在极薄煤层中螺旋式采煤机的发展与应用

在极薄煤层中螺旋式采煤机的发展与应用

郑宝明

七煤集团公司胜利煤矿

一、目前薄煤层开采的现状

我矿是典型的开采极薄煤层矿井，目前开采煤层厚度在0.6-1.3米左右，主要开采煤层平均为0.7米左右，煤层厚度随开采深度的增加也出现不稳定的趋势，矿井可采资源逐渐萎缩，不可采资源储量逐渐增加。其中不可采资源包括厚度在0.6米以下、地质构造损失煤炭资源，占全矿的30%左右，比重较大。开发利用这些资源是我们的即将面临的问题。

1、现薄煤层开采存在的困难

(1)机械化程度低--因煤层厚度薄，采煤工作面空间狭小，作业条件艰苦，给工作面设备使用带来诸多困难。

(2)产出效率低--由于煤层厚度变化、断层等地质构造，对薄煤层开采影响较大，生产能力低，薄煤层单产达不到中厚煤层的1/3甚至更少。

(3)投入产出比高--因生产效率低，掘进率高，其开采一直处于高成本状态，其经济效益远不如中厚煤层。

(4)安全形势严峻--因煤层厚度薄，炮后减小工作面断面，增加通风阻力；工人作业困难，支护不及时、达不到工作面需要支撑要求，安全投入大。

2、目前薄煤层开采主要方法

从实践来看，薄煤层机采工艺比较成熟的有：滚筒采煤机、刨煤机和螺旋钻机等。其中螺旋钻机采煤为无人工作面采煤，这不仅安全高效而且对矿井煤层埋藏条件具有良好的适用性，便于广泛推广使用。

薄煤层螺旋钻机开采技术，是利用螺旋钻机在巷道内完成对工作面内的破煤、装煤和运煤等各工序，使薄煤层工作面复杂的回采工艺给予简单化。采用螺旋钻机开采薄煤层，其最大特点是仅在巷道中用螺旋采煤钻机即可将两侧几十米范围内的煤采出。工人在支护条件良好的巷道中作业，彻底改变了工人在薄煤层回采时爬行的作业状况，安全有了可靠保障。

二、螺旋式采煤钻机

1、采煤工艺流程

螺旋式采煤钻机是三轴联动式，两边轴为可旋转的螺旋钻杆，利用钻头钻入煤层采煤，并通过钻杆将采落的煤运出，中间轴为不可旋转的通风管道，用于向钻孔内通风、供水。由电动机分别驱动两边的螺旋钻杆钻进，中间钻头通过头部齿轮传动箱由一侧钻杆提供动力，实现三轴联动钻进。钻具部分可以根据煤层的厚度选用不同直径的钻头。在钻机推进过程中，通过通风和喷水系统将风和水随钻杆注入钻孔内，使孔内的瓦斯浓度和粉尘量达到标准。达到设计采深后，退出钻杆，采煤机整体前移，预留一定厚度煤柱，开始下一循环采煤。

2、MZ90/200型钻机式采煤机主要技术参数：

3、螺旋式钻机采煤工艺

针对极薄煤层，我们将在一采区十二井进行试用螺旋式采煤钻机，开采91层，煤层平均厚度在0.6米左右，煤层倾角为14°左右。螺旋式采煤钻机采用前进式独头钻采的工艺方式，采宽1.43m，煤柱宽0.2～0.5m，隔三孔留1.0米煤柱，以确保正常回采时，顶板周期来压对煤层的影响。

螺旋钻机以1.0m／min的速度钻煤，上山方向可钻至40～80m，下山方向40m，。

螺旋钻采工作面正规循环生产能力

实际每天平均钻进深度120m，钻孔高度0.6m，钻孔宽度1.43m，钻煤时回收率90%，则：

日钻煤量=120×1.43×0.6×1.35×0.90=125.1t

月产量=125.1×30×85%=3188t

一个月可多回收近3200吨不可采煤炭资源，以公司成本单价210元/吨、市场价450元/吨计算，为企业创造出76多万元的利润，一年为企业增创九百多万元红利。

4、采用螺旋式采煤钻机的优点

重要是工作面无人员作业、无设备，大大减少了工作面发生事故的可能性；相对0.5～0.8m煤层其它采煤工艺回收率高、效益高、效率高、煤质好；安全保障系数高、投资回收率高；系统环节少、用人少、掘进率少、设备配置少、材料消耗少。

与普通薄煤层机采相比，该设备在技术革新、安全生产、经济效益、社会效益等方面有以下优势：

(1)技术革新

①实现了薄煤层单巷开采。可以不用布置工作面回风巷，降低了巷道掘进率，有利于采掘接续。

②实现了煤层洁净。开采钻采过程中遇到断层时退出钻杆，减少了矸石采出量，提高了煤质。

③实现了回采工艺的单一化。将传统回采工艺的破、装、运、支、通五大工序合并，由采煤机钻采完成。

(2)安全生产

①劳动条件的改善。螺旋式采煤钻机实现了工人不再进入薄煤层工作面的而是在巷道中操作机器，劳动强度小，极大地改善了工人的劳动条件和劳动环境，

②提高了矿井安全程度。工作面内没有工作人员，杜绝了占煤矿事故达50％的顶板事故的发生；本钻机采用使用无火花型钻头，迎头钻杆中安设瓦斯断电传感器，钻采孔开门处设置外喷等安全措施，杜绝了瓦斯、煤尘的爆炸，真正实现了矿井的安全生产。

(3)经济效益

①劳动生产率高，经济效益好。螺旋式采煤钻机无人工作面开采与我们现实际炮采相比，工作面用人少，只占炮采工作面用人的1/3，产量比炮采工作面的多一半，大大提高了人工工效。

②生产过程开支少。生产过程中所用的材料、配件费用要省很多；而且占用设备少，节省了工作面内的输送机、支架等设备的使用，减少了设备的故障率和人工支出；同时减少了巷道的维修费用。

③可采煤层范围广。同等条件下应用无人工作面采煤设备采煤，可将大量不可采的薄煤层资源转化为可采资源，由此产生的经济效益相当可观。

(4)社会效益

据不完全统计，开采中被遗弃在地下的呆滞或不可采煤炭资源300亿t以上，其中薄煤层占近30％，另外还有一些极薄煤层未预计在内。薄煤层开采在全国一直没有研究出更安全有效的开采方法。MZ型钻机式采煤机技术的试验成功，有效地解决了薄及极薄煤层的开采问题，为薄及极薄煤层开采提供了一种新的方法，将会对中国的煤炭资源开采利用产生一定的影响。

三、螺旋式采煤钻机使用中注意事项与发展趋势

随即在钻采过程中，每推进60m左右，就会出现一次顶板来压现象。工作面钻采期间支护及运输巷尾巷回撤时的安全，采取了在运输巷内打设锚索，锚杆进行加固，并配合单体液压支柱加强支护。

(1)控制造成钻采偏斜的机理问题。从本质上揭示外界和机器本身因素对偏斜造成的影响，螺旋钻杆的合理结构进行调整，对其主要参数进行优化设计，从而防偏斜的提供有力的理论依据，以解决钻杆偏斜问题。每次超前螺旋采煤钻机加固距离不得小于30m。

(2)提高工作时效。加强培训熟练操作，并采用结构合理的钻杆快速联接装置，缩短钻杆联接时间，提高钻进效率，增加煤炭产量。

(3)解决好钻孔的充填问题，减少留煤量。由于采煤时钻孔之间要根据顶板情况，留有不小于0.2m宽的小煤柱以临时支撑顶板。如果能够有效解决好钻孔的充填问题，不仅实现低强度顶板煤层的开采，而且还可以大大提高采煤量，减少了矸石排放量，不仅降低了成本，也有利于保护环境。