薄煤层综采开采经验交流介绍<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
***矿业集团
为了解决主采煤层瓦斯治理问题，最大限度的提高资源回收率，实现煤炭生产的安全高效、持续稳定发展，2007年1月，集团公司采取 “产、学、研”相结合的方式，启动薄煤层安全高效机械化开采课题攻关。历经3年时间，完成了薄煤层装备的设计、制造及试生产。分别在谢一矿、新庄孜矿、潘二矿等工作面的试验，最高日产3847吨，最高月产8.5万吨，年产量约80万吨。
一、薄煤层工作面地质条件
谢一矿10槽、15槽、新庄孜矿14槽、潘二矿5槽等保护层工作面平均煤厚0.8-1.1m；倾角最小7°，最大24°；工作面内发育中、小型断层构造较多；顶、底板一般为砂质泥岩或泥岩，变薄区内底板为中细砂岩，具体工作面如下：
(一) 谢一矿5121B10、5121C15工作面
5121B10工作面设计可走向采长1060米，面长180米，平均煤厚1.0m，采高1.4米，平均煤层倾角22°。面内中小断层较多，大部分直接顶为砂质泥岩；在-780mⅣ线石门以南B10煤层发育一走向长约80米的薄煤区，最薄处只有0.05m，顶底板岩性为中细砂岩，硬度较高，对综采影响较大。
5121C15工作面可采走向长1680m，倾斜长150～240m，平均195m，煤层倾角21°。本工作面内C15煤层赋存不稳定，煤层厚度0.1m～1.1m之间，平均煤厚0.8m，实际采高1.4米。局部块段受断层牵引影响及沉积过程的冲刷，煤层变薄，切眼以南140m内及Ⅳ-Ⅴ线附近C15煤层厚度0.1～0.7m，且变薄区附近底板为中粒砂岩,较硬(普氏硬度5～6)。该煤层直接顶为1.0-2.5m粉砂质泥岩，老顶为2.0-3.0m粉～细砂岩，直接底为1.5-3.0m泥岩。
(二) 潘二矿12125工作面
该面设计走向长515米，面长155米，现平均采高1.4米，平均煤厚1.1米，局部0.4米，倾角7°左右。该工作面煤层极不稳定，多处煤层变薄或缺失。另外，F203断层落差为4～6米，该断层及其次生断层对正常回采影响很大。
(三) 新庄孜矿62114工作面
该面设计可采走向长850米，面长135米。煤厚在0.6～1.0m，平均0.9m，赋存不稳定，中间有约0.5米夹矸贯穿整个工作面，夹矸上、下煤层厚度均在0.2～0.6米，平均倾角24°。
二、薄煤层工作面“三机”配套
(一) “三机”配套
见下表2-1 “三机”设备配套表 表2-1
工作面编号 | 液压支架 | 采煤机 | 刮板机 |
谢一矿5121B10 | ZY5000/8.5/17D 95架 沈阳设计，**制造 | MG2×150/700-BWD鸡西 | SGZ800/800 张家口 |
谢一矿5121C15 | ZY5000/8.5/17D 136架 北京设计，舜立制造 | MG2×160/710-BWD上海天地 | SGZ-800/800 西北奔牛 |
潘二矿12125 | ZY5000/8.5/17D 89架 北京设计，舜立制造 | MG2×160/710-WD上海天地 | SGZ800/800 西北奔牛 |
新庄孜矿62114 | ZY5000/8.5/17D 87架 沈阳设计，郑州制造 | MG2×150/700-BWD鸡西 | SGZ800/800 张家口 |
（二）设备参数
见下表2-2、2-3 采煤机技术参数表 表2-2
设备名称 | 采煤机 | |
型号 | MG2×160/710-BWD | MG2×150/700-BWD |
采高 | 1.1～1.7m | |
机面高度 | 834mm | 860mm |
过煤高度 | 254mm | 265mm |
行走轮节距 | 126mm | |
供电电源 | 3300V(±12%)，50Hz | |
截割电机功率 | 2×(2×160kw) | 2×(2×150kw) |
装机功率 | 710kw | 700kw |
牵引形式 | 采用交直交变频无链电牵引 机外载、一拖二、四象限运行 | |
滚筒直径 | Φ1150mm，有效截深800mm | |
总重量 | 30t | |
生产厂家 | 上海天地 | 鸡西 |
液压支架与刮板输送机参数表 表2-3
液压支架 | 刮板输送机 | ||
型号 | ZY5000/8.5/17D | 型号 | SGZ800／800 |
架型 | 二柱掩护式 | 装机功率 | 2×400Kw |
支撑高度 | 0.85-1.7m | 电压等级 | 3300V |
工作阻力 | 5000KN | 链 速 | 1.10m/s |
中心距 | 1.75m | 刮板链型式 | 中双链 |
适应煤层角 | 30度 | 刮板链规格 | 2×φ34×126扁平链 |
支护强度 | ≥0.5MPa | 中部槽规格 | 1750×800×280铸焊槽帮 |
对地板比压 | ≤1.5MPa | 采煤机牵引方式 | 齿形销排，节距126mm |
控制方式 | 电液控制 | 卸载方式 | 端卸 |
三、井下工业性试验情况
该套设备于2008年4月18日到2009年12月3日在谢一矿5121B10工作面进行工业性试验。
其中，自2009年1月1日到2009年12月3日，工作面共退尺225m，开采保护层面积38250m2，单月最高产量及最高月进为2008年7月份，出产85459吨，月进145米；单日最高产量和最高日进为2008年7月18日，出产3725吨，日进8刀。2009年以来，工作面最高日进3刀，最低1刀，基本维持在这个水平。
通过一年多的井下工业性试验，综采设备通过了断层、煤层变薄、煤层夹矸等各种复杂地质条件的考验。实践表明，解放层开采的地质条件复杂多变，特别是断层与煤层变薄使得采煤机长期处于切割矸石的状态（工作面破顶、卧底量见表3－1），自2008年9月中旬工作面开始进入薄煤区，整个薄煤区走向长达500m，工作面基本无煤，带来以下难题：
由于工作面基本全岩，矸石硬，煤机割不动。主要采用坚硬段打眼放炮和深孔预裂爆破的手段进行强采。
工作面放炮，矸石乱飞，对设备元器件损伤严重。
矸石多，煤质差。平均灰分达80%。
尽管如此，各综采设备还是通过了考验，设备性能优良（各综机设备故障影响时间以及所占故障比例见表3-2，可以预计，如果在地质条件较好的薄煤层正常工作面条件下，该套设备完全能够满足年产100万t的要求。
5121B10工作面部分时段破顶底量 表3-1
时 间 | 破顶卧底量（mm） | 备注 | |
2008年 | 6月 | 200 | |
7月 | 100 | | |
8月 | 200 | | |
9月 | 300 | | |
10月 | 400 | | |
11月 | 200 | | |
12月 | 300 | | |
2009年 | 1月 | 400 | |
2月 | 300 | | |
故障影响时间统计表 表3-2
项 目 | 2008年6月～2008年12月 | 所占比例 |
采煤机事故时间(min) | 1682 | 28.5% |
电器事故时间（min） | 1376 | 23.3% |
皮带事故时间（min） | 436 | 7.4% |
输送机事故时间（min） | 1210 | 20.5% |
转载机事故时间（min） | 387 | 6.6% |
破碎机事故时间（min） | 85 | 1.4% |
支架事故时间（min） | 140 | 2.4% |
其它影响时间（min） | 580 | 9.8% |
合计事故时间（min） | 5896 | 100% |
四、薄煤层综采装备使用效果
(一) 谢一矿5121B10工作面
该工作面自2008年4月18日正式开始回采，采高1.6m，截止2009年7月24日，共退尺790m，剩余可采长度270m，采煤443800吨，开采保护层面积134300m2，单月最高产量为2008年7月份85459吨，单日最高产量7月18日3725吨（9刀），平均月产量5.6万吨。
(二) 潘二矿12125工作面
该面08年6月投产，截止到09年6月底，工作面已退尺500米，生产原煤约32.6万吨，开采保护层面积约7.75万平方米。最高月产量4.8万吨，平均月产量2.7万吨。
(三) 新庄孜矿62114工作面
该面09年3月投产，截止到09年6月底，工作面已退尺225米，生产原煤约12.9万吨，开采保护层面积约3.6万平方米。最高月产量4.8万吨，平均月产量3.2万吨。
(四) 谢一矿5121C15工作面
该工作面自2008年11月1日正式开始回采，采高1.6m，截止2009年7月24日，共退尺480m，剩余可采长度1200m，共采煤426500吨，开采保护层面积115200m2，单月最高产量为2009年1月份60168吨，最高日产2009年7月1日3847吨，平均月产量4.7万吨。
四、薄煤层综采经验总结
（一）设备方面
1、提高采煤机截割能力：根据***矿区生产经验，开采薄煤层经常遇到截割夹矸和破顶、底板等情况，甚至截割全岩，此时采煤机的截割效率降低、截割部故障率升高。要采取针对性措施在增加截割功率的同时，增强采煤机的破岩能力，提高截割效率。
2、采用变频调速系统机外载布置方式，减小机身厚度；适当提升采煤机机身高度，增加过煤空间。为保证生产能力和过矸能力，要求过煤高度不能小于400mm。
3、增加液压支架推移油缸和调底座油缸的液压锁，对操作阀和立柱的镀层部位加保护措施，减少工作面放炮崩坏；侧护板再加长。
4、刮板输送机过渡槽中板要加厚或进行耐磨处理。
5、由于国内外机械工业基础的差距，国产采煤机的可靠性与国外同类产品相比还有差距，可以考虑在国产采煤机上有选择的配套进口部件（如截割摇臂），克服国产采煤机存在的不足，降低购置和使用成本，提高整机的可靠性。
（二） 现场管理方面
1、加强液压系统的管理，推广使用水处理装置，严格按规定控制乳化液浓度，减少液压系统故障。
2、鉴于薄煤层工作面特点，放炮工艺不可避免，放炮措施应有保护液压系统元件的针对性措施及严格的问责制度。
3、鉴于薄煤层工作面实际采高1.4m，采煤机必须截割一定的矸石。所以应重视采煤机滚筒截齿的管理，要有动态检查、更换和监督制度，避免因截齿缺损产生震动，诱导采煤机重大事故的发生。
五、存在的问题及进一步改进内容
（一）存在的问题
1、总体配套应用情况表明，为追求大功率、矮机身的采煤机和刮板输送机配套而牺牲的过煤空间是制约该项目产能进一步发挥的主要瓶颈。
因***矿区的薄煤层赋存稳定情况较差，工作面开采过程中矸石量较大，这给薄煤层采煤机和运输机有限的过煤空间提出了较大挑战。工作面出现过刮板磨损严重，链条、刮板不同程度的故障也与此有关。另外，过低的过煤空间限制了工作面整体运输能力。
2、国产设备，尤其是采煤机和刮板输送机在恶劣工况下的可靠性需要进一步提高。如国产采煤机常见的摇臂行星头漏油问题等。
（二）下一步改进内容
1、鉴于薄煤层工作面在实际工作中最低采高很难低于1.4m，建议采煤机的机面高度和过煤高度应适当加大。
2、可增大采煤机滚筒直径，由1.15m改为1.3m，以增加采煤机卧底量，提高滚筒的装煤效果。
3、鉴于薄煤层工作面矸石含量大的特点，对刮板机中板进行有针对性的耐磨处理研究。
薄煤层安全高效开采技术的成功，特别是对于将薄煤层作为解放层的矿井，薄煤层高效开采为以后生产接续、保证矿井生产能力的均衡以及煤炭资源回收率的提高提供了可靠的技术保证。工作面单产水平、开采工效、全员效率都得到了显著提高，对矿井可持续发展具有十分重要的现实意义。
***矿业集团薄煤层安全高效开采提高了我国对薄煤层整体装备水平和工作面单产能力，使我国在薄煤层地质条件相对复杂条件下的高产高效整体技术水平有了大幅度提高。其研发的综采液压支架、采煤机、运输机也极大地推动了我国煤机行业的科技进步，拉近了我国在这一领域内与发达国家的差距。