阎 鹏

(山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿，山西 吕梁 033602)

引 言

在开采薄煤层时，由于煤层空间小、劳动密集程度高、瓦斯等危险气体不易排放、机械设备的安装以及操作等都比较困难，因而采煤量较低，煤质损坏严重，加上开采速度较快，煤层厚度变化和水文地质条件对开采的影响很大，开采接替紧张，导致对薄煤层的开采有很大的威胁。与中厚煤层相比，薄煤层的连续开采工艺效率低，开采过程成本高，施工安全系数低，但近年来对薄煤层的开采技术有所提升，促进了对薄煤层的开采，而且薄煤层工作面的顶板位移较小，开采产生的沉陷量小，对邻近煤层的影响也小，加上开采深度增加，中厚煤层的储煤量大大减少，因此，迫切需要研究对薄煤层开采的方法及工艺[1]。

1 矿井概况

斜沟煤矿16501工作面呈南北走向，向西倾斜，在6#煤层的东部，下方是18503工作面，可开采长度为2 044 m，倾斜长度为175.4 m，倾角为9.7°～10.1°，煤层厚度为1.12 m～2.12 m，煤层主要为黑色暗煤，含有少量的亮煤，煤质是气煤[2]，煤层老顶是中粗粒砂岩，直接顶是泥岩，直接底是泥岩，老底是中粗粒砂岩，煤层内裂隙带发育，受古河流沉积影响，在局部形成全岩段，最大涌水量为1.3 m3/min。

2 采煤方法

由于薄煤层的顶板和底板以及煤层厚度的变化都比较大，煤层的采矿地质条件比较复杂，采用刨煤机机械设备进行煤层开采时比较困难[3]，因此选择三机组合的采煤方法，将滚筒采煤机、液压支架以及刮板输送机设备配套组合起来进行煤层开采。

2.1 滚筒采煤机

采煤机的实际生产能力与最大采高、截深以及牵引速度等因素有关，采煤机的采高要与煤层厚度的变化相匹配，由于开采中有浮煤的影响，且煤层顶板会出现下沉现象，使得薄煤层开采的实际工作面高度会降低，因此，采煤机在工作时采高要满足[4]式(1)要求。

Hmin=HZmin+0.2，Hmax=HZmax-0.2

(1)

其中，Hmin是采煤机工作时的最小采高，Hmax是采煤机工作时的最大采高，HZmin是支架的最小采高，HZmax是支架的最大采高。在实际连续开采过程中，采煤机在安全开采时的最小采高为0.9 m，最大采高为1.9 m，考虑开采时各方面的影响因素，为了使煤层底板被割平，将采煤机的卧底量设在180 mm以上，考虑到薄煤层难开采、采高小的问题，截割部采用两台电机驱动一个摇臂的双驱动方式，平行放置电机以减小摇臂厚度。

2.2 液压支架

根据煤层的水文地质情况，设计液压支架支护，并计算支护强度，确定液压支架的相关参数。其中液压支架的支护强度为0.8 MPa～1.23 MPa，支撑高度为1.0 m～1.7 m，中心距为1.75 m，工作时的阻力为13 000 kN，初撑力为10 096 kN，推移时的步距为800 mm。液压支架的顶梁梁端距在150 mm～300 mm，防止采煤机在运行时滚筒切割到顶梁，同时，确保与采煤机和刮板输送机有足够的安全距离。

2.3 刮板输送机

考虑煤层工作面的实际生产能力，确保刮板输送机的输送能力达到采煤机最大生产能力的1.2倍，根据输送机的输送能力和实际煤层需要确定开采链条数目以及结构形式，选择中双链结构，根据实际煤层的倾斜角、开采链条长度、输送机的输送量来确定电机的输送功率和驱动方式，刮板输送机的最大输送能力为2 402 t/h，装机最大功率为620 kw，链速为1.33 m/s，刮板间距为876 mm。

3 采煤设备及工艺流程

3.1 采煤设备

在对薄煤层进行开采时，其工艺具体包括落煤、装煤、运煤、支护四部分。

落煤作业所使用的机械设备是电牵引式双滚筒采煤机，型号为MG200/360-WD，进刀工作方式为中部斜切法。装煤作业所使用的机械设备是梨型的自动装煤装置，装煤过程是自动进行的。运煤作业所使用的机械设备是刮板输送机配合带式输送机，型号分别为SGB620/40T和SJ-80，共同配合来完成连续运煤作业。支护作业所使用的机械设备是液压支架，型号为ZQY2800/09/24，及时对煤层顶底板进行支护。

3.2 工艺流程

放煤作业时采用一刀一放的多轮分层顺序，在开采工作面的前20 m以及停采线的前30 m只进行割煤作业不进行放煤作业，步间距保持在0.8 m，工作面的工艺流程，如图1所示。

图1 工艺流程图

4 应用分析

挖沟煤矿薄煤层综采工作面的开采长度为2 638.2 m，采高为1.25 m，采煤机的截深为0.8 m，将三机配套组合的采煤方法应用在薄煤层开采中，采煤现场如图2所示，从机组的日开采原煤量和月开采原煤量方面进行验证，机组日平均开机采煤率约85%，割煤速度为6 m/min，平均日循环21个，得到日开采原煤量约1 090 t，月开采原煤量约23 200 t，生产能力在2.2 Mt/a，基本达到国内采煤的先进水平。

图2 现场采煤图

通过使用三机配套组合的综采方法，提高了开采工作面的安全指数，避免了开采过程中出现的不安全问题，通过开采保护层将煤层中的瓦斯等危险气体释放，减少了中毒事件的发生，较好地解决了当前薄煤层开采中出现的一些问题，为薄煤层的安全开采提供借鉴。

5 结语

为了解决在薄煤层开采中开采空间小、操作困难等问题，实现对薄煤层的安全高效开采，提出一种三机配套组合的薄煤层开采方法，结果如下：

1)采用采煤机、液压支架以及刮板输送机三机配套组合的方法，确保液压支架与采煤机和刮板输送机三机之间有一定的安全距离，给出采煤的具体工艺流程。

2)分析薄煤层三机配套组合方法在挖沟煤矿的应用效果，机组日平均开机采煤率约85%，在割煤速度为6 m/min时，得到日开采原煤量约1 090 t，月开采原煤量约23 200 t，生产能力在2.2 Mt/a，基本达到国内采煤的先进水平，提高了开采的安全指数，为薄煤层的安全开采提供借鉴。