复杂地质条件下薄煤层综合机械化采煤技术研究
复杂地质条件下薄煤层综合机械化
采煤技术研究
摘 要? 阐述了新汶矿业集团南冶煤矿复杂地质条件下薄煤层开采综合机械化技术的应用，总结了井下工业性试验情况，分析了薄煤层综采工作面矿压观测情况，提出有关建议和结论。
关键词 薄煤层；综采；技术
1 工作面地质条件
综采面为31503东工作面，扩大区三采区十五层煤第三阶段工作面，西部邻近315运输上山及315轨道上山，东部到边界切眼，南部未开拓。
综采工作面走向长760～900 m，平均840 m，平均倾斜宽160 m。
工作面下巷标高为-371.6～-359.4 m；上巷顶板标高-302.7～-318.4 m，工作面距地表垂深512.7～581.6 m。
工作面的整体构造形态为单斜，但其间有发育小规模的向斜和背斜。走向自西部的75°到东部的115°。倾向自西部的15°到东部的25°。煤层倾角总体上呈西缓东陡之势，西部最小倾角15°，东部的最大倾角25°，平均20°。煤层的厚度变化范围为0.72～1.3 m(逆断层重复及煤十五与煤十六合层除外)，平均1.05 m。煤层厚度的变化对综采有一定影响。该段煤层可采指数为0.95，变异系数24.3%，属赋存较稳定、结构复杂的薄煤层。
工作面位于F副1与F秦1之间，总体构造形态为单斜构造，局部有较宽缓的褶曲，构造比较复杂，共揭露落差大于0.5 m的断层21条。局部发育煤层变薄带。断层附近的顶板破碎，对回采有一定影响。经巷道实际揭露，未发现岩浆岩侵入体、陷落柱等。因此，从总体上看，该面的地质条件属于较复杂型。
三采十五层煤平均厚度1.2 m。煤层含夹石，平均厚度约0.15 m，岩性为粘土岩。十五层煤结构复杂，煤层较稳定，全区可采。直接顶为粉砂岩，厚6.0 m左右，单向抗压强度46.7 MPa，岩石深灰色，含大量植物化石及黄铁矿结核；基本顶为细砂岩，浅灰色，钙质胶结，中间夹粉砂岩薄层及黑色岩条带，厚度为27 m左右，单向抗压强度73.8 MPa。直接底板为土层，粉砂岩，厚度1.5 m左右，单向抗压强度40.7 MPa，十五层和十六层合底时，直接底板为三灰，厚度1.6 m左右，单向抗压强度37.2～110.0 MPa，平均73.6 MPa。
十五层煤直接顶为Ⅰb类，基本顶分级为Ⅱ级，底板类别为Ⅲb类较软底板，底板比压为18.75 MPa。
2? 31503薄煤层综采工作面设备选型
2.1 工作面主要配套设备
综采支架：ZY2600/09/20型，106架；采煤机：MG240/300—WB型，1部；输送机：SGZ630/220型，1部；乳化液泵：BRW—200/31.5型，2泵1箱；转载机：SZD630/110型，1部；胶带机：DS—80型，1部。
2.2 主要设备的技术参数
(1) 支架
支架型号：ZY2600/09/20；生产厂家：枣庄矿业集团公司一机厂；型式：掩护式液压支架；高度：900～2 000 mm；中心距：1 500 mm；宽度：1 420～1 590 mm；初撑力：2 180 kN；工作阻力：2 600 kN；支护强度：0.51～0.44 MPa(f=2)；底板比压：平均1.2(底座前端0.5～1.0) MPa；采高：1.1～1.8 m；适应倾角：20°(＞20°加防倒防滑)；泵站压力：31.5 MPa；操纵方式：邻架操作；支架质量7 t。
十五层工作面煤厚为1.2 m，上覆0.2 m的伪顶，随采随冒，采高达到1.4 m，该架型能够满足支护强度以及底板比压要求。
(2) 采煤机
采煤机型号：MG240/300—WB；生产厂家：鸡西矿务局机厂；适应采高：0.8～1.8 m；倾角：≤30°；硬度系数：f=3；机面高度：730 mm；过煤高度：210 mm；最小卧底量：60 mm(使用0.8 m滚筒)；截深：0.63 m,0.68 m；装机功率：截割电机2×100或2×132 kW，牵引电机40 kW；机道宽度：1 500 mm；整机质量：14.3 t。
2004年7月由局矿两级调研认为MG240/300—WB型薄煤层采煤机可在新矿集团煤厚0.9～1.5 m的煤层(倾角≤30°)中使用，南冶煤矿31503工作面生产条件也能满足该采煤机的使用要求。
(3) 输送机
型号为SGZ630/220，由枣庄矿业集团公司一机厂生产。
3 生产工艺优化
3.1 优化过断层的方式方法
31503东工作面地质条件十分复杂，掘进揭露共21条大小不等断层，其中F11断层落差达到3 m；在试验开采时，就遇到过45 m全岩段的难题。为快速有效地通过全岩段，制定了详细的措施和施工工艺流程，明确了施工顺序和步骤以及每一步的安全注意事项。对全岩段以及煤层变薄处，采用挑顶、起底打眼爆破逐步抬高输送机的措施，每循环必须保证支架的顶梁抬起前头，并抬高输送机达到规定要求。由于措施得力，2004年11月顺利通过了工作面45 m全岩段，试采工作顺利完成。
3.2 优化过断层爆破施工方法
采用两个循环一次爆破方式处理断层全岩段，一次打眼深度确定为1.4 m，炮眼五花布置，装药量为0.3 kg,炮后及时拉超前架支护顶板，该种爆破方式保证了每班正常割煤达到2个循环。为保护支架立柱爆破前将PVC板吊挂在支架顶梁下，并在板上做有空气卸压孔，降低爆破冲击能，防止因爆破飞矸击伤支架立柱，起到了保护设施设备的作用。同时，由于PVC防护板质量轻，易于移动吊挂，有效地加快了放炮速度，缩短了因地质构造影响对工作面生产的影响。
3.3 薄煤层双滚筒采煤机过煤高度优化设计
MG240/300—WB采煤机原设计过煤高度为21 cm，机组上滚筒所割的煤不能经机身下由输送机及时运走，造成输送机与支架之间浮煤过多，人工清理费时费力，制约了移架工序的正常进行，采出率降低，严重制约了工作面生产，根据实际情况，矿组织有关技术人员进行了技术攻关，大胆改造创新，选取合理的高度对机组滑靴进行加高改造，并另行加高制作机组行走轮，使采煤机过煤高度增加到35 cm，满足采煤设备运转要求，保证了工作面的正常生产。
3.4 防尘系统优化，改善工作环境
薄煤层综采工作面由于反转挡煤板需要较大高度等原因而一般不设挡煤板，极易造成煤尘飞扬。南冶煤矿采用液压支架架间光电喷雾系统，避免了因操作空间小人员不易操作造成不开架间喷雾现象，省时省力，有效保护了架间喷雾效果；在加强机组内外喷雾以及架间喷雾的基础上，在机组中部加设一排外喷，在供水管路上增设管道泵保证水压，在回风巷架设捕尘纱网，在各转载机机头安设捕尘网罩，避免了在粉尘产生的主要环节煤尘二度飞扬，有效防止了巷道积尘的产生，喷雾降尘收到了较好的效果，保证了安全生产。
3.5 电缆、防尘水管拖拉系统优化
在薄煤层综采工作面，由于受采高限制，电缆、水管槽较小而且高度不大，原设计方案采用拖拉夹集中随采煤机一同移动，出现拖拉夹脱槽现象，要4～5人随机整理，严重制约了采煤机运行速度。因此推翻了原设计方案，将防尘管路以及不移动电缆用U形卡子固定在电缆槽外侧，在防尘管路上每15 m设一三通以便于插接机组防尘管，采煤机只拖拉移动的电缆以及20 m的防尘管，成功解决了这一问题，大大加快了采煤机运行速度，提高了工作面产量。
4 工业性试验情况
通过31503工作面试验表明，使用轻型综采支架重点解决了复杂地质条件下顶板支护困难、底板比较松软、支柱钻底严重、安全生产管理难度大的问题，达到保证安全生产、提高工作面单产、降低材料消耗、提高经济与安全效益的目的。改变了以往薄煤层开采采用人海战术、装备水平低、安全程度低、职工劳动强度大、经济及社会效益低下的现状，提高了以薄煤层为主采煤层矿井的装备水平，促进了矿井向安全本质型转变，提高了矿井的核心竞争力。
31503工作面支架初撑力频率及阻力频率分布见图1、图2及表1。
图1支架初撑力频率分布图
表1 时间加权阻力频率分布表
图2工作面支架阻力频率分布
从以上图表可知，支架初撑力主要分布在900～1 500 kN范围，占统计循环数的83.15%，其中大于支架额定初撑力80%以上的占62.66%，时间加权工作阻力主要分布在800～1 600 kN，占统计循环数的90.55%，其中大于支架额定工作阻力80%以上的占7.04%，超过2 000 kN的占0.07%，末阻力主要分布在1 200～2 000 kN范围，占统计循环数的81.9%，其中大于支架额定工作阻力80%以上的占33.39%，超过2 000 kN的占1.59%。
5 矿压观测
① 从矿压显现的规律来看，加快工作面的推进速度是合理的，它可以充分发挥支架循环时间短而支护阻力增速快的优势。② 生产实践表明，所选配套设备各项参数符合设计要求，具有配套合理、技术先进、质量可靠、性能稳定、高产高效等优点，该型号支架能很好地适应十五层煤的顶板管理。③ 建议：在综采运行中要提高支架的初撑力，并且一定要带压移架，这样才能维护顶板的完整性，提高工作面的整体支护能力。
6 结论
31503工作面是1.2 m采高的薄煤层综采技术首次应用。在31503工作面的试验成功，证明轻型综采能够较好地适应薄煤层开采，提高了矿井产量，杜绝了轻伤以上的人身事故，取得了明显的经济和社会效益。
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