薄煤层综采成套设备开采技术的应用

陕永明

（山西煤炭运销集团阳城西河煤业有限公司， 山西 阳城 048100）

引言

某矿井自从20 世纪90 年代开始，就进行了薄煤层的开采，并在开采过程中积累了许多经验，不仅采用了综合机械化开采技术，而且采用了配套的开采设备，比如MG200/450-WD 型采煤机。该采煤机的产煤量非常高，在实际应用过程中得到了广泛的应用。该矿之所以能取得这么高的收益是因为采用的机械设备配套且完善，采煤工艺先进，因此本文就从该矿工作面设备的选型以及性能特征出发，对配套设备的结构以及适用条件进行了分析，以为其他矿井在进行同类型煤层的开采时提供经验以及参考[1-2]。

1 工作面概况

所进行研究的工作面煤层赋存条件较好，煤层厚度大约在1.35 m，煤层倾斜角度不大，最大的煤层倾角为12°，最小的为3°，平均倾斜角度为7.5°。对于煤层顶底板情况来说，其直接顶主要由灰色细砂岩组成，老顶则由灰色粉细砂岩组成，并且该矿井为瓦斯矿井，工作面的相对瓦斯涌出量为3.2 m3/min，具有爆炸危险性，煤炭的自然发火期为6～12 个月，总的来说，该工作面的煤质较高，属于优质煤[3-4]。而对于工作面布置情况来说，其走向长度为1 500 m，工作面长度为160 m，在回采过程中，需要设置多个煤柱来对顶板以及工作面围岩进行控制，以加强工作面的稳定性。

2 综采工作面三机配套

2.1 采煤机

2.1.1 选型

由于薄煤层开采的煤层厚度较薄，受开采高度的限制，采煤机必须选择矮机身；同时由于薄煤层赋存条件经常会发生变化，所以采煤机在进行割煤时，常常会截割矸石，而由于矸石硬度较大，给截割头所带来的损伤也比较大，受到的冲击、振动以及摩擦会更加频繁以及剧烈，因此所选采煤机的强度和截割头的功率要高；其次当工作面高低不平、易起伏时，所选择的采煤机必须能够适应配套设备的最低工作高度；最后一个需要考虑的问题则是装煤效果的问题，一般来说，适应薄煤层开采的采煤机其滚筒直径较小，因此装煤效果较差，所以选择的采煤机必须拥有较高的装煤效率。基于以上原则，应该选择MG200/450-WD 型采煤机，该采煤机的技术参数如表1 所示。而随着采煤工作的进行，又采用了MG2×100/456-WD 以及MG2×125/560-WD 型采煤机，使机身高度更低，装机功率更大，产煤量更高。

表1 MG200/450-WD 型采煤机技术参数

2.1.2 技术改造

由于该工作面的部分区域含有黄铁矿，所以在该区域应该对滚筒进行优化及改进，在减小滚筒直径的同时增加截齿的数量，使截割头的强度以及功率增大，降低采煤机发生故障的可能性；其次要对采煤机的各个环节有一个深刻的认识，一旦发现采煤机某部分比较薄弱，就应该提前下井对其进行加固作业；同时对采煤机滚筒进行改造，提高装煤能力[5-6]。

2.2 输送机

2.2.1 选型

薄煤层工作面在进行运输机的选型时，所需要遵循的原则有：第一，由于工作面采高的限制，其运输机的中部槽的高度不能过大；第二，要增大运输机的宽度以和采煤机进行更好的匹配，使运输机在纵向上的重心线与采煤机的重心线在同一条直线上；第三，要适应采煤机过煤高度，不能过高，也不能过低。因此从以上原则出发，选择使用SGZ764/400 型运输机，以提高运输机的输送能力，达到高产高效的目的。

2.2.2 技术改造

为了提高运输机自身的强度，采用了E 型中部槽型钢，减小了中部槽型钢的磨损，延长了中部槽型钢的使用寿命；其次将机头的高度以及机尾过渡槽的高度减小，以改善采煤机截割的条件；同时在进行中部槽焊接时，使用了大面积耐磨花纹堆焊工艺，以增强中部槽的焊接强度。

2.3 液压支架

2.3.1 选型

在进行工作面的开采时，要想保证采煤作业的安全进行，就必须重视工作面的支护设计以及液压支架的选型，所选择的液压支架必须具有足够大的初撑力以及工作阻力，可以很好地实现对工作面围岩的控制，增强围岩的稳定性，减少煤层顶板的下沉量，在一定程度上确保机械设备的运行高度以及作业空间；同时液压支架的顶梁必须是一个整体，不能分开单独进行支护，且支架的长度应该尽可能地长，厚度应该尽量地小，从而增加支架的支护空间；除此以外，支架的质量必须足够好，硬度以及强度必须足够大，并且设置支架操纵阀，使工作人员可以对支架进行手动控制，为行人空间提供便利。基于以上选型原则，所选择的液压支架型号为ZYB4400/8.5/1.8型，其液压支架的主要参数情况如表2 所示。

表2 液压支架主要技术参数

2.3.2 技术改造

考虑到所选择的液压支架形式，应该采用大流量的液压元件，以增强液压支架的响应速度，并在进行液压支护设计时，对液压系统进行合理布置，优化液压支架的结构，从而增加人机空间，方便采煤等相关作业的进行，并且提高液压支架的支护强度以增强支架的稳定性。

3 采煤工艺

3.1 截深的选择

影响采煤机截深的因素有很多，比如采煤机的功率、开采煤层的地质条件、煤层的厚度和开采高度、液压支架的支护形式等，这些因素都会对截深造成不同程度的影响，综合考虑这些因素的共同作用后，可以确定在对该工作面进行回采时，其采煤机的截深为0.8 m。但是当煤层的顶板节理裂隙发育程度较高，或者煤壁严重片帮时，应该采用超前擦顶的方式来对采煤机进行拉架，从而提高工作面向前推进的速度，增加工作面的产煤量。

3.2 支护以及移架方式

在对工作面进行支护时，液压支架所选择的支护方式是及时支护，且在正常回采过程中，选用追机移架的方式来移动液压支架。在进行回采作业时，首先使用采煤机进行割煤，其次移动液压支架，及时对工作面进行支护，最后推移运输机，对采煤工作面的煤炭进行运输。当工作面的顶板在围岩应力的作用下发生破碎时，应该采取超前擦顶移架的方式，它与追机移架方式的不同就在于，该方式是首先移动液压支架，其次再进行割煤作业。同时需要注意的是，不管采用哪种移架的方式，其液压支架的移动速度必须要与采煤机的牵引速度相一致。

3.3 采煤机进刀方式

在对工作面进行割煤时，采用的是端部斜切进刀割三角煤的方式，其进刀的长度在25～30 m 之间，往返割两刀，其中采煤机前部的滚筒截割的是工作面顶板上的煤，而后部的滚筒截割的是底板上的煤。

4 工作面工序匹配的保障措施

为了更好地进行采煤作业，需要对井下的情况进行实时监控，并保证井下与井上的通信正常，因此选择了TK-200 通信控制系统，以增强工作面的管理，降低机械设备发生故障的概率，同时有利于井上工作人员对井下进行生产指挥。

5 应用效果

在将该套薄煤层综采设备应用于矿井后可知，该矿的产煤量大大提高，一共采出煤炭600 余万t，并且单月产量也大大提高，曾有一个月的产量创下了全国薄煤层开采月产最高纪录，截止到目前为止，已经多次刷新了同等条件下薄煤层开采全国日产最高纪录，取得了非常喜人的成绩，不仅实现了煤矿的高效生产，还提高了煤矿生产的安全性。

6 结论

采用该套综采设备进行开采，不仅解决了薄煤层开采难度大的问题，还大大提高了矿井的生产效率，实现了煤矿的安全高效生产，并且减少了煤炭资源的浪费，实现了薄煤层的大规模机械化开采，为我国煤矿在进行同等条件下的薄煤层开采提供了可借鉴的设备选型设计以及方法参考。