1 薄煤层开采中存在的问题
根据《煤炭工业矿井设计规范》, 二号煤层为薄煤层, 厚度在0.35m~1.28m之, 采区回采率85%, 工作面回采率97%。这部分的煤炭占全国煤炭总储量的19%, 约60亿吨, 开采数量占全国总开采量的10.4%。是在厚煤层接近枯竭后的一大开采重点。
薄煤层开采中存在以下问题。
(1) 采高低, 工作条件差, 设备移动困难。特别是薄煤层综采工作面, 当低于1.0m以下时, 工作人员很难出入工作面, 更不可能进行作业。而采煤机械由于受到了空间的限制, 液压支架往往要两伸缩或三伸缩才能满足要求, 大大提高了设计难度和制造成本。
(2) 采掘比大, 掘进率高, 采煤工作面接替困难。由于机械化生产, 掘进速度大大提高, 但回采巷道为半煤岩巷道其掘进手段较之过去未有大的变化, 远远跟不上机采的速度, 造成了综采面的接替紧张。
(3) 由于薄煤层的工作面和地质结构复杂, 常遇到断层等地质构造, 相比于厚煤层开采, 给长壁工作面的机采造成了更大的困难。
(4) 薄煤层长壁工作面的机械化采煤投入产出比远没有厚煤层的可观。技术水平, 装备水平与厚煤层开采相当, 但产出却往往只有一半或更低。
由此看来, 只有大范围的推进机械化采煤的进程, 在不同的地质条件下, 使用合适的开采设备与技术手段才能弥补以上的种种缺陷、不足。
2 煤炭开采机械化
我国的薄煤炭开采经历过几个阶段, 50年代主要采用的是炮采, 20世纪60年代采用深截煤机掏槽, 爆破落煤, 70年代后, 我国的薄煤层开采有了较大的技术进步, 74年研制了BM-100滚筒式采煤机, 90年代分别从乌克兰和俄罗斯引进了螺旋钻采煤机, 2003年又引进了三钻头螺旋钻采煤机, 进行薄与极薄煤层的开采。我国现在使用的采煤设备主要有滚筒式采煤机, 刨煤机和螺旋钻采煤机。
采煤机的选择要与工作面的生产能力相适应, 其平均落煤能力可用下式计算:
其中:mQ为采煤机落煤能力;
A为工作面日产量。
由此还可以计算最大落煤速度、最大割煤能力、工作面日推进度等。计算公式如下:
其中:Vmax为最大落煤速度;CV为平均落煤速度;mQ为最大割煤能力;S为工作面日推进度。
下面介绍几种国内使用比较广泛的采煤机。
2.1 滚筒式采煤机
薄煤层采高低, 要求机身矮, 功率大, 机身短, 以适应复杂的地形变化, 要留出过煤和过机通道, 避免人为开口、开槽, 要有强劲的破岩能力, 由于是工矿使用环境, 采煤机还必须结构简单, 便于安装和维护。根据该要求设计的滚筒式采煤机分为骑输送机式和爬底板式两种, 前者用于开采0.8m~0.9m的煤层, 后者用于开采0.6m~0.8m的煤层。国产滚筒式采煤机主要技术参数如表1所示。
2.2 刨煤机
刨煤机利用刨刀刨煤, 沿工作面往复落煤和装煤, 刨煤机靠工作面输送机导向, 其结构简单, 工作可靠, 便于维护, 同时, 刨煤机切深小, 仅刨落煤壁压酥区表层, 刨落单位体积的煤层能耗小, 刨落的煤块大, 煤粉、煤尘量小。
为了提供刨煤能力, 现在使用的刨煤机急需在功率、刀头硬度、连接可靠性和数控灵敏度等方面的改进。国产刨煤机的主要技术参数如表2所示。
2.3 螺旋钻采煤机
螺旋钻采煤是利用螺旋钻干钻入煤层采煤, 并通过钻杆将采落的煤运出, 钻具可以采用一到三个钻头采煤, 根据煤层的厚度来选择钻头的直径, 并通过送风、送水统将风和水送入钻孔以保证瓦斯和粉尘量达标。国产螺旋钻采煤机主要技术参如表3所示。
薄煤层的生产特点决定了其高效生产的唯一途径就是提高长壁工作面的自动化程度。由于采高低, 工作面内人员作业困难, 必须提高煤层工作面内采、支、运等工序的自动化程度才能提供薄煤层的经济产量。因此, 由计算机控制的自动化定量刨煤和螺旋钻采煤机开采将是今后机械化、自动化采煤的发展趋势。
3 薄煤层采煤的安全生产
煤矿安全生产要做到“一通三防”, 薄煤层开采的安全措施相比于厚煤层更加重要, 因为在实施过程中由于采高低, 地况复杂等因素, 很难做到良好的通风与防尘、防瓦斯并杜绝煤尘自燃。因此, 在开采过程中要更加谨慎。
3.1 通风
首先要计算通风量, 根据瓦斯的涌出量和人员的空气需求量等因素, 合理计算通入的空气总量, 并结合风速进行验算。其次要采用双风机、双开关的通风系统, 配备一定数量的检测设备, 能够及时提供巷道内的空气浓度信息并给予调整。
3.2 瓦斯防治
对涌出量过高的工作面进行瓦斯抽放, 配备完善的通风系统, 并对工作面各段进行瓦斯浓度检测, 采煤设备必须与浓度检测设备联网, 一旦浓度超标可以保证采煤设备及时断电停采, 人员能够及时撤出。必须给相关的检测人员配备移动设备, 方便时时检测。
3.3 防尘
采煤机内外喷雾防尘, 在整个喷雾管线上设置过滤系统, 喷雾时要确保水质、水压, 当无水或喷雾装置故障时, 应停止采煤。
3.4 防止煤尘自燃发火
定期对回风和上隅角进行取样化验, 确保煤尘浓度;使用过的油脂、棉纱、布头、纸屑不能随意堆放;顺槽皮带应使用阻燃材料, 并配备一定的灭火设备;加强电气设备维护和明火管理。
4 结语
薄煤层开采需要投入大量的资金和技术, 相比于厚煤层开采难度更大, 由于工矿环境的限制, 厚煤层的人工开采方式不再适用, 需要大范围的推广自动化、机械化的开采技术。方能满足开采的需要, 我国的薄煤层开采技术与国际领先水平仍有差距, 需要科研人员的不断努力和从业人员的不断实践才能有进一步的提高。
摘要：我国煤炭资源的储量丰富, 但赋存条件比较复杂, 分布的地域辽阔、地形多样。通过多年的开采, 许多煤矿的厚煤层已经进入开采的尾声, 相比较而言薄煤层占全国总储量的将近20%, 开采量却仅占十分之一, 还有很大的开采空间, 如何将这将近60亿吨的煤炭充分的利用起来, 使我们面临的一个迫切的问题。
关键词：薄煤层,煤炭,开采
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