四川达竹煤电（集团）有限责任公司小河嘴煤矿 四川省达州市达竹 635010
摘要：随着国内采煤规模的加大，矿区的采煤深度逐渐深入，针对薄煤层开挖的需求量也在增多，尽管国内薄煤层储量十分丰富，但采煤的比例很低。伴随国内中厚煤层储存量降低与采煤难度和深度的提高，薄煤层开挖的前景就十分明显。本文首先介绍了螺旋钻采煤设备的构成与运行原理，然后分析了螺旋钻采煤设备的运用条件，最后详细阐述了回采早期准备任务与回采方式以及效果总结。
关键词：螺旋钻采煤法；极薄煤层；开采应用
厚度低于0.8米的煤层一般被称作极薄煤层，国内南方地区有些煤田，薄煤层与极薄煤层较多，极薄煤层占国内煤炭储量的17.6%。极薄煤层采煤难度很大，加上开采方法相对不完善。伴随部分矿区内厚煤层采矿殆尽，极薄煤层采煤引起了人类的重视。极薄煤层采煤始终是困扰国内煤炭产业的科技难题，我国许多矿井采取普采和高档普采生产方法，存在开采效率低、经济价值差等现象。螺旋钻采煤方法因为其稳定的安全性与较好的可行性，变成重要的开采方式。
1、螺旋钻采煤设备的构成与运行原理
1.1设备构成
螺旋钻机安装于钻采平巷，通过多部分构成，电机属于螺旋钻机的关键传动力，螺旋钻具属于螺旋钻机的重要配件，还包含让采煤工作正常完成的配套机械，如刮板运送机、皮带运送器、回柱绞车、降尘管道等。
1.2运行原理
钻机钻头受到电机动力的作用，向前割煤，钻杆旋转形成离心力产煤，钻孔中出现的煤炭直接落于刮板输送机上运走，该操作步骤下，员工不用进到钻采作业面，仅需远距离操作机械，安全程度高，工作强度小。螺旋钻机与一般采煤机那样配备了通风设备、供水设备、除尘设备等。螺旋钻机于矿井内的分布形式见图1所示。
图1 螺旋钻机分布图
2、螺旋钻采煤设备的运用条件
2.1适用范畴
任何采煤方式均有其一定适用的地质环境，不得一概而论，不合理的选型通常会事倍功半。按照落选钻采煤方式的特点与现场作业面具体应用状况，当煤层倾角是±14°时，是其正常应用范围，因为钻采长度的区别，极限角度能够扩大至±23°，但通常会破损机械，下降运行效率，因此不推荐应用。螺旋钻采煤设备时专门用于薄煤层采煤所研发的，能够开挖的厚度是0.4-1.3米，但是并不适合用来开挖无烟煤。螺旋钻采煤设备的电机所带动力与钻杆材料决定着煤炭分割阻力不能超过250kN/m。因为安装与移动较为困难，裸钻钻机不宜用于煤层顶底板起伏很大的巷道内。若煤层底板太多坚硬，将会制约螺旋钻机运行[1]。当顶底板很软时，钻机运行时通常会由于顶板的不稳固垮落而引起压钻，进而造成钻头破损，开采进度缓慢。所以，针对顶底板的要求很高，尽量保证不产生顶板垮落，且可以使卧底比较方便。为取得最大化经济利益，需要以顶板不垮落为重要考量因素。此外，螺旋钻机还能用于开挖边角煤与回收煤桩。
2.2设备运行的流程
螺旋钻采煤设备运转时工艺流程能够概括成：调试钻机装置、稳定钻机、把钻机调节至恰当部位、钻机割煤、煤炭落于刮板运送机上、利用刮板运送机运煤、延伸钻杆、等螺旋钻机到极限后退钻杆、再次定位钻机至科学部位、调动匹配设备部位、封锁钻孔采空区域、进到下个开采循环。
2.3煤柱宽度预留
钻采空去的多种处理方法决定了每种煤柱的预留宽度，坚固的顶板很难垮落，钻孔中采空区通常不进行处理，这时能采取以下煤柱留宽测算公式：
其中，a1、a2表示薄煤层煤柱预留宽度；H表示煤层埋深；h表示薄煤层厚度；γ表示覆岩容重。
3、回采早期准备任务
（1）把螺旋钻机与轨吊支设完整，然后才去螺旋钻机钻入，再在钻杆安装槽的顶部安装延伸钻杆备用。
（2）按照开采部位合理延长，把水管、钻机、钻杆适当延长，接着钻进，直至钻入开采部位，上述动作重点是为开采工作做好准备任务。
（3）通过螺旋钻采煤设备钻出钻孔，而钻孔处刚好要达到开挖位置。采取钻机空转，方便清楚表面出现的浮煤，等清除至浮煤很少的状态下暂停采煤机空转。
（4）及时退出钻机，将钻机与钻杆分离，并置于固定的保存地方。移动运送机遇螺旋钻采煤机，紧固好钻机上千斤顶。
4、回采方式
4.1螺旋钻采煤设备的回采方式
螺旋钻采煤设备由于本身带有轨吊，促使钻杆的设置、拆除和搬运均能够实现智能化操作，大幅度下降了员工的辅助时间，而且也能够提升螺旋钻采煤设备的运行效率。当螺旋钻采煤设备开始进到煤层开挖后，钻头收集的煤炭就会因为过旋转叶片运转出，且移至矿道中，然后通过刮板运送机完成外出疏导，其中非常关键的环节即螺旋钻采煤设备的局域风扇，其属于供压式送风系统，能够迅速有效处理钻井中出现的瓦斯情况，规避不必要的风险。
4.2螺旋钻采煤设备钻孔范围的顶板控制方法
螺旋钻采煤设备在矿道两边进行回采开挖时，每个侧面的钻孔间均要按照矿道顶板的岩区性质和煤炭的压力状况留下隔离煤柱，间距控制在20-60cm以内，而在回采结束后要把全部的钻孔都密封好[2]。相较于部分极可能产生地面沉降问题的操作区域进行高效且科学的管控，能够利用充填机与螺旋钻采煤设备的反用把矸石填入钻孔中，密封钻孔。按照不同矿区开采的实践经验来说，能够在填满的钻孔当中相隔2-3个钻孔。
4.3具体操作状况
在具体操作环节，例如采取螺旋钻采煤设备的采煤方式在高位瓦斯的矿道抽放，结合实际开采状况，员工应当顺着煤层倾角开展采集的项目作业。而且，钻孔深度的涵盖是在机风巷顶部，如此就能够在机风巷上面创建并开挖出一个保护层，这一保护层会使整个风机巷范围的煤炭均能够获得总体卸压，由此能够有效且稳定的阻止采煤对整个地压的影响，还在很大程度上减小了瓦斯对煤的影响。
5、总体效果介绍
在极薄煤层开挖过程采取螺旋钻采煤方法，不仅减少了采矿员工劳动强度，而且还保障了开采工作的安全开展。且在机风巷顶部设置并开挖保护层的基础上，还将对煤层底部产生良好的卸压作用，给煤层瓦斯底部释放打下了良好的基础与铺垫，还减小了瓦斯开挖的危险性与事故的出现率，为煤层的开挖提供了一定的防护措施与安全保证[3]。另外，通过极薄煤层采取综采支架开挖实践，把繁琐的操作流程简单化，让工作效率得到大幅度提升，生产成本明显减少，开挖风险降低。经过煤岩分割15000吨之上无火花出现，得到了安全开采。
6、结束语
总之，极薄煤层采煤区在开挖环节极易自然产生稳定状态，顶部岩层应力布置很简单，相对于中厚煤层支护更加方便。螺旋钻采煤设备具备操作方便、易维修、适应性高等优点，帮助测试矿井获取了显著的经济价值。
极薄煤层机械化开挖给高效回收极薄煤炭带来了技术支持。因为不用进到钻采区操作，员工工作强度小，开挖率提升，落选钻杆具备显著的推广意义。
参考文献：
[1]程新春.螺旋钻采煤技术在极薄煤层开采中的应用[J].矿业装备,2018(01):50-51.
[2]黄星源,胡光军,黎卫兵.螺旋钻式采煤机在极薄煤层开采中的应用研究[J].煤炭与化工,2013,36(11):89-91.
[3]廖洪波.螺旋钻式采煤机在极薄煤层开采中的应用研究[J].科技创新导报,2013(31):9-10.
论文作者:何先文
论文发表刊物:《防护工程》2019年14期
论文发表时间:2019/11/15
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