薄煤层智能化工作面工程质量及标准化管理

2021-03-24王浩宇陈喜柱王福海

科技与创新 2021年4期

王浩宇，陈喜柱，王福海

（国家能源集团公司神东煤炭公司榆家梁煤矿，陕西榆林719316）

薄煤层智能化工作面很好地解决了薄煤层开采劳动强度大、煤炭发热量无法保证、安全风险较高等问题，是薄煤层常规化开采有效途径。但目前该项技术仍处于实验阶段，如何常态化使用还需摸索。国家能源集团公司神东煤炭公司榆家梁煤矿43101 薄煤层工作面作为全国首批智能化开采工作面，目前处于该领域的领先地位。该智能化工作面从技术应用、设备配型、生产接续等方面都已进入全面实践阶段，具有较为完备的管理模式和组织安排。通过实际摸索，已总结出一套工程质量管理的办法，实际效果显著。

1 薄煤层智能化工作面采煤工程质量管理

1.1 薄煤层智能化采煤工程质量管理基本原则

由于薄煤层智能化工作面具有采高低、煤层薄、起伏影响大等特点，因此在薄煤层智能化工程质量管理中有一定特殊性，具体如下。

采用沿顶割底的方式进行回采。由于采煤机高度及支架高度限制，如果完全按照煤层高度（1.0～1.6 m）进行开采的话，会出现采煤设备推进困难、支架易压死、工作面作业人员通行难度大等问题。通过对43101 工作面煤机机身高度、检修工作正常开展和煤质管控等方面的综合考量，当工作面平均采高为1.5～1.55 m 时为工作面状态的最优值，工作面平均割矸量为200 mm。

生产过程中不留顶煤。出于对煤质发热量、顶板平整、采空区自燃等情况的考虑，改变以往沿底沿顶或沿底割顶的采煤方式，除特殊情况外（包括伪顶较厚或直接顶不稳定等），直接采取沿顶割底开采工艺，效果明显。

前滚筒割底煤，后滚筒割顶煤，滚筒反转。由于薄煤层智能化设备尺寸小，设备质量较轻。煤机在高速、工作面大倾角的情况下，会出现上下频繁震动、卧刀无力、底板包坑不平等问题。通过在工作面现场实验，当煤机采用前滚筒割底刀后滚筒割顶刀，滚筒反转的方式生产时，煤机震动明显减轻，工程质量改善明显。当前滚割底后，遗留煤层起对滚筒竖直方向施加一个垂直顶底板向下的力，抵消了大部分因震动产生的向上力，使煤机在生产过程中受力平衡；同时滚筒反转，卸煤点在煤机内侧，有效减少了切割煤块甩出产生的切应力，减少了影响煤机稳定的外力作用。

1.2 特殊情况下工程质量管理办法

由于地下煤层结构复杂多变，在不同地质构造下工程质量管理所采用的割煤方法也不尽相同。针对薄煤层智能化工作面常见的几种特殊作出具体说明，具体如下。

1.2.1 向斜构造

作业人员主要从工作面采高、割矸量两方面考虑作业方法。一般情况下，工作面在正常推进过程中遇到向斜构造时，会造成工作面采高增大、顶板割矸等情况。根据薄煤层智能化工作面采高要求，采高上下偏差量不应超过±50 mm，结合43101 工作面特有的沿顶割底原则，尽量沿顶板割煤，在保证顶板平整的前提下适度抬底刀；如向斜曲度过大，可先在顶部适当割矸，先保证顶板平整，在后在向前推进两三刀之后抬底刀调整采高，如图1 所示。

图1 向斜构造煤机作业方式

1.2.2 背斜构造

与向斜构造相反，正常推进过程中出现背斜构造往往会造成工作面采高突减、底板割矸量增大等。处理的一般方法为沿顶割底，底部适当卧刀；如背斜曲度过大，可适度留少量顶煤保证顶板平整，而后在向前推进两三刀之后卧底刀调整采高，如图2 所示。

图2 背斜构造煤机作业方式

1.2.3 爬或下陡坡

当工作面出现爬陡坡或下陡坡时，首要原则是从低到高或从高到低过渡要平缓。要求煤机在调整过程中要逐步抬卧刀，切勿追求快速抬卧到位。由于智能化割煤跟机摄像头与实际误差，平缓过渡陡坡段难度较大，一般在可控范围内适当放宽该段采高要求，保持在规定采高上限值范围内即可，如图3 所示。

图3 爬坡时煤机作业方式

2 工作面及端头支护

2.1 工作面液压支架管理

由于工作面起伏、构造及抬卧刀等原因，底板无法始终保持平整，支架也就不能始终保持平直。为了解决这一问题，43101 工作面引进澳大利亚LASC 自动调直技术，即在两端头支架、工作面扫描小车上分别安装有LASC 采集设备，通过三个设备的数据收集对工作支架位置情况绘制曲线，选取其中的弯曲点，通过自动控制或远程控制支架等方式进行调节，最终实现工作面支架的平直。

2.2 工作面两端头支护管理

薄煤层智能化工作面在端头支架管理上还有一些特殊要求，具体如下。

为了保证煤质、减少设备磨损、保证顺槽1.8 m[2]通行高度等要求，薄煤层智能化工作面两顺槽与工作面间一般留有一个台阶。

以43101 智能化工作面为例，顺槽平均高度为2.4 m，工作面平均高度为1.5～1.55 m，二者间留有一个830 mm 的高台，综采设备在高台上运行。但由于过渡架在台阶边缘沿工作面垂直方向平移，当支架不正或溜槽窜动时，容易导致挤架、咬架、倒架等现象发生，因此需在过渡架与工作面相邻架间设置一根防倒油缸，以保证过渡支架正常作业。

端头架容易出现不接顶情况。由于薄煤层工作面支架配型尚属首次，在43101 工作面推进过程中，当巷道出现特殊情况，如高度变化、过薄基岩区等，极易出现支架顶梁不接顶、推拉杆无法推出的情况。针对这种问题，常规采用的方法为在顶梁与顶板之间加垫道木，但这类做法危险性较高，容易发生安全事故。43101 工作面现在的做法为在端头架后加装一根单体，通过给单体通液卸液，给予端头架推溜时的后靠力，从而保证推拉杆正常行程。

对煤机两端头斜切进刀时人员站位要求不同。因为工作面支架高度较低，大柱后无通行空间，工作面巡检和维修人员只能在大脚前弯腰前行，尤其在两端头，为了确认工作面顶板与顺槽顶板割平，巡检人员距离煤机滚筒距离较近，极易出现煤矿飞溅伤人、大块翻槽挤伤等事故。为了杜绝该类事故的发生，43101 智能化工作面采用的方法是反向旋转煤机滚筒，即前滚筒顺时针，后滚筒逆时针，使割落煤块甩到煤机与煤壁之间，减少甩出、飞溅的情况。同时严格要求工作面巡检、维修人员站位，不得小于距离前、后滚筒3 架处，以保证人身安全。