基本介紹
- 中文名：薄煤層
- 外文名：low coal seam
我國薄煤層煤炭資源分布及開採狀況,薄煤層高效開採的緊迫性,國內薄煤層機械化開採技術途徑與現狀,
我國薄煤層煤炭資源分布及開採狀況
煤炭工業是我國重要的基礎產業。長期以來，煤炭在我國一次性能源生產和消費構成中均占2/3以上。我國煤炭資源豐富，在未來相當長的時期內，以煤為主的能源供應格局不會改變，只有保持煤炭工業的持續、穩定和健康發展，才能確保我國國民經濟的穩定增長。我國薄煤層資源分布十分廣泛，儲量豐富。全國已探明的薄煤層可采儲量約為61．5×108 t，約占煤炭總可采儲量的20．4%。在一些地區薄煤層儲量比重很大，如四川省占60%，山東省占54%，黑龍江省占51%，貴州省占37%，其他產煤省份如河南、山西、內蒙古、河北、吉林等也有豐富的薄煤層資源。
我國作為世界上重要的產煤基地，在厚煤層綜采、綜放開採方面取得了重大突破，處於國際領先地位，然而在薄煤層綜采方面卻是一個相對薄弱環節。其主要的客觀原因是薄煤層開採空間小、效率低、工人勞動強度大、安全事故多、經濟效益低下，致使大量薄煤層煤炭資源處於擱置狀態，回採產量占總產量的比重只有10．4%，遠低於儲量所占的比重，而且有下降的趨勢。其關鍵原因在於缺乏適應性好、生產效率高的薄煤層綜采技術裝備，特別是各礦區在投產初期通常優先開採中厚煤層和厚煤層，放棄開採厚度在1．2 m以下的煤層，浪費了大量寶貴的煤炭資源，縮短了礦井的服務期限，制約了整個煤炭工業的協調發展。
近年來，隨著我國中厚煤層大量開採，東部老礦區可採煤層儲量急劇下降，生產接續和資源平衡開採的矛盾日益突出，薄煤層高效開採問題日益受到重視並提到議事Et程。如何實現薄煤層機械化高效開採，提高工作面產量、改善工作面作業環境、減輕工人勞動強度，是煤炭行業面l臨的急需解決的難題。
薄煤層高效開採的緊迫性
薄煤層高效開採的緊迫性體體現於以下幾個方面：
(1)各礦區在投產初期通常優先開採中厚煤層和厚煤層，甚至放棄了部分薄煤層開採，浪費了大量寶貴的煤炭資源，造成了生產接續和資源平衡開發的矛盾日益突出，也縮短了礦井的服務期限。為了實現礦區的健康協調發展，必須實現薄煤層高效開採。
(2)我國華東、華南、西南、東北等地區煤炭資源緊缺，薄煤層資源可采儲量所占的比重大，為緩解煤炭供求關係緊張、運力緊張和運輸成本高的局面，必須實現薄煤層高效開採。
(3)煤炭是不可再生資源，隨著開採的不斷進行，資源儲量越來越少。
(4)薄煤層炮采工藝技術落後、生產效率低、勞動強度大、作業環境差，不符合以人為本的時代要求，必須以機械化、自動化、信息化安全高效開採為手段，研究和推廣薄煤層高效綜合機械化開採技術，才能體現出科學發展、以人為本的時代要求，並獲得良好的經濟效益。
(5)對於煤厚1 m左右含硫化鐵硬結核體薄煤層開採，還沒有成熟的配套裝備和技術，急需研究開發先進的成套裝備與技術。
研究表明，國外還沒有有效的綜采設備可以用於開採類似兗州礦區這種含堅硬硫化鐵結核(f=1 1)以及炭質砂岩夾矸(f=7)的煤層。主要原因在於硫化鐵和炭質砂岩夾矸硬度較高，給破煤(岩)機械設備的製造加工帶來很大難度。而綜采設備中常用的切削破煤岩設備如刨煤機和滾筒式採煤機都無法用於上述煤層的開採。
自20世紀40年代刨煤機採煤技術在德國問世以來，很快就得到推廣和發展，成為薄煤層採煤綜合機械化的強大支柱。德國、波蘭、俄羅斯、法國、西班牙等主要產煤國，使用刨煤機開採的煤炭產量占總產量的50%以上。多年生產實踐表明，刨煤機對工作面地質條件要求較高，適於開採軟及中硬以下的脆性煤，煤的堅固性係數．廠一般在2～3，對於堅固性係數f=4的硬煤效果則不甚理想。上述特點決定了刨煤機無法開採堅固性係數>4的硬煤與夾矸。採煤機儘管適應能力較強，但當遇到堅硬的炭質砂岩時，會在截齒端部形成較強的衝擊載荷。該載荷一般為正常截割阻力的10～30倍，強大的衝擊載荷會在截齒根部產生很大彎矩，造成截齒折斷。另外，當採煤機遇到硫化鐵結核時，由於其硬度相當高(f=11)，截齒無異於切割鋼材，不僅會給正常割煤帶來很大難度，而且切割過程中產生的火花會對作面正常生產造成很大的安全隱患。基於上述原因，國外一些採煤技術比較發達的國家對於難采薄煤層大多選擇放棄。
世界上薄煤層開採技術先進的兩個國家——美國和德國，全都採用綜采設備用於薄煤層開採。其中，德國主要採用刨煤機配備液壓支架等綜采設備進行薄煤層開採，而美國則採用滾筒式採煤機配備液壓支架等綜采設備進行薄煤層開採。美國薄煤層的儲量很豐富，且煤層傾角小、埋藏淺、不受斷層影響。由於技術和經濟因素的限制，這些薄煤層大部分沒有開採。20世紀80年代中期以來，美國礦業局試圖研究厚度為150～1065mm的薄煤層開採新技術，並以阿帕契亞高原的薄煤層為研究對象，進行了一些有針對性的研究項目，但效果都不顯著。美國多採用滾筒式採煤機開採薄煤層，最小煤層厚度一般不低於1．2 m，通過切割矸石來加大采高，通常將采高控制在1．8 m左右；一旦遇到斷層和堅硬夾矸則選擇打眼爆破或直接搬家倒面的方法來解決，對於無法用採煤機開採的複雜煤層，他們則根本不開採。而德國多採用刨煤機進行開採，由刨煤機的特點可知，其開採的煤層堅固性係數廠不可能超過4。
總的說來，這些採煤技術比較發達的國家對礦井煤層地質條件要求比較苛刻．對於難采的煤層他們大多選擇放棄。根據已掌握的資料來看，還沒有採用綜采設備開採含堅硬硫化鐵結核和硬夾矸薄煤層的報導。
國內薄煤層機械化開採技術途徑與現狀
我國薄煤層的開採經歷了以下幾個發展階段。20世紀50年代薄煤層開採主要採用炮采_[：藝；60年代開始試驗深截煤機掏槽、爆破落煤；70年代薄煤層機組得到較大發展，分別研製出不同類型的刨煤機，包括鋼絲繩牽引刨煤機、全液壓驅動刨煤機和刮斗刨煤機等；1974年研製成功了BM一100型薄煤層滾筒採煤機；90年代開始引進國外的螺旋鑽採煤機，用於薄煤層的開採。
我國薄煤層綜合機械化開採主要有3種技術途徑：一是採用滾筒採煤機、刮板輸送機和液壓支架配套的採煤機綜采機組；二是採用刨煤機、刮板輸送機和液壓支架配套的刨煤機綜采機組；三是採用螺旋鑽機組。
