薄煤层无煤柱综合机械化开采技术应用

薄煤层无煤柱综合机械化开采技术应用

张旭

临矿集团里彦煤矿山东邹城273517

摘要：薄煤层无煤柱综合机械化开采技术的应用，可以实现无煤柱与安全高效共采。文章针对薄煤层无煤柱综合机械化开采技术在东盛煤业的应用，阐述其开采项目背景、开采技术的应用、开采技术效果分析与经验总结，并对该技术应用时采煤工作面设备配套及改进做了介绍。

关键词：薄煤层;无煤柱;综合机械化;效果分析

引言

某井田面积为2．6604km2，批准开采1号、2号、3号、9+10号、11号煤层，核定生产能力90万t/a。多年来，煤炭企业结合矿井地质情况，一直致力于薄煤层开采技术的探索和改进，摸索出了一套切实可行的薄煤层无煤柱综合机械化开采技术。

1薄煤层开采现状

当前国内外许多学者对薄煤层开采装备及技术进行研究。国外对薄煤层开采进行研究的国家以德国为主，技术装备主要有螺旋钻机及刨煤机。上世纪八十年代，我国开始引进德国生产的刨煤机，但效果不理想。目前我国薄煤层的开采方法主要有炮采、薄煤层综采等，产量也逐渐上升。其中也对薄煤层开采的顶板控制及矿业显现规律进行研究，并取得了一定的成果。但目前薄煤层的开采效率仍处于较低水平，大功率采煤机在薄煤层的开采应用中仍不多见且存在较多问题。由于薄煤层工作面作业空间狭小且顶底板条件一般较差，因此，为了增加通风横截面积便于通风，工作面支架顶梁的长度必须加大。为了满足工作面高度，应尽量将工作面采煤机与输送机的配套高度降低。本文针对薄煤层采高小，作业面低、设备维修保养难等问题，对如何降低设备故障率、提高开采效率进行研究。

2切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术

2.1技术原理

切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术即是采用双向聚能拉伸爆破新技术对巷道靠近工作面侧顶板进行预裂爆破，充分利用岩石抗压怕拉的特性，进而在工作面走向方向上创造结构弱面，利用采场周期来压的作用，使得采场顶板按照设定高度垮落成巷帮，采用一定的巷旁支护技术控制矸石帮的稳定性，此时，垮落的矸石就能够在一定程度上控制老顶的回转和弯曲下沉，以此来实现卸压作用；采用此技术形成的巷帮，既能隔绝采空区有害气体又能满足工作面下顺槽的重复使用，实现“单面单巷”的开采方式。

2.2巷道顶板控制关键技术

在采用顶板预裂爆破技术后，沿空侧巷道顶板形成短臂梁结构，此时，若不采用一定技术控制巷道顶板的离层下沉，则巷道顶板势必会发生大变形、甚至冒顶，严重威胁巷道的安全和正常使用。针对巷道顶板的这种有害变形，采用研究团队研发的具有高预应力、高恒阻力及恒阻大变形锚索来控制顶板的变形。其支护原理：在围岩变形前期，施工恒阻大变形锚索，通过锚索的高预应力加固因开挖引起的围岩的塑性区，使围岩完整性得到修复，向深部转移围岩的应力集中。在围岩变形中期，当围岩的变形能超过恒阻锚索的恒阻力时，恒阻锚索可通过自身的大变形吸收能量，降低围岩中集聚的膨胀变性能，避免了锚索断裂、失效现象；围岩变形后期，围岩中能量得到释放，锚索所受拉应力小于恒阻锚索的恒阻力，保证在恒阻锚索的作用下围岩再次达到稳定状态。

3薄煤层无煤柱综合机械化开采技术的应用

3.1综合机械化开采技术的应用

煤业根据煤层赋存情况、开采技术条件，本着投资少、见效快、安全性好和节约资源的原则，引进某公司的薄煤层ZY2200/7．5/15轻型液压支架，应用某科技大学柔模混凝土沿空留巷技术，结合矿井开拓布置实际情况布置了10102综采对拉工作面。上、下工作面共用一条运输巷，作为进风巷，共用转载机、胶带;上、下工作面各布置一条轨道巷，担负运输材料和回风任务。回采过程中进行沿空留巷，作为下一个工作面的回风巷。首个综采对拉工作面虽然解决了一些问题，但在设备上还存在一些弊端:

1)采煤机与大溜之间过煤高度低，只有175mm，遇到大块煤矸时很容易发生卡链，且对采煤机底座磨损较严重。

2)采煤机滚筒、截齿，工作面大溜链和刮板连接螺栓强度均较低，过地质构造时磨损严重，经常发生断链、断刮板情况。

3)工作面大溜电机功率偏小，容易发生压溜情况。

3.2工作面设备配置的优化

针对10102工作面回采过程存在的弊端，重新优化设备配置。上海某公司针对该矿地质情况特点，对采煤机重要部位做了设计改进，同时引进西北某煤机厂的高强度刮板输送机，并且与该公司定制专用的端头、端尾架，重新装备布置了10202工作面。通过不断优化设备配置，解决存在问题，薄煤层工作面综合机械化开采技术日趋成熟。

4技术效果分析与经验总结

4.1柔模混凝土沿空留巷技术应用

柔模混凝土沿空留巷在采空区与巷道之间形成一道密接顶、强初撑、高阻力的混凝土连续墙，弥补回采造成的巷道一帮的缺失，与原有巷道内的支护形成一体，共同承担回采动压及其他的巷道压力，维护巷道稳定，并隔绝采空区内瓦斯、二氧化碳等有毒有害气体，防止采空区自然发火。

4.2对拉工作面布置及应用效果分析

对拉工作面的上、下两个工作面共用一条运输巷，共用转载机，共用胶带，分别布置轨道巷，担负运输材料和回风任务，并且上、下工作面共用一个溜煤眼运煤至布设在2号煤层的运输下山主胶带。截止目前，某煤矿企业已回采两个对拉工作面，成功应用沿空留巷技术留设两条巷道，成功实现了薄煤层无煤柱开采，取得了以下效果:

1)对拉工作面沿空留巷，提高了煤炭资源回收率，延长了矿井服务年限。采区回采率提高了17．6%，在一水平布置无煤柱对拉工作面，可节约资源200多万t，延长了矿井服务年限2．2a。

2)应用沿空留巷无煤柱开采技术，有效避免了1号、2号煤层采空区遗煤的自然发火隐患。

3)应用沿空留巷技术，节省了巷道掘进费用，万吨掘进率下降了10%～33%。

4)对拉工作面共用转载机、胶带、电缆、开关等电气设备，节约了设备购置、运行及消耗成本。

5)对拉工作面，使采区两翼相对应的工作面共用一个溜煤眼，简化了系统，节省了溜煤眼的施工量。

4.3在减少工作面开切眼和结束线集中应力的应用

针对坚硬煤层顶板工作面回采过程中，顶板岩层不随采随落，随着工作面推进，采空区悬顶面积越来越大，初次来压步距大，矿压显现明显；以及工作面结束线集中应力问题。在工作面开切眼和结束线沿煤层倾斜方向实施切顶技术，预裂顶板，减小顶板初次来压步距和应力集中。

结语

某煤业在应用薄煤层综合机械化采煤工艺过程中，从回采速度、经济效益、整体安全性能等方面都得到了很大提升。经过两次改进，设备更趋科学合理，适应性更强，设备选型配套具有如下特点:

1)薄煤层工作面煤层厚度有限，在遇坡度变化较大或地质构造时难免会割落、运输岩石。在设备选型时，要充分考虑采煤机滚筒、截齿、底座以及刮板输送机大链、刮板和连接螺栓等关键部件的强度问题。

2)支架支撑高度和采煤机采高的确定，要充分考虑煤层厚度及顶、底板岩性情况。

3)薄煤层工作面空间有限，在设备选型时，要考虑尽可能增大采煤机与刮板输送机之间的过煤空间。

随着煤炭资源的日趋减少，薄煤层开采即将成为今后一个时期的重要课题，某煤业经过多次改进，已经总结出一套适用于薄煤层无煤柱开采的方式，这对我国煤炭工业无煤柱综合机械化开采的持续、稳定的发展意义重大。

参考文献:

［1］袁亮，薛俊华．低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术［J］.煤炭科学技术，2013,41（1）：5-11．

［2］张农，薛飞，韩昌良．深井无煤柱煤与瓦斯共采的技术挑战与对策［J］.煤炭学报，2015，40（10）：2251-2259．

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