螺旋钻机采煤工艺在开采中的应用与研究

2021-01-22罗浩华

山西冶金 2020年6期

罗浩华

（同煤集团晋华宫矿普掘三队，山西大同037000）

现阶段，对薄煤层开采的工艺仍然是要通过使用大功率的机组来实现，在进行回采时回采的煤质较差，采煤机的截齿消耗比较高，电力消耗也比较大，而且开采的效率比较低，整体经济指标也达不到相关要求[1]，为了提高煤炭资源的回收率，解决对0.9 m左右薄煤层开采难的问题，研究有针对性的采煤工艺，采用螺旋钻采煤机来开采薄煤层，实现机械化开采煤层，满足生产要求。

1 矿井概况

同煤集团某煤矿工作面的煤层厚度为0.42～0.81 m，平均煤层厚度0.65 m，煤层倾角为18°，煤层节理发育，直接顶煤层厚度为7.4 m，多是细砂岩或灰色粉砂岩，容易破碎出现冒落，基本顶煤层厚度为8.2 m，多是灰色粉砂岩，直接底煤层厚度为4.5 m，多是细砂岩，黏土呈胶结状态，老底煤层厚度为9.0 m，多是砂质页岩，泥质胶结[2]。工作面的富水性不强，局部有少量积水，煤层底板距离奥灰含水层的高度为190 m，回采时不受顶、底板水的影响，断层也不导水，在进行钻采的过程中受水害的影响小。

2 螺旋钻机组成及工作原理

螺旋钻机机组由主机、钻头、钻机动力装置、通风系统、输送机等装置组成，其组成结构如图1所示[3]。

螺旋钻采煤机是通过在巷道内布置1台或多台螺旋钻机，工作人员不进入开采工作面，通过操作螺旋钻机对巷道上下帮煤层进行开采，完成进钻和退钻。在钻孔中实施钻采时，钻杆组件在两个独立的动力装置带动下旋转，使钻头纵向向前推进，通过钻头上的截齿来进行割煤，在钻杆的旋转下，沿着煤层倾斜的方向在上下帮进行打钻，原煤通过钻孔被掏出落在钻孔旁边的刮板输送机上，刮板输送机与胶带输送机相连接，将开采的煤炭通过胶带输送机运送到采区的煤仓，采用螺旋钻机的采煤工艺更简便、更高效。

图1 螺旋钻机的结构组成

3 螺旋钻机的采煤工艺

3.1 开采方法

将螺旋钻采煤机布置在开采巷道的顺槽内，钻进时沿着煤层倾斜的方向进行，在巷道内安装1台钻机，在小于15°方向向前钻进上帮，然后在小于15°方向钻机下帮，同时将巷道支架撤回，在采用前进式方法采煤时，可以随时沿着掘进巷道进行钻采，先对煤层的下帮进行钻采，将掘进时起底破顶出的矸石充填在下帮的钻孔中，确保矸石不上井，提高所采煤的质量；在采用后退式方法采煤时，先沿上行方向进行钻采，钻采完成后退回，调头沿下行方向进行钻采，确保留设煤柱的尺寸为0.5～1.0 m。

3.2 巷道与钻孔支护

在螺旋钻采煤机回采过程中，及时对巷道周围的围岩变形情况进行监测，当巷道受到的压力增大时，巷道的变形量较大，要及时对巷道进行支护，以防出现冒顶情况影响采煤工作，将钻采工作面的运输顺槽沿着煤层顶板布置宽为4.5 m，高为3.5 m，断面积为13.75 m2的半圆拱形断面[4]，采用锚网喷与锚索联合支护方式，采用18 mm×2 000 mm的全螺纹钢强树脂锚杆，锚杆的杆间排距为900 mm×900 mm，锚索的间排距为3 000 mm×6 000 mm。工作面钻采完后，开采过的钻孔要及时进行支护，在钻孔口处支设木点柱，要确保牢固，注意不要支设在浮煤和浮矸上，将钻采孔都封死，防止有矸石落出，从底板开始，逐层用砖和水泥垒砌到顶板上方，对钻孔进行完全密封，用水泥将整个墙面抹平，确保密实性，钻采孔口支护及密封俯视图如图2所示。

图2 钻采孔口支护及密封示意图

3.3 回采工艺

螺旋钻机的回采工艺流程如图3所示。

图3 工艺流程图

使用螺旋钻机进行回采时，先沿上山的方向对煤层进行打钻，螺旋钻机的一次采煤宽度为1.905 m，三轴联动钻杆每节长1.54 m，螺旋钻机在钻采一节钻杆的深度后，待原煤排干净后停止主机的运转，再将钻杆连接，接完后开机再进行钻进，每四节之间要连接一节带有联接筒的钻杆，当钻采到工作面断层位置或所设计的深度时，将钻杆退出，向前移动螺旋钻机，留设0.5 m的煤柱，在进行下一个循环的钻采，螺旋钻机在顺槽中的前进和后退采煤方法的布置示意图如图4所示。

图4 螺旋钻机采煤布置示意图

4 实际钻采效果

在同煤某矿工作面采用螺旋钻采煤机进行开采，采用钻头直径为350 mm的螺旋钻机，一次钻进的距离为1 100 mm，钻杆长度为1 270 mm，钻进时的速度为1 m/min，退钻时的速度为1.2 m/min，接和撤一次钻杆的时间为3～4 min，开采方式为两采一准，每班开采的工人为8人，平均每月工作27 d，煤的容量为1.48 t/m3，钻进采煤的回采率为95%，每个班组进行一次循环钻进，钻进深度在70 m，则平均每班组约开采39.8的煤，平均每天约开采78 t的煤，平均每月约开采2 106 t的煤，回采时每工的工作效率约4.8 t，煤炭资源的回收率约62%，可见，采煤效率有所提高。