薄煤层开采技术

薄煤层开采技术摘要对于我国资源储量比较大的薄煤层来说，随着国内外采矿设备制造水平的提高，在采用大功率、高可靠性工作面设备的基础上，应根据当地的煤层赋存情况，因地制宜地选择采煤机械，并采用合理的采煤方法，努力实现薄煤层的高产高效开采。

关键词薄煤层开采工艺分析回采技术发展趋势支护技术现状我国把厚度小于1.3 m的煤层划归为薄煤层，厚度小于0.8 m的煤层属于极薄煤层。

我国薄煤层资源丰富，分布面广，而且煤质好。

据统计，全国薄煤层的储量占全部可采储量的20％，在近80个矿区中的400多个矿井中就有750多层为薄煤层。

其中，厚度在0.8 m~1.3 m的共占86.02%，小于0.8 m的占13.98%，0.8 m~1.3 m的缓倾斜煤层占73.4%，开采条件相对较好。

一些地区薄煤层储量比重很大。

贵州省占37%，山东省占52%，四川省占60%。

尽管有较好的储存条件，但由于受“劳动强度大、机械化程度低、安全系数低、工作效率低”的“一大三低”影响，每年从薄煤层中采出的煤量仅占全国总储量的10.4%，而且还有继续下降的趋势，产量与储量的比例严重失调，造成国家资源的浪费，矿井服务年限。

我国从20世纪60年代起始对薄煤层工作面综合机械化开采技术与装备展开研究，先后研制并生产了多种类型薄煤层工作面综采配套设备，但没有解决关键性技术装备问题，薄煤层开采成本高、单产低、效益差、工人劳动强度高等问题，一直未能得到有效解决。

一、薄煤层开采的特点目前我国薄煤层多数采用普采，高档普采，效率低，经济效益差，一直制约着薄煤层资源的开采和利用。

一些矿井虽然使用了综合采煤设备，但是三机装备配套性能不佳，生产效率低，工作面生产能力很低。

薄煤层由于其开采厚度较小，与中厚及厚煤层相比，开采主要存在以下特点：煤层薄、采高低、煤质硬、劳动效益低煤层厚度多在1.3 m以下，并且煤层硬度多大于3~4，使得人员进入或在工作面内作业以及设备移动都十分困难。

采掘比例大、掘进率高，采掘接替紧张随着刨煤机、螺旋钻机等设备的投入，工作面推进加快，而回采巷道多为半煤岩巷，综掘设备难以投入。

煤层的厚度、角度变化，褶曲、断层等构造对采煤方法影响很大。

目前我国薄煤层开采技术发展的还不是很好。

1）机械化程度低。

由于薄煤层采煤工作面空间非常狭小，工作条件也比较差，这样就给设备的设计制造和井下移动带来诸多困难。

2）生产效率低下。

薄煤层由于煤层厚度变化、断层等地质构造，对煤层开采有很大影响，生产能力低，一般薄煤层单产只为中厚煤层的1/3或更少。

3）投入产出比高。

由于效率低，掘进率高，其开采成本明显高于中厚煤层，而经济效益则不如中厚煤层。

可见，发展机械化、实现综合机械化采煤，是实现薄煤层开采高产高效的唯一出路，我国在这方面一直在不断努力。

二、薄煤层工作面设备选择与工艺分析（一）采煤设备及工艺的选择高效高产的采煤的决定性因素之一就是是否合理的选择回采工艺，它与设备的选择、员工的综合素质、煤层倾角有关。

尽管采煤机械化水平是煤矿高产高效的必由之路，但薄煤层地质复杂，遇构造难以通过，故应根据实际情况选择合理的采煤工艺及参数，否则会出现采煤机组不适应地质条件或不配套、劳动作业循环不容易组织等情况。

对煤厚在1.0 m~1.3 m、赋存简单的缓倾斜或倾斜煤层，选择综合机械化开采是最佳选择，结合现国内薄煤层刨煤机开采的实践，应用刨煤机全自动化开采系统是实现薄煤层高产高效的有效途径。

由于采煤机截深大，自重不足，且有时需要挑顶割底，截齿磨损严重，因此选用浅截深、速度快、适应性强的刨煤机综采工艺是1.3 m以下煤层高产高效的首要选择。

（二）确定合理的工艺参数工作面合理工艺参数的确定，是综采配套设备实现工作面高产的基础。

1截深的选择。

考虑采煤机功率、煤质硬度系数、煤层厚度及采高、顶板节理发育情况、支撑压力压酥煤壁深度、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。

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支护与移架方式。

采用邻架操作，及时支护。

在采煤机割过后，先移支架撑住顶板，然后再移输送机。

结合煤层厚度掌握加长杆伸缩范围，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。

3采煤机进刀方式。

在薄煤层的开采中，可采用采煤机落煤，单向采煤，中部斜切进刀。

前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤，自开缺口。

（三）综合机械化技术现状目前，我国薄煤层开采综合机械化有许多种，大致分以下几类：滚筒采煤机；刨煤机；连续采煤机（房柱式采煤）；螺旋钻采煤。

滚筒采煤机我国薄煤层采煤机的研究始于20世纪60年代，主要用于改装、革新类机组。

这类薄煤层滚筒采煤机主要有mlq系列采煤机，如mlq-64、mlq-80、mlq3-100型等采煤机，装机功率60~100 kw。

三、回采技术现状通过近些年的发展，国内薄煤层综合机械化开采水平已经大幅提高，并形成了三种主要的开采方式：刨煤机配液压支架综合机械化开采方法、滚筒采煤机配液压支架综合机械化开采方法、螺旋钻采煤法。

综合机械化采煤要达到高产高效，采煤机、刮板输送机和液压支架等主要设备(统称“三机”)的生产能力和有关技术参数必须匹配，有配合关系的结构尺寸必须互相适合。

“三机”配套的核心环节是采煤机。

现就各采煤方式的应用情况作一比较。

（一）刨煤机配液压支架综合机械化开采方法核心部件是刨煤机。

刨煤机在薄煤层开采中的应用十分广泛，主要适用于煤层倾角小于25o，工作面坡度稳定，煤体硬度小于25MPa、煤体硬度小于底板硬度以及地质条件稳定的煤层，如果煤体硬度大于25 MPa，则需使用动力刨煤机。

刨煤机块煤率高、煤尘小，结构简单、运行平稳可靠、易于维护和相对较低的能量消耗，采煤过程连续进行，工作时间利用率高。

刨煤机可采没岑高度厚度仅仅相当于滚筒采煤机可采煤层厚度的60%，相对于其他薄煤层设备而言具有较大优势，因此在发达国家如德国、乌克兰、美国等得到广泛应用。

现阶段，刨煤机的技术水平已发展到了采高0.6-3m，截深最大可达300mm，可刨硬度f=4，刨速最高可达3m/min，装机功率最大可达800kw，铺设长度达300m。

铁法小青矿采取国内配套的方式引进一套德国DBT公司全自动化刨煤机系统，271天生产煤炭106万吨，最高日产6480吨，小青矿全自动化刨煤机开采技术的成功极大地提高了国内煤炭行业使用刨煤机的积极性。

刨煤机的缺点和不足：适用范围受地质条件影响较大、总装机功率偏小以及刨头的破煤能力和刨硬煤能力不强、刨煤机部分元部件的寿命较短、调高比较困难、刨头与输送机和底板的摩擦阻力大、电动机功率的利用率较低。

（二）滚筒采煤机配液压支架综合机械化开采方法核心部件是滚筒采煤机。

滚筒采煤机适应于煤层厚度变化大的工作面，对煤层顶底板起伏变化适应性强，对含有夹矸煤层的回采效果良好，过断层能力强以及对工作面长度要求比刨煤机短。

滚筒采煤机由于适应性强、效率高、便于实现综合机械化作业，因而发展迅速。

它的整体结构、性能参数、适应能力、可靠性等诸方面，较之以往有了较大创新和提高。

薄煤层滚筒采煤机是在中厚煤层滚筒采煤机的基础上发展起来的，它具有许多有点：1、积木式无底托架结构、液压螺母紧固、多台截割电动机横向布置、抽屉式不见安装等技术的应用，使得薄煤层滚筒采煤机结构更加简单，安装更加轻便；2、整体结构和传动方式的改进，使得滚筒采煤机的机身变得更窄、更低；3、采煤机功率的不断加大，以及电气调速行走和远程无线控制技术的应用，使得薄煤层滚筒式采煤机更能适应较复杂的开采地质条件；4、薄煤层采煤机比较适合小型煤矿的综合机械化开采。

（三）螺旋钻采煤法螺旋钻采煤法是一种新型无人工作面采煤方法，也是一种开采缓倾斜薄煤层的新型采煤方法，可将煤层可采厚度由0.6-0.8m下延到0.4m，对开采松软煤层有极高的推广应用价值。

螺旋钻采煤法的主要优点：1、投资较低；2、人员和机组设备全部在工作巷内，人员在宽敞直呼良好的巷道内就可将煤采出，安全状况良好；3、煤的可采范围达总面积的95%以上，可以多出煤，并充分释放瓦斯。

螺旋钻采煤主要存在的问题：留设钻孔间煤柱和钻孔组间煤柱，降低了采出率；2、接长和缩短钻杆所用的时间占工作总时间的比重较大。

我国近几年引进了一些螺旋钻采煤机，取得了较好的经济效益。

新汶矿业集团从乌克兰引进的2台薄煤层螺旋钻采煤机（适用于0.6-0.9的薄煤层），在传统开采方法无法开采的薄煤层范围内取得了突破。

四、薄煤层开采技术发展趋势薄煤层比中厚煤层经济效益差的现实，决定了其开采技术及装备的相对滞后，尤其受条件影响，设备的安装、检修、操作等均受到很大的限制。

此外，薄煤层生产能力低，单产水平低，巷道消耗率高、接替紧张等特点使得设备难以进行有效开采，部分条件极为复杂的薄煤层只能弃而不采，资源损失严重。

实现薄煤层安全高效开采，根本出路在于机械化。

当前，开采技术和设备重要性凸显，尤其对中小矿井而言，精选适合薄煤层开采的液压支架、采煤机、运输机等“三机”配套设备，大功率、重型化、小体积和高可靠性的设备，实现工作面的自动化操作和控制是恰当的是实现矿井增产增效的有效手段。

五、高效掘进与支护技术现状（一）煤巷高效掘进技术20世纪80年代以来，我国对矿井设计进行了改革，取消了岩石集中巷布置方式，将开拓巷道和采准巷道布置在煤层中，增加了煤巷在井巷工程中的比例。

目前，煤矿掘进巷道中大量的是煤巷，约占总掘进巷道工程量的70％左右。

我国煤巷高效掘进方式主要有3种：第1种是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，也称为煤巷综合机械化掘进，在我国国有重点煤矿得到了广泛应用，主要掘进机械为悬臂式掘进机，它适应范围广；第2种是连续采煤机与锚杆钻车配套作业线，在我国神东、万利等矿区及鄂尔多斯地区进行了推广应用，主要掘进机械为连续采煤机，它需要多巷掘进，交叉换位施工；第3种是掘锚机组掘锚一体化掘进，仅在一些矿区进行了使用，目前处于试验阶段。

1.煤巷综合机械化掘进煤巷综合机械化掘进由悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机（或刮板输送机）、单体锚杆钻机、通风除尘设备及供电系统等设备组成。

悬臂式掘进机是煤巷综合机械化掘进的关键设备，掘进机的性能对于提高掘进工效和掘进进尺具有重要作用。

我国煤巷悬臂式掘进机的研制和应用始于20世纪60年代，以30～50kW的小功率掘进机为主，研究开发和生产使用都处于试验阶段。

80年代初期，为适应煤矿机械化生产发展的需要，我国引进了AM50型、S-100型掘进机两种为代表的机型，对发展我国综掘机械化起到了推动作用。

同时，国内加强对引进机型的消化吸收工作，积极研制开发了适合我国地质条件和生产工艺的综合机械化掘进装备。