井下连续采煤机短壁开采工艺的应用

井下连续采煤机短壁开采工艺的应用

朱春刚1 高海新2 高储涵3    

潞安新疆煤化工（集团）有限公司砂墩子煤矿生产技术部                 潞安新疆煤化工（集团）有限公司总调度室  国家电投集团新疆化工设计研究院有限责任公司  

摘要：连续采煤机短臂开采是煤矿开采的重要工艺之一。本文以某采煤工程为例，详细阐述连续采煤机短臂开采工艺的应用方案，通过验证证实，连续采煤机短臂开采工艺能够有效提高煤炭资源回收率，提高掘进速度、增加开采规模，有助于提升煤矿企业经济效益。

关键词：井下；连续采煤机；短壁开采；连续运输系统

当前，我国现有60%的煤炭资源适合长臂综采，剩余20%为残采煤区和残留煤柱、23%属于“三下”压煤、17%为不能布置长臂工作面。连续采煤机断臂开采适应于埋藏深度较浅、顶板压力较小的煤层进行开采或者煤层倾角小于8°的近水平中层煤层以及不适宜布置综采工作面的小型井田范围内的开采。据不完全统计，我国国有煤矿资源回收率为40%左右，地方煤矿资源回收率为15%，而采取短臂机械化开采设备后，我国煤矿资源回收率可以达到60%，因此采取连续采煤机断臂开采具有生产效率高、安全洁净以及回收率高的特点。本文以某采煤工程为例，详细阐述连续采煤机断臂开采工艺的具体应用，以此为今后实践工作提供参照。

1.某采煤工程的概括

某矿井煤层厚度为4.6m-6.25m，平均厚度为5.2m，煤层层理较清晰，含有1-3层泥岩矸石，夹矸厚度为0.1-0.5m。煤层 倾角均值为 2°。煤层顶板以厚层状粗砂岩为主，总体较为稳定，坚硬、岩层厚度平均为10m。该工程原来计划布置综采工作面，并且在工作面上下平巷已经掘进完成，但是基于该煤矿的地形结构不适宜采取连续采煤机长臂开采，因此使用连续采煤机短臂开采工艺。

2.连续采煤机短臂开采工艺方案

2.1巷道布置

针对该煤矿开采地段的条件，在布置巷道时需要考虑以下两点：一是要利用现有巷道形成生成系统，以此减少施工成本，节约井下空间。另一方面最大限度使用连续开采设备以此提升开采效率，提高开采安全性。由于该煤矿已经在综采面掘进了2条巷道作为轨道巷（巷叫较为平缓）和运输巷（巷道起伏不平，局部角度达到20°以上），通过对巷道的地质结构分析可以看出巷道等高线由南翼逐渐向北翼分散，因此在距离机巷90m的位置平行开挖一条巷道作为连续采煤机工作面的主运输巷道并且将其作为回风巷，沿着工作面顶板掘进，断面顶板部预留少量的三角区域。将机巷作为辅助运输兼回风巷，原来的回风巷作为下区段的回风巷。

完成巷道布置后需要进行支护，考虑到开采安全性，采取调伪斜布置巷道的方式，采取双侧布置，具体就是采取与等高线成60°角度调伪斜的方式布置支巷，这样既可以满足开采需要，降低巷道掘进率，而且还可以满足连续采煤机常规运行角度的要求。

2.2设备配套选型

完成巷道布置后，要根据开采要求选择连续采煤机短壁开采的相关配套设施。由于该煤矿主运输巷道为单巷布置，平均角度为10°左右，因此在选择相关设备时要考虑巷道的角度和支巷长度。相关配套设施见表1所示。

表1：连续采煤机短臂开采配套设备

通过表1可以看出连采机和支护设备都是履带式结构，其适应角度的能力强，而运输设备为胶轮市和履带式，因此在选择相关设备时需要考虑。梭车和运输系统是短臂开采的关键设备，梭车实现煤炭间断式运输，连续运输系统则实现连续运输。梭车是胶轮式，受卷缆装置收放电缆长度限制，其运行长度为100m左右。因此梭车难以满足该煤矿开采运输工作要求。而连续运输系统为履带式，其适应性较强，但是其难以满足支巷开采长度要求，因此为了适应支巷长度要求，增加1 个跨骑转载和 1 个行走转载单元，使得连运系统结构增加20m，满足支巷长度要求。

2.3开采施工

工程在工作面中部布置1条巷道，为了提高连续采煤机短壁开采工作效率，巷道掘进采取前进式间隔掘进支巷和主运输巷方式。

连续采煤机在掘进过程中，由于巷道角度较大，导致连采机进刀比较困难，截割滚筒容易出现空转，落煤效果比较差，甚至机组出现下滑等现象。针对该问题调整连采机进刀方式，将自上而下切入煤体的传统方式改为由巷道底板进刀（图1所示），通过改进进刀方式能够降低连采机的重心作用点，增加连采机与底板的摩擦力。同时为了避免机组打滑，需要在连采机上安装制动器，连采机在运行时，司机要及时调整好进刀角度，实现割煤与装煤的连续性。

图1：连续采煤机截割方式示意图

连采机沿着主运输巷道进行掘进时会形成矩形断面而导致巷道留着三角煤没有办法开采，但是由于在选择巷道时其靠近北翼巷道等高线较为分散的区域，该区域所预留的三角区面积非常小，而且该煤层的纹理比较清晰，在实际掘进过程中采用截割头反复截割三角区域的煤炭，该区域的煤炭能够轻松的掉下来，有效避免了煤炭资源浪费。

2.4优化通风系统

通风系统是确保煤矿开采安全的基础。井下开采需要落实安全性的原则，在进行短壁开采中，关注实际通风工作的优化改进，保障各工作面、支巷具有较充足的新鲜风流经过。该工作面的主运巷为进风巷，辅运巷为回风巷，具体需要借助全风压结合局部通风机（一组对旋轴流压入式局部通风机）来提高井下的供风效果，同时在采区内要调节风帘等通风设施，使风流可经支巷、工作面、边界回风通道汇入主运巷，最终从回风大巷流出。

3.连续采煤机短臂开采工艺应用效果

将设计的连续采煤机短臂开采方案应用到实践中，于2022年1月正式施工。经过9个月的开采取得不错的开采效果。具体数据如下：①应用连续采煤机短臂开采工艺后，支巷日掘进量有了显著的提升，达到40m左右，月均产量达到8万吨以上，尤其是在煤矿资源回收率方面，由之前的40%提高到79%，表明连续采煤机短臂开采能够有效提高煤矿企业开采规模，降低资源浪费现象，助力于煤矿企业经济效益最大化；②该工艺优化巷道通风系统，有效改善井下通风环境，降低了井下煤尘浓度，将煤尘浓度控制在3mg/m3 以下，避免瓦斯浓度超标，有效保护了作业人员的身心健康。③提高回采安全。连续采煤机短臂开采采取局部爆破强制放顶的工艺，通过爆破后，采空区上的地表存在裂隙，改善回采区悬顶，提高回采的安全性。

参考文献：

【1】郝万东.连续采煤机短壁开采技术在东坪煤矿的应用 [J]. 煤炭工程2020,52(2):5-8.

【2】段宏亮.井下连续采煤机短壁开采工艺的应用[J].矿业装备2023(12)：52-53

【3】毛润平.缓倾斜煤层连续采煤机短壁开采工艺[J].能源与节能2019(3)：191-192

【4】马进功.连续采煤机短壁机械化开采发展现状研究[J].煤炭科学技术 2020,48(9):180-188.

【5】杨真，童兵，黄成成，等．近距离房柱采空区下长壁采场顶板垮落特征研究[J]．采矿与安全工程学报2012，29(2)：157-161．