适用于煤矿薄煤层的高效回采工艺研究

段 炼

（晋能控股煤业集团马脊梁矿，山西 大同 037000）

当前，对于煤炭行业的调控力度加大，煤炭行业发展处于下行状态，煤炭企业生产受到极大的限制，所以对煤矿开采效率的提升成为其重中之重。尤其是对于特殊的地质情况的矿井，其开采效率更低下，有些甚至不能达到50%，是对煤炭资源的极大浪费。针对此问题，寻找一种能够提升煤炭采煤率的方法极为重要，通过采用螺旋钻机的采煤方法可以在某煤矿工作面采煤率方面得到提升，从而达到对煤炭资源最大限度的利用，减少浪费[1-4]。

某煤层工作面煤层厚度0.4～0.8 m，平均煤层厚度0.65 m，煤层倾角18 度，煤层发育呈节理形式。通过勘探，其直接顶煤7 m 厚，基本顶煤8.2 m 厚，多为粉砂岩，直接下煤层4.5 m 厚，多为细砂岩，土壤为胶结，老底厚煤层10 m，以砂岩为主和泥质水泥。工作面积水不多，区域内积水少。煤层距含水层的高度为200 m。矿井水不会影响开采，同时水也不会被导入到工作满，所以钻井和采矿过程中水导致的破坏和影响可以忽略不计[5]。

在具体的采掘过程中，巷道上将会放置一个或多个螺旋钻机进行工作，螺旋挖掘机可以将工人从采矿工作面解放出来，从而在安全地带操纵螺旋钻在道路上方和下方开采煤层，以完成具体的前进和回采工作。在钻井和生产中，钻杆组件由两个独立的动力装置旋转，垂直推动钻头，一边旋转钻杆，一边沿煤层倾斜方向上下开挖。煤炭在旋转挤压中破碎钻出，挖掘孔旁边的刮板输送机将其承接。刮板输送机与皮带输送机相连，开采出来的煤炭通过皮带输送机输送到煤场。较传统的人工工作面开采方式使用螺旋钻的采煤过程更容易、更高效[6-8]。

3.1 综采方式

首先是设定螺旋钻采煤机的位置，将其安装在顺风槽内部，然后做好前期的检查工作，巡查燃油、发动机机油、变速箱油、后桥齿轮油关是否正常工作。采掘时沿着煤层倾斜的方向进行深入钻采，其钻采方向向前且保持小于15°，还要保持小于15°钻机朝向，保证巷道支护设备的协同及回撤。在采煤的具体流程中，首先需要采掘的部位就是下帮，然后将前期的废余的石料填充在钻孔内，减少输送工作量。工艺中后退法的采煤方式是先向上开挖，挖采后后退，转头向下。钻采时，确保剩余煤柱尺寸为0.5～1.0 m[9]。

3.2 巷道和钻孔支护

矿井的巷道和钻孔支护工作涉及到多方面的工作，所以对于工作面设备和环境的变化的监测变得尤为重要，其中巷道变形问题涉及到人员安全的大问题，所以需要对其进行高质量的安全支护，因为随着路面压力的升高，路面的变形越来越大，有效支护预防冒顶等事故的发生。于是要在工作面设定宽高分别为4.5 m 和3.5 m，截面积为12.6 m 的半圆拱形断面[10]。对于支护方式的选取采用锚网喷与锚索组合的方式，使用由18 mm×2 000 mm 全螺纹钢制成的坚固树脂锚杆。工作面开挖后，第一时间进行孔的支护工作，并用钻孔支撑木点柱，牢固固定。若固定于松散地基，要从地基就做好，用坚固砖石一层一层加固，再加上钻孔的密封工作。图1 为钻采孔口支护及密封图。

图1 钻采孔口支护及密封示意图

3.3 回采工艺

螺旋钻机的回采工艺流程如图2 所示。

图2 工艺流程图

采掘的具体流程中，前期需要做好设备的检查工作，其中对于易损部分的检查，采煤设备包含的多种设备，且很多设备都是大型的，不易维修；
其次要做好油液等的补充和维护。钻机固定在工作面的回风槽当中。钻机的固定工作完成后需要设定钻机的钻进方向，所以在使用螺旋钻开采时，打钻方向要先朝向上山，该设备单次采煤能达到1.9 m 宽度，设备的三轴联动钻杆长度达到1.5 m 左右，意味着每开采1.5 m，螺旋钻机需要等到原煤排出后，输送机将煤全部运走；
然后主机在停机，连接钻杆，工作完成才能重新启动机器进行钻采。设备链接杆四个部分要穿插一根带连接筒钻杆，以防遇见断层达到设计深度，方便后续推出钻杆且能够有效预留0.5 m 煤柱，再者就是做好钻孔的密封工作，最后再往前采掘，然后进行下一个钻井循环[11]。图3 为采煤布置示意图。

图3 采煤布置示意图

设备被应用在某煤矿的工作面进行实际的采掘工作中，设备使用的钻头直径为350 mm 的螺旋钻，单次的开挖距离1 100 mm，每根钻杆长1 270 mm，保持1 m/min 的开挖速度，设定1.2 m/min 的钻头拔出速度，保持每次的钻杆接拔耗时在3～4 min 左右，采用两采一准的开采方式，8 人为班，月平均工作27 d，单次能够容纳1.48 t/m3的煤炭存储，使得采掘达到95%的回采率，每组钻探深度为70 m，每个班组进行一次钻进，采掘的单天量达到78 t，单月产能达到2 100 t左右，每个工人的单人回采效率达到60%以上。通过上述的开采数据显示，煤矿的回踩效率得到大大提升，带动整个工作面开采效率的增加，同时单人开采效率提升显示煤矿人工成本产出价值的提升[12]。

针对现有煤矿工作面发生的0.9 m 左右煤炭开采效率低下和人工成本的突出问题，提出了一种针对薄煤层回采效率提升的方法。方法中采用螺旋钻机进行新工艺钻进采掘，并且将新工艺应用与某矿的综采工作面，最终得结果显示：

1）新工艺中采用的前后并用的采煤方法在回采过程中，能够很好地发挥巷道支护中锚网喷和锚索的协同的灵活性，同时设定钻采孔口支设木点柱的工艺节点，方便进行后续工作，同时提升了采掘效率及安全性。

2）使用新综采工艺，能够进行班组的轮动，达到单次钻进70 m 的长度，且单日达到78 t 的高水准，单月更是达到2 100 t 左右的开采量，单人回采效率达到60%以上，回采效率有了质的提升，避免了煤炭的大量浪费。

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