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薄煤层工作面开采效率提升技术研究

2025-04-03 62 上传者：管理员

摘要：据勘探数据显示，全国薄煤层的可开采储量占到煤炭总可开采储量的20.4%，然而其实际产量却仅占全国煤炭总产量的7%左右。薄煤层资源的储量与产量之间的差异显著，主要是由于薄煤层开采条件的苛刻和开采工艺及技术的落后导致的效率低下等因素造成的。从薄煤层工作面的开采布局、成套装备的配置及自动化控制等方面进行综合分析，探索出可提高薄煤层工作面开采效率的创新型思路。

关键词：
开采效率
煤炭产量
薄煤层
薄煤层开采成套设备
赋存条件
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根据煤层厚度可将煤层分为薄煤层､中厚煤层等｡其中,煤层厚度小于1.3m的为薄煤层｡我国作为世界产煤大国,薄煤层煤炭储量十分丰富,据统计,在全国范围内近80个矿区的400多个矿井中,已勘探有超过750个薄煤层赋存,保有工业储量在98.3亿t以上,其中可采储量约为61.5亿t,占煤炭可采总储量的20.4%｡我国薄煤层具有西部多东部少的分布特征,如云南､贵州等省份的薄煤层资源储量占全国储量的50%以上[1]｡

我国煤炭产量数据表明,薄煤层开采产量仅占煤炭总产量的7%左右｡目前,薄煤层开采普遍面临着生产效率低下､经济效益不佳及安全难以保障等问题｡此外,在一些同时赋存薄煤层和中厚煤层的矿区,由于薄煤层的开采较为缓慢,导致其下方的中厚煤层无法及时被开采｡一些煤矿不得不放弃部分薄煤层资源,出现了采厚弃薄的资源浪费现象｡

目前,随着中厚煤层资源逐渐减少,薄煤层的开采工作开始占据重要地位｡但薄煤层开采工作仍处于人工劳动强度高､机械化水平低､安全程度低､经济效益低的“一高三低”窘境｡本文通过对薄煤层开采现状进行分析,提出提高开采效率的新思路｡

1、薄煤层开采存在的问题

(1)采高控制困难薄煤层工作面空间狭小､采高较低,造成采煤机工作时,机面易与运煤､装煤装备发生冲突｡为保证高效装煤､过煤,采煤机与刮板输送机之间需要保留一定的间距[2]｡

(2)机头､机尾截透性差薄煤层工作面机头､机尾设备布置时,刮板输送机机头需与转载机搭接,影响机头､机尾段采高,造成机头､机尾的三角煤截

(3)装煤效果差薄煤层工作面采高低,要求滚筒直径尽量小,与大功率摇臂行星头所需的大尺寸相矛盾｡同时对采煤机尺寸的压缩会影响装煤效果[3]｡

(4)自动跟机率低薄煤层工作面条件复杂,会影响配套设备的配合作业,导致自动跟机率低｡对成套设备的自动化适应性､设备可靠性､整体匹配性等方面提出了更高的要求[4]｡

2、薄煤层开采效率提升技术

2.1薄煤层工作面成套装备

薄煤层开采成套装备如图1所示｡设计薄煤层成套装备时,考虑薄煤层环境与工作需求,结合三机装备特点确定配套尺寸[5]｡顶梁厚度､采煤机机身厚度､过煤高度､刮板输送机高度等均会对采煤机采高造成影响｡

图1薄煤层开采成套装备

2.2薄煤层工作面机头､机尾布置

薄煤层工作面两端与巷道布置时,考虑顶､底板条件,以及工作面采高与巷道关系,可分为沿顶破底布置､沿底破顶布置､破顶破底布置｡

(1)沿顶破底布置顶板稳定､底板较差的工作面采用沿顶破底布置方式｡巷道顶板维护简单,采矸少,可布置端头支架｡台阶有高度差,开采的煤炭易从刮板输送机卸载至转载机上｡

(2)沿底破顶布置底板稳定､顶板较差的工作面采用沿底破顶布置方式,需要布置端头支架和超前支架维护巷道顶板｡若煤层倾角较小,刮板输送机可采用交叉侧卸的方式,推进效率高,但采矸较多｡

(3)破底破顶布置顶､底板条件都较差的工作面采用破顶破底布置形式｡刮板输送机采用端卸方式,提高机头卸载高度｡端口处布置过渡支架来维护顶板,保护刮板输送机电机｡

2.3薄煤层成套设备关键技术根据薄煤层工作面空间尺寸等要求,针对开采装备对应结构件进行优化设计｡

(1)优化承载结构件

高强度薄煤层顶梁如图2所示,具有多层板叠加结构,厚度薄,实现对顶板的强平衡能力和前端大支撑力｡

图2高强度薄煤层顶梁

薄煤层专用立柱如图3所示｡取消了传统立柱缸体外的接头座､通液管､控制阀座等辅助件,减小了立柱体积;同时,立柱具有较大的伸缩比,前倾角度较小,降低了连杆的内力,保证了较强的支护能力｡

图3薄煤层专用立柱

(2)提升装煤效果

本文设计的采煤机､刮板输送机配套装备如图4所示｡采煤机采用弯摇臂结构,调整螺旋滚筒叶片角度和截齿布置,改善截割角,确保卧底量满足要求｡刮板输送机中部槽铲煤板铲角优化,降低铲煤阻力,降低槽帮高度,易于推溜装煤｡

图4薄煤层两机配套图

(3)优化过煤空间

薄煤层过煤空间如图5所示｡采煤机采用分体式小齿轮减速箱和小直径高压电机,优化过煤空间｡刮板输送机配套扁平链条,满足强度要求的同时降低高度｡

图5薄煤层过煤空间示意图

2.4薄煤层工作面智能化配置

根据薄煤层的开采需求,针对性加设智能系统｡采用支架电液控制系统,以确保开采工作的稳定性和安全性;采用三机智能通信系统,以实现设备间的高效通信,提高设备协同作业能力;泵站采用新型智能化供液系统,以优化泵站运行,确保支护工作面动力供应的连续性和可靠性;采用采煤机记忆截割控制系统,提高截割的精准度和效率｡同时,还引入了工作面设备姿态监测系统,实时监控各设备的状态,及时预防潜在事故;引入工作面视频系统,提供更加直观的工作面视图,便于远程控制和管理｡

上述设备和系统通过工业总线网格相互连接,形成高效的数据传输通道｡在此基础上,利用大数据分析和处理技术,为工作面的各类决策提供科学依据｡本文构建了一个以集控设备为核心的平台,实现井下集控和地面远控,打造以智能化生产为主､人工干预为辅的新型智能化生产模式如图6所示｡

图6工作面智能化系统配置图

3、薄煤层成套装备提升方向

(1)采煤机

滚筒采煤机因其卓越的截割效率､强大的破岩能力及出色的工作面适应性,在薄煤层综采中占据主导地位｡薄煤层工作面要求采煤机机身宽度､厚度小的同时,还需有较大的输出功率和较强的破岩能力;同时预留过煤和过机空间,具有自开切口等功能｡配套布置骑跨输送机式采煤机采高大于0.8~0.9m,爬底板式采煤机机身机面高度低,采高可达0.6~0.8m｡目前,薄煤层采煤机总功率可达1000kW,采煤机功率的增大提高了机械安全裕度,增大了适应范围｡

(2)刮板输送机

刮板输送机不仅要适应薄煤层工作面环境,还要满足相应的开采要求｡因此输送机中部槽､机头高度要尽量低,减速机功率要大,要能实现双速启动｡同时刮板输送机的选型要依据工作面长度确定,与采煤机相匹配,与液压支架的推移机构相适应｡

刮板输送机的中部槽在确保其强度的同时,只有通过优化设计实现中部槽高度的降低,才能减少在采煤机与刮板输送机配套时易出现的空间矛盾问题｡紧凑和高效的设计不仅有助于提高装煤的效率,还能在提升工作面灵活性､经济性的同时,保持设备稳定性和耐用性｡

(3)液压支架

液压支架在开采工作中主要负责顶板支护和管理工作｡支架的结构､工作阻力､控制方式等都直接影响到支架适应薄煤层工作面的能力,对充分发挥综采设备的各种效能､减少甚至避免工作面顶板事故､完成薄煤层综合开采的各项指标具有决定性的影响｡

液压支架的选型必须确保其阻力和强度与薄煤层的矿压特性相匹配,支架结构要与薄煤层的赋存条件相适应,支架的断面需满足工作面通风要求,并且支架需要与采煤机､刮板输送机等设备完美配套｡在经济层面,液压支架的设计应确保高产､高效､低耗,同时必须保证工作面的安全性｡

4、结语

随着各煤矿中厚煤层资源的逐渐减少,我国迫切需要加强薄煤层的开采力度｡然而,由于薄煤层工作面的空间限制和地质条件的不断变化,薄煤层的机械化､智能化开采技术仍显落后｡薄煤层开采技术的相关研究正逐渐成为行业热点,其目标是实现采煤工作面生产的自动化､智能化｡

本文通过研究分析薄煤层工作面三机配套设备选型的主要影响因素,如工作面三机布置､配套关系及设备的关键技术特点等,归纳总结三机设备及配套技术,为薄煤层成套装备配套提供指导性意见;通过对目前薄煤层综采工作面的自动化程度分析研究,提出采用高端自动化控制综采设备的思路,以提高薄煤层开采自动化水平｡

参考文献:

[1]张敏.某煤矿薄煤层高效开采技术分析[J].能源与环境,2024(2):48-50.

[2]赵伟.煤矿薄煤层开采的特点及开采技术探讨[J].内蒙古煤炭经济,2023(13):22-24.