综合机械化采煤技术在赵家寨煤矿薄煤层开采中的应用

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【摘 要】根据赵家寨煤矿二3煤层的回采技术研究及目前赵家寨煤 矿实际生产条件，论述了综合机械化采煤技术在薄煤层开采中应用的可行性。

【关键词】综合机械化 薄煤层开采 应用

中图分类号： F407 文献标识码： A

1 引言

在矿井的生产过程中，采煤工艺的先进与否直接关系整个矿井的生产能力。因此，要尽量选用先进的采煤工艺，从而到矿井的高产高效的目的。目前世界上最先进的采煤工艺是综合机械化采煤，简称“综采”，综采之所以先进是因为破、装、运、支、处等五个主要生产环节全部实现了机械化，减少了中间人力参与的环节，大大提高了劳动效率。

近年来我国采煤设备不断发展，特别是厚煤层一次采全高和放顶煤综采设备发展迅速，有力地促进了煤炭产量的大幅度提高。然而，对于较薄煤层来说，由于设备配套方面的不成熟和技术上的不台理，目前还难以满足高产高效和可持续发展的要求。

2 概况

郑州矿区煤层也属于典型的华北型煤层，二3煤层赋存山西组中下部 ，与下部的二1煤层间距20m左右。上距砂锅窑砂岩（Ss）22.59-73.88m，平均46.35m，下距L8灰岩25.00-37.00m，平均31.62m。煤层厚度0-6.98m,平均1.37m，层位稳定，大部分可采，可采率73.7%，但厚度变化较大，发育多处无煤带，本矿区内东北部尖灭，不稳定系数为5.09，属不稳定煤层。因此，认真研究薄煤层开采技术，并以此为基础总结出一套适合郑州矿区薄煤层的开采技术具有重大的实际意义。

郑煤集团公司赵家寨煤矿是郑煤集团新投产的主力矿井之一。矿属二3煤层可采区域含煤面积约占全井田的71%，其中煤厚0.80-1.30m的薄煤带4个，面积约22.5km2，煤厚1.31-3.50m的中厚煤带3个，面积约22.5km2，煤厚3.51-8.00m的厚煤带面积较小。煤层厚度总体变化趋势为中部背斜轴部厚，两侧煤厚较小，南北边缘及东部厚度最小。煤厚变化基本沿走向分带，沿倾向从北东向南西大致呈现薄-厚-薄的波状变化趋势，局部有突然增厚和变薄现象。其首采31106薄煤层工作面围岩条件复杂，该采面采用综采回采工艺，煤层平均厚度约1.26m，直接顶为泥岩、砂质泥岩，厚度0-9.0m，平均2.0m；老顶为香炭砂岩，平均厚度6.31m；伪顶为炭质泥岩，发育不稳定。直接底由平均2.0m厚的泥岩、砂质泥岩组成，老底由平均11.66m厚的大占砂岩组成；伪底为炭质泥岩，发育极不稳定。

3 薄煤层工作面开采设备选型

3.1 薄煤层工作面综采设备选型原则

综采工作面成套设备主要以“采煤机、刮板输送机、液压支架”工作面三机、“转载机、破碎机、皮带机”顺槽三机（根据需要配置转载机迈步自移装置）、供电系统、供液系统（主要为高压乳化液、喷雾和冷却水）、控制系统和通讯系统为主。为了发挥综采工作面设备最大生产能力和安全生产；

第一、采煤机割煤能力和运输系统能力要合理配置和衔接，既采煤机割煤能力Qc ≤刮板输送机输送能力Qs ≤桥式转载机的转载能力Qz ≤破碎机的通过能力Qp ≤顺槽皮带机输送能力Qd ；

第二、采煤机、刮板输送机和液压支架之间在性能参数、结构参数、工作面空间尺寸以及相互连接部分的形式、强度和尺寸等方面，必须有效保证设备能力相互匹配；

第三、供电系统要合理配置电力资源，防止单个移动变压器负荷过大或过小，合理配置和布置电缆，使供电系统电路损失最小；

第四、高压乳化液的压力和流量要满足液压支架的支护强度和追机（采煤机）速度要求；

第五、控制系统必须保证控制工作面成套设备正确运转和得到有效控制并能上传控制中心，通讯系统必须保证工作面各关键部位信息畅通；否则将造成部分设备能力的浪费，效率低下，甚至无法正常回采。

3.2 综采设备的选型

根据煤层厚度1.0 ～2.0 米，平均厚度1.26 米，综合通风断面、操作行人空间、设备投资经济性等因素，确定支架最大高度为1.9米，支架最低高度为0.8米,支架型号为ZY2800/08/19掩护式液压支架。

采煤机：选用MG160/360-BWD型交流电牵引采煤机。

输送机：SGZ630/220型输送机。

转载机：选用SZZ730/160型。

破碎机：选用PCM110型（功率：160/80KW）。

乳化液泵：选用WBR200/31.5型。

其他设备及其型号如下：

DSJ-100/80/2*160S型机巷皮带机１部，KBSGZY-500/10/0.69型移动变电站1台，KBSGZY-1000/10/1.2型移动变电站2台， KBZ-400/1140V开关5台，QJZ-300/1140V开关6台，QJZ-300/690V开关2台，ZXZ8-4.0开关1台， KJ50型通讯控制系统１套，上顺槽采用一台75KW无极绳绞车。

4 薄煤层工作面开采技术

根据工作面地质条件和生产实际，借鉴其他矿区薄煤层开采成功经验，采用综合机械化走向长壁后退式一次采全高采煤方法。工作面回采工艺是采用综合机械化采煤工艺，其配套设备是由液压支架、采煤机、刮板输送机、顺槽转载机、破碎机、带式输送机等组成，实现落煤、装煤、运煤、支护、推溜、移架、顺槽转载和运输等工序的综合机械化。

5 现场优化

现场应用合理化工艺参数，优化综采设备的配套合理是实现工作面高产的基础，正确的回采工艺是实现稳产的条件。

5.1工艺参数确定。(1).截深的选择。综合考虑采煤机功率、煤质硬度系数、煤层厚度及采高、项板节理发育情况、支撑压力酥煤壁深度、支架支护方式等因素来确定截深。通过认真分析工作面地质条件和设备配套情况，确定截深为0.6m。当顶板节理发育、片帮严重时.每刀拉架时进行超前支护，以提高循环单产：(2).采煤机牵引速度v的确定。v=Q／(60kMSYC)：450／(60x1.Ixl.5xO.6x1.41x0.95)=5.66m／min。其中：Q输送机能力，450t／h：k输送机因条件导致能力降低系数，1.1；M采高，1.5m；s截深，O6m：Y煤比重，1.41t／m3：c工作面采出率，0.95：根据移架速度、平巷运输能力、采煤机截割能力等，牵引速度最后确定为0m／min―6.68m／min。(3).支护与移架方式:采用邻架操作，立即支护。在采煤机割过去后，先移支架撑住顶板，然后再移输送机。并结全煤层厚度掌握加长杆伸缩，以便以合理架位及高度支护顶板。当顶板情况允许时，顺序移架与隔架移架相结合，保证移架速度满足采煤机割煤速度，以实现连续快速割煤的需要。(4).采煤机进刀方式。采用1台MG160/360-BWD采煤机落煤，端头斜切进刀方式。双向割煤，前滚筒割顶刀，后滚筒割底刀，自开缺口。根据工作面输送机机头、机尾过渡节长度与上下滚筒的相对位置，摇臂长度、回转中心至齿轨中心的距离，计算并掌握好机头机尾伸出煤壁距离不得小于0.95m，以确保上下滚筒能割透煤壁，彻底实现开缺口机械化。

5.2该套综采设备的成功应用，为薄煤层开采综合机械化实现稳产高产奠定了坚实的基础。为同类条件矿井逐步完善回采工艺，提高安全生产水平进行了有益的探索。

5.3对煤层倾角的适应性。适应煤层倾角25度，最大不超过32度，俯采角度15度，最大不超过25度；仰采角度10度，最大不超过16度。在工作面设计时要尽量避免仰、俯采角度过大，以充分发挥配套设备的能力。

7 结论

通过对综合机械化采煤技术在赵家寨煤矿薄煤层开采的应用，总结出了：(一)在条件适宜的1.5m左右煤层使用综采，与炮采、高档普采相比，初期投入较大，但其产出效益则更为可观。同时对缓解矿区生产接替的紧张局面，开采上部解放层以便释放瓦斯。提高综采机械化程度，最终实现矿井的高产高效，都具有重大意义。(二)在1.5m左右较薄煤层中使用综采，在设备选型、采面设计、作业工序、设备运行、通风管理等方面，与厚煤层相比有其殊特性。我们在这一方面进行了较为成功的探索。同时，仍需在设备配套、顶板支护、瓦斯治理上不断创新，进一步提高较薄煤层单产水平。

作者简介 张红亮（1982年--），男，河南焦作人，本科学历，现在国瑞煤业有限公司工作。

王兵伟（1973--），男，河南江城人，本科学历，助理工程师，2006年毕业于河南理工大学，现为郑煤集团国瑞公司安全监察处主任科员,长期从事安全生产技术管理工作。

徐南生（1978年-），男，安徽省安庆人，本科学历，2010年毕业河南理工大学，现在国瑞公司生产技术处工作。