综采、综掘工艺在薄煤层的推广应用

XX煤矿薄煤层推广综采、综掘工艺的分析论证

2009年11月江苏煤炭地质勘探四队提交了《XX煤矿建井地质报告》。根据该报告及矿井生产中探煤掘进的施工情况，XX煤矿计划开采太原组的9-2煤层。9-2煤属全区稳定可采煤层，层位稳定，平均厚度为0.98米，上距九灰1.43～7.49米，下距十层灰岩8.68～16米，平均12.32米，一般含夹矸一层，测井曲线极易辨认对比。为实现减人、减线、减面，少投入、多产出的目的，现对薄煤层综采、综掘工艺进行分析如下：

一、薄煤层综采工艺的开采方案分析 一）采煤工艺的选择

根据国内薄煤层的开采经验，薄煤层长壁式开采按照工作面装备和回采工艺的不同，分为炮采、高档普采、刨煤机综采和薄煤层采煤机综采等采煤工艺，各采煤工艺特征及适用条件见表-1。

表-1 薄煤层采煤工艺特征及适用条件 项目 炮采 高档普采 刨煤机综采 薄煤层采煤机综采 工作面装备煤电钻打眼放炮落煤、人工工装煤、刮板输送机或溜艺槽运煤，用单体液压支特柱支柱进行支护，实现征 采煤工艺过程部分机械化。 优对地质条件适应缺性较强，设备简单，投点资少；但工艺落后，机及械化程度低，安全性适差，产量和效率较低，用工人的劳动强度高。适条用于地质条件较复杂件 的中小型矿井。 工作面装备薄煤层采煤机落煤，采用工作面装备薄煤工作面装备刨刮板输送机运煤，液层采煤机落煤，采用可煤机落煤，采用刮压支架支护。实现落弯曲刮板输送机运煤，板输送机运煤，液煤、运煤、支护、顶单体液压支柱支护。 压支架支护。 板管理及顺槽运输全过程机械化。 工作面装备采煤刨煤机组实现工作面装备采煤机组，机械落煤，实现了落煤、装煤、运机、液压支架，机械了采、装、运的机械化，煤、支护的机械化，落煤，实现了采、装、生产集中，生产能力较可随时刨煤，随时运的机械化，生产集大，采用单体支柱支推进，实现了连续中，生产能力较大，护，由于工作面生产活采煤，工作面可实但由于工作面生产活动空间有限，工人劳动现无人值守，设备动空间有限，工人劳强度大。 投资高。 动强度大。 以上四种回采工艺中刨煤机综采最为先进，但对煤层开采条件（硬度、围岩状况、赋存条件）要求较高，四川新胜煤矿、云南后所煤矿、四川松藻打通一矿及开滦范各庄煤矿先后使用该工艺，由于当时对刨煤机的性能

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和本矿井煤层的可刨性了解不清，效果均不理想，存在刨头飘刀或啃底，刨头座开裂，输送机电动机故障等问题，个别矿井如铁法煤业煤集团小青煤矿因采用引进国外设备，使用较成功，但设备投资高。

炮采工艺对地质条件适应性较强，设备简单，投资少；但工艺落后，机械化程度低，工作面支护工作量大，产量和效率较低，较适应与中小型矿井。高档普采虽然落煤、运煤工艺采用了机械化，但顶板支护采用单体支柱，存在着工作面支护工作量大，个人劳动强度高等缺点。薄煤层采煤机综采是一种较为先进的回采工艺，目前国产薄煤层滚筒采煤机一般可以满足煤层厚度0.8～1.3m，煤质中硬以下的缓倾斜薄煤层。

根据XX矿9-2煤的及其顶底板特征，综合矿井生产技术管理水平及矿井生产能力等因素，9-2煤开采设计采用薄煤层采煤机综采工艺，全部垮落法管理顶板。

二）薄煤层工作面回采方案选择的要素 1、薄煤层开采的难点 1）采煤机械化程度低 ； 2）工作面单产和效率低； 3）掘进率高； 4）开采成本高 ； 5）工人劳动强度大 。 2、薄煤层采煤机选择的要素 1）采煤机整个机面高度要较低

现在的采煤机大部分都采用多电机驱动，横向布置有利于降低机面高度。由于截割功率较大，电机外形尺寸就大，影响了采煤机机面高度的降

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低。

目前有的采煤机采用双电机拖动的方式来降低机面高度的方法。如MG200／456一WD型采煤机，每个截割部的截割功率是200 kW，采用2个1 00 kW电机来拖动，就减少了电机的外形尺寸，使整个机面高度降到853 mm，使该采煤机一般可开采厚度为1．1～1．2 m以上的煤层。

同样，MG250／556一WD型采煤机，每个截割部的截割功率达到250 kW，采用2个1 25 kW电机来拖动，整个机面高度也降到853 mm，也可以开采厚度为1．1～1．2 m以上煤层。

2）滚筒装煤效果要好

由于是薄煤层，滚筒直径不可能大，而且随着煤层越薄，滚筒的直径要求越小，由此往往带来装煤效果不好、装不上煤或装不干净煤的问题。

滚筒直径小、滚筒上螺旋叶片高度小，而割底矸、硬煤、硬矸要求截割头强度要高，不能通过减小轮毂直径的途径来提高叶片高度，由于螺旋叶片高度的降低、螺旋叶片对煤的推移面积减少，造成装煤效果降低。

另外，由于刮板输送机本身的高度和要求保证一定的卧底量，与较低的螺旋叶片高度形成矛盾。只有通过对滚筒直径和结构形式、输送机高度、过煤空间、摇臂结构形式等进行综合考虑和协调，以求达到尽可能满足提高装煤效果和卧底量的要求。

滚筒转速越高、滚筒叶片螺旋角过大时，煤易被沿切线方向抛出，不利于向刮板输送机上装煤； 相反，滚筒转速过慢、滚筒叶片螺旋角过小时，煤被抛向刮板输送机上速度过小，也不利于装煤。

因此要合理地确定滚筒的转速和叶片螺旋角的大小。

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3）采煤机机身长度要短

开采薄煤层对采煤机的要求除了降低机面高度之外，还应尽可能地减小机身的长度，以适应工作面高低起伏的条件。

3、薄煤层综采液压支架选择的要素

1）结构紧凑（一般不少活动的侧护板，多为双柱掩护式）； 2）构件薄（顶梁和底座厚度小，多为分体底座以排矸）；

3）调高范围大，控顶距小，（煤层厚度变化大，一般煤层大于0.8m； 4）重量轻、面短，大流量控制系统、提高移架速度、电液控制。 4、薄煤层刮板输送机选择的要素 1）工作面刮板输送机的高度较低； 2）工作面刮板输送机的宽度较宽。 5、薄煤层高产高效的方法 1）加大工作面长度 2）加大截深加大切割功率 3）加快切割速度 4）自动化程度

6、我国国内薄煤层比较成熟的开采实例 大同矿务局晋华宫煤矿

MG200/450-BWD型采煤机在该矿进行工业性试验。

工作面长度180m，走向长度1050m，煤厚1.45m，倾角3°，f=3，煤层赋存稳定，构造简单

最高日产4018t，平均日产2607.15t，

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最高月产95448t

最高工效40.18t/工，平均工效26.07t/工。 大同马脊梁煤矿

煤层厚1.45～1.74m，f =3，倾角3°，工作面长250m，走向长2500m，循环步距0.8m

4LS-6型采煤机，采高1.35～2.5m LX（3B）1500-830型交叉侧卸式输送机， 运输量1500t/h，电机功率2×375kW LX（3B）1500-830型交叉侧卸式转载机， 运输量1500t/h，电机功率160kW

ZZ 5200/11/18液压支架，带电液控制兼手动邻架控制系统，支架高度1.1～1.8m

SSJ-1200/3X 200M架带式输送机，运输能力1600t/h，运输长度1500mm 4LS-6型采煤机可无线电遥控

采煤机割煤速度可达7-8m/min是国产采煤机2.5倍，小时生产能力是普通薄煤层综采面的3.3倍

初期投资是普通薄煤层综采面的1.6～2.2倍，吨煤成本比普通薄煤层综采面低60%，投入产出比为1:5.6，普通为1:5.4。

最高日产7200t，最高月产15.7万t 平均工效50.87t/工，最高工效66.78t/ 大同同家梁煤矿

煤厚0.9～1.4m，工作面走向长800m，倾斜长128m

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ZYB4400/8.5/18型掩护式支架

SMG200-B型双滚筒采煤机，采高1.0～1.8m SGB-630/220W型刮板输送机，运力450t/h 40型转载机，运输能力500t/h； S7-80型顺槽皮带，运输能力为700t/h。

最高月产40198t，最高日产2554t，四六制最高班产1649t，回采工作面效率为26.7t/工

7、建议方案

1）工作面面长加大至200m以上，采用两部采煤机进行割煤，每天割煤6刀，年产可达到67万t。

2）工作面面长按135m设计，采用一部采煤机进行割煤，每天割煤8刀，年产可达到60万t。

3）建议采用三机配套

三机配套 方案 采煤机 MG200/450-BWD MG320/710-WD2 MG100/240-BW 液压支架 ZYB4400/8.5/18 ZY3200-10/20 ZY4400/8.5/17 刮板输送机 SGB-630/220W SGZ-730/400 SGZ630/264 备注 大同同家梁煤矿 徐矿集团张集煤矿 中矿设计院 方案一 方案二 方案三

二、薄煤层综掘工艺的方案分析

一）综掘工艺的优点：综掘采用综合机械化劳动，减少劳动强度，加快劳动掘进进度，减少炸药、雷管等火药品的消耗，避免放炮造成的安全

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隐患。

二）半煤岩巷高效掘进技术

我国煤矿除煤巷外还有大量的半煤岩巷道需要掘进，主要为薄煤层以及2.0m以下中厚煤层巷道，约占总掘进工程量的20％左右。 半煤岩巷道是指在掘进断面中，岩石面积占断面面积的20％～80％的巷道。

我国重点煤矿半煤岩巷的掘进基本上采用半煤岩悬臂式掘进机机械化作业线，半煤岩掘进机以中型和重型机为主，截割功率在120kW以上，机重在35t以上。煤矿现用主流半煤岩巷悬臂式掘进机以EBJ-120TP 型、EBZ160TY 型及S150J型三种机型为主，占半煤岩掘进机使用量的80％以上。

掘进机在半煤岩巷道掘进机过程中由于岩石所占比例大，在机器选择时主要考虑以下几个方面：

1、机重大、重心低、工作稳定性好； 2、破岩能力强，截齿单刀力大； 3、元部件可靠性高； 4、系统简单可靠，便于维护。

煤科总院太原研究院研制的EBJ(EBZ)系列半煤岩巷掘进机，采用大、小截割头2种配置方式，大截割头适应煤巷高效掘进，小截割头适应半煤岩巷掘进。EBJ-120TP 型小截割头平均截齿单刀力在4 500N以上，EBZ160TY小截割头平均截齿单刀力甚至达到了8 000N，截齿单刀力大，保证了破岩能力，真正满足岩石硬度为f＝6～8半煤岩巷的掘进。

对重型大功率掘进机来说，当截割煤层时，因截割阻力较小，这时需要提高截割速度来提高生产率；当截割岩石时，截割阻力较大，为避免截

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割电机过载，同时也为减少截齿损耗，这时应降低截割速度，同时增大截割单刀力。EBZ160TY型掘进机采用恒功率双速截割电机，这种方式调速方便，且高、低速时电机功率恒定不变，低速时单刀力增大一倍，是同类机型的1.5～2倍，整机截割能力明显加强。

二）岩巷高效掘进技术

目前，国内岩巷施工仍以钻爆法为主，岩巷悬臂式掘进机在我国正在进行试验。以钻爆法为主的岩巷机械化作业线，主要有二种，一种是气腿式凿岩机配耙斗式或铲斗式装岩机作业线；另一种是全液压钻车配侧卸装岩机作业线。第一种在我国应用较多，掘进速度一般为60～70m/月。第二种在我国应用较少。

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