適用于煤礦薄煤層的高效回采工藝研究

段 煉

（晉能控股煤業集團馬脊梁礦，山西 大同 037000）

0 引言

當前，對于煤炭行業的調控力度加大，煤炭行業發展處于下行狀態，煤炭企業生產受到極大的限制，所以對煤礦開采效率的提升成為其重中之重。尤其是對于特殊的地質情況的礦井，其開采效率更低下，有些甚至不能達到50%，是對煤炭資源的極大浪費。針對此問題，尋找一種能夠提升煤炭采煤率的方法極為重要，通過采用螺旋鉆機的采煤方法可以在某煤礦工作面采煤率方面得到提升，從而達到對煤炭資源最大限度的利用，減少浪費[1-4]。

1 礦山概況

某煤層工作面煤層厚度0.4～0.8 m，平均煤層厚度0.65 m，煤層傾角18 度，煤層發育呈節理形式。通過勘探，其直接頂煤7 m 厚，基本頂煤8.2 m 厚，多為粉砂巖，直接下煤層4.5 m 厚，多為細砂巖，土壤為膠結，老底厚煤層10 m，以砂巖為主和泥質水泥。工作面積水不多，區域內積水少。煤層距含水層的高度為200 m。礦井水不會影響開采，同時水也不會被導入到工作滿，所以鉆井和采礦過程中水導致的破壞和影響可以忽略不計[5]。

2 螺旋鉆機采煤工藝研究

在具體的采掘過程中，巷道上將會放置一個或多個螺旋鉆機進行工作，螺旋挖掘機可以將工人從采礦工作面解放出來，從而在安全地帶操縱螺旋鉆在道路上方和下方開采煤層，以完成具體的前進和回采工作。在鉆井和生產中，鉆桿組件由兩個獨立的動力裝置旋轉，垂直推動鉆頭，一邊旋轉鉆桿，一邊沿煤層傾斜方向上下開挖。煤炭在旋轉擠壓中破碎鉆出，挖掘孔旁邊的刮板輸送機將其承接。刮板輸送機與皮帶輸送機相連，開采出來的煤炭通過皮帶輸送機輸送到煤場。較傳統的人工工作面開采方式使用螺旋鉆的采煤過程更容易、更高效[6-8]。

3 螺旋鉆機的采煤工藝

3.1 綜采方式

首先是設定螺旋鉆采煤機的位置，將其安裝在順風槽內部，然后做好前期的檢查工作，巡查燃油、發動機機油、變速箱油、后橋齒輪油關是否正常工作。采掘時沿著煤層傾斜的方向進行深入鉆采，其鉆采方向向前且保持小于15°，還要保持小于15°鉆機朝向，保證巷道支護設備的協同及回撤。在采煤的具體流程中，首先需要采掘的部位就是下幫，然后將前期的廢余的石料填充在鉆孔內，減少輸送工作量。工藝中后退法的采煤方式是先向上開挖，挖采后后退，轉頭向下。鉆采時，確保剩余煤柱尺寸為0.5～1.0 m[9]。

3.2 巷道和鉆孔支護

礦井的巷道和鉆孔支護工作涉及到多方面的工作，所以對于工作面設備和環境的變化的監測變得尤為重要，其中巷道變形問題涉及到人員安全的大問題，所以需要對其進行高質量的安全支護，因為隨著路面壓力的升高，路面的變形越來越大，有效支護預防冒頂等事故的發生。于是要在工作面設定寬高分別為4.5 m 和3.5 m，截面積為12.6 m 的半圓拱形斷面[10]。對于支護方式的選取采用錨網噴與錨索組合的方式，使用由18 mm×2 000 mm 全螺紋鋼制成的堅固樹脂錨桿。工作面開挖后，第一時間進行孔的支護工作，并用鉆孔支撐木點柱，牢固固定。若固定于松散地基，要從地基就做好，用堅固磚石一層一層加固，再加上鉆孔的密封工作。圖1 為鉆采孔口支護及密封圖。

圖1 鉆采孔口支護及密封示意圖

3.3 回采工藝

螺旋鉆機的回采工藝流程如圖2 所示。

圖2 工藝流程圖

采掘的具體流程中，前期需要做好設備的檢查工作，其中對于易損部分的檢查，采煤設備包含的多種設備，且很多設備都是大型的，不易維修；其次要做好油液等的補充和維護。鉆機固定在工作面的回風槽當中。鉆機的固定工作完成后需要設定鉆機的鉆進方向，所以在使用螺旋鉆開采時，打鉆方向要先朝向上山，該設備單次采煤能達到1.9 m 寬度，設備的三軸聯動鉆桿長度達到1.5 m 左右，意味著每開采1.5 m，螺旋鉆機需要等到原煤排出后，輸送機將煤全部運走；然后主機在停機，連接鉆桿，工作完成才能重新啟動機器進行鉆采。設備鏈接桿四個部分要穿插一根帶連接筒鉆桿，以防遇見斷層達到設計深度，方便后續推出鉆桿且能夠有效預留0.5 m 煤柱，再者就是做好鉆孔的密封工作，最后再往前采掘，然后進行下一個鉆井循環[11]。圖3 為采煤布置示意圖。

圖3 采煤布置示意圖

4 實際鉆采效果

設備被應用在某煤礦的工作面進行實際的采掘工作中，設備使用的鉆頭直徑為350 mm 的螺旋鉆，單次的開挖距離1 100 mm，每根鉆桿長1 270 mm，保持1 m/min 的開挖速度，設定1.2 m/min 的鉆頭拔出速度，保持每次的鉆桿接拔耗時在3～4 min 左右，采用兩采一準的開采方式，8 人為班，月平均工作27 d，單次能夠容納1.48 t/m3的煤炭存儲，使得采掘達到95%的回采率，每組鉆探深度為70 m，每個班組進行一次鉆進，采掘的單天量達到78 t，單月產能達到2 100 t左右，每個工人的單人回采效率達到60%以上。通過上述的開采數據顯示，煤礦的回踩效率得到大大提升，帶動整個工作面開采效率的增加，同時單人開采效率提升顯示煤礦人工成本產出價值的提升[12]。

5 結論

針對現有煤礦工作面發生的0.9 m 左右煤炭開采效率低下和人工成本的突出問題，提出了一種針對薄煤層回采效率提升的方法。方法中采用螺旋鉆機進行新工藝鉆進采掘，并且將新工藝應用與某礦的綜采工作面，最終得結果顯示：

1）新工藝中采用的前后并用的采煤方法在回采過程中，能夠很好地發揮巷道支護中錨網噴和錨索的協同的靈活性，同時設定鉆采孔口支設木點柱的工藝節點，方便進行后續工作，同時提升了采掘效率及安全性。

2）使用新綜采工藝，能夠進行班組的輪動，達到單次鉆進70 m 的長度，且單日達到78 t 的高水準，單月更是達到2 100 t 左右的開采量，單人回采效率達到60%以上，回采效率有了質的提升，避免了煤炭的大量浪費。