采、刨煤机综采以及螺旋钻综采等几种常用的薄煤层综采工艺，并结合生产实践分析了它们各自的适应性与应用优缺点，为薄煤层综采工艺的选择提供参考。

【关键字】：薄煤层  综采工艺 适应性

一、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。

二、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。

三、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。

三、薄煤层综采工艺适应性的综合评价

目前，我国对薄煤层的开采大多采用炮采工艺。用于薄煤层开采的机械化装备配套技术，在国内还不太成熟，特别是当薄煤层埋藏比较深， 地质条件比较复杂时，开采薄煤层的经济效益低， 严重地制约着我国薄煤层煤炭的开采。只要解决薄煤层综采设备配套及回采工艺方面技术难点，薄煤层综合机械化回采将对老矿区的稳定发展起到至关重要的作用。但大量的生产实践表明，综采经济效益好坏，主要取决于煤层地质条件。当工艺系统一定时，不同的煤层条件，就会获得不同的技术经济效果。为此有必要提出薄煤层综采工艺地质条件适应性的地质条件综合评价。

1、薄煤层综采工艺地质影响因素分析

若应用薄煤层综采技术，要进行详尽、必要的地质影响因素的可行性论证。薄煤层综采受很多因素的影响，主要因素如图 1所示：

在图 1的评价因素3层次结构中，复合因素是母节点，基因素是子节点，评价的顺序是由基因素到复合因素、由低层次到高层次逐层进行，因而对于基因素的选择和评价是首要的。

四、评价因素结构

1、评价指标因素的量化分析

煤层地质条件开采工艺性评价是一多层次多因素的综合评价，综合评价的价值基础是因素的度量规范，多因素间必须在价值上约定一具有可比性的尺度，而且构造因素隶属函数是建立模糊综合评价模型的基础。该评价的隶属函数是由有多年薄煤层综采经验的现场技术人员、管理人员、工程师经过培训后，采用统计类比法结合薄煤层综采矿井实际条件构造的。

2、评价因素权重分析

该评价的权重也是由薄煤層综采矿井矿有薄煤层综采经验的现场技术人员、管理人员、工程师经过培训后，采用层次分析法 （AHP） 结合薄煤层综采实际条件来构造判断矩阵。

四、结束语：

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。

【参考文献】：

[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] 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.

[3] 王朝阳， 焦承尧， 王新莹， 等. 薄 煤层 综合 机械 化开采 工艺及配套设备的研究 [J]. 煤炭科学技术， 2005 （ 1）.