1、 薄煤層螺旋鉆無人工作面開采是指回采工作面上無人，而是由螺旋鉆機完 成工作面內的破煤、裝煤、運煤等各工序。工作面的設備檢修也都在工作面以 外的巷道中進行。所以使工人擺脫了較危險的工作地點，把工人從繁重的體力 勞動和較惡劣的工作環境中解放出來，而且占用人員少，勞動生產率高，并能 使一些用普通方法無法開采或很難開采的煤層得到開發，提高了資源利用程度。 螺旋鉆機采煤是無人采煤工作面中正在研究的一種方法。該采煤法廣泛地 應用來開采圍巖不穩定的薄煤層和極薄煤層，并且還可以用來開采邊角煤、三 下壓煤和回收各種煤柱。近年來，國外許多產煤國家由于特厚煤層的開采儲量 日益枯竭，對螺旋鉆機采煤產生了極大興趣，把它

2、看作是開采緩傾斜薄煤層最 有發展前景的一種采煤方法。 1 螺旋鉆采煤機設備配套及性能 3 結論 2 薄煤層螺旋鉆無人工作面開采工藝 1 螺旋鉆采煤機設備配套及性能 BSHK-2DM型螺旋鉆采煤機組可用于有瓦斯和煤塵爆炸危險的薄煤層開采，也 可用于不規則煤層和保安煤柱的開采，但不允許在有突出危險的和自燃的煤層中 應用。其采寬1.9052.105m，單孔長度可達85m。工作巷道凈斷面不小于11.2m2， 傾斜3，臥底不小于0.6m，上、下山方向傾角015，切割阻力不大于 350kN/m。 1.1 螺旋鉆采煤機構造及性能螺旋鉆采煤機構造及性能 （1）螺旋鉆采煤機 BSHK-2DM型螺旋鉆采煤機如圖1

3、-1所示。中間部分為兩個液壓推進部件，兩 側為兩個定向部件，這些部件用銷釘和螺栓連接在一起。在液壓推進部件上裝有 傳動部件的液壓缸，液壓缸沿著導向框架裝在框架上的螺旋鉆機傳動部一起移動。 定中心部件安裝在液壓推進部件上，保證螺旋鉆桿及與后來加接的螺旋鉆桿 的對中找正。鎖緊位置預先固定了加接鉆桿時的離合器。滑板是機器的支座。每 一塊滑板用連桿系統和定向部件的殼體與兩個液壓千斤頂連結，保證螺旋鉆采煤 機沿煤層傾角工作。 1通風管2鎖緊裝置3減速器4液壓偶合器 5電動機6傳動部件 7滑撬8支撐液壓缸9底托架 10液壓推進部件11傳動框架12螺旋采煤機 圖1-1 螺旋鉆采煤機 （2）螺旋鉆具的結構 如

4、圖1-2所示，螺旋鉆具是由一些很容易組裝、拆卸的構件組成。鉆具為兩組螺旋鉆桿 和通風管，它們都與螺旋鉆機連接。在前右螺旋鉆桿和通風管之間由減速箱連接，在前左螺 旋鉆桿上安裝了用剛性拉桿與減速箱殼體相連的軸承座。減速箱和軸承座裝在下有彈簧的滑 板上。在右螺旋鉆桿的軸承座前面及減速箱的輸出軸上裝有3個鉆頭，鉆頭軸之間的距離為 640mm，兩則的鉆頭按煤層厚度采用不同直徑的625mm,725mm或825mm鉆頭。在各種條件 下，中間鉆頭的直徑是625mm，但它的結構隨著兩側鉆頭的直徑不同而改變。所有鉆頭有通 用的連結節，以保證把鉆頭安裝在減速箱和軸承座的輸出軸上。 1螺旋鉆桿 2中間通風管 3軸承座

5、 4鉆頭 5變速器 6控制箱 圖1-2 螺旋鉆具 （3）機組電力裝置 螺旋鉆采煤機BSHK-2DM電力設備是由機組的電氣系統和煤礦供電系統所組 成。電氣系統包含的設備和部件，見表1-1 表1-1 電氣系統設備及型號 序 號 電力設備 名 稱型 號 1電機CYB-350AB 2啟動組合機組礦用接線開關1 3警告信號設備PC-KY 4甲烷分井儀AT3-1 5控制臺AYBSHK-2DM01.00 6控制室KY-91-PB，KY-93-PB 7聯絡設備PCK 8控制儀表AYBSHK-2DM.00.000 9照明LCPO1-20 10接線盒ZY12.42.33.0021 11執行機構電機2iDKOFB2

6、50LBZ 12降塵水泵系統電機BPP160SZY5 13風機電機ANY-132M2 14水泵站電機BPP150SZ 15單軌吊車電機CoCBEPLA CiPIgM 動力電源，CYB-350AB及控制設備AYSHK-2BM的電源為交流電660V，照 明及單軌吊的電源為127V，電器PC-KY及AT3-1為交流電36V。 機組電氣系統的電源由功率不小于400kVA的移動變電站所提供。電器設備 的總功率為約390kW，電壓為660V，其中螺旋鉆采煤機為235kW。 1.2 機組的組成及其工作原理機組的組成及其工作原理 （1）機組的組成 機組的組成如圖1-3所示。機組由主機、鉆機動力設備、通風系統、

7、鉆頭和 移動裝置等組成。 1-螺旋鉆機組主機 2-托架 3-操作臺 4-液壓系統 5-動力裝置 6-CYB-350AB型控制站 7-礦用接線開關APSH.1型 8-采用BMCH-4.5型風機的通風系統 9-鉆具 圖1-3 百獅-2型螺旋鉆采煤機組總裝圖 （2）機組工作原理 螺旋鉆采煤機組傳遞扭矩給和鉆壓給螺旋鉆從鉆采條帶里的煤，并完成采煤過程的送 鉆和退鉆。螺旋鉆由一個左旋一個右旋的兩節鉆桿和它們中間的風管組成。 鉆頭的切割 部分是一個執行機構，它由三個鉆頭組成。右邊的螺旋鉆通過減速箱傳扭矩給中間鉆頭。 通過風管不間斷地向工作面通風，并用ATZ-1型瓦斯測量器測控。通過放置在風管邊 的軟管向執

8、行機構的噴頭供水，保證降塵。兩個單獨的傳動裝置帶動鉆桿組的旋轉。 為鎖緊和開啟鉆桿的連接，需把鉆桿連接用的帶有凸輪的離合器調整到適合的位置， 用有旋轉傳動裝備的翻轉機構來對正。 用固定在傳動架上的傳動裝置沿導向進行液壓推進，機器下面有滑板，滑板支撐在底 板上，利用滑板在巷道內移動機器。定向機構保證機器的傳動架沿著煤層角度進行鉆進。 機組對巷道壁的水平側推力是用液壓缸來保證的。機組機械化接鉆桿和撤鉆桿時有一 個找正裝置，用它來找準定位需要鉆進或撤出的在鉆采帶里的鉆桿和風管。鉆桿的安裝、 拆卸、儲存是由安裝在巷道的單軌吊完成的。 機組采下來的煤是靠放置在巷道里的刮板運輸機運出的。螺旋鉆機、操作臺和

9、動力裝 置連接在一起，沿巷道一起移動。 2 薄煤層螺旋鉆無人工作面開采工藝 2.1 后退式螺旋鉆機開采工藝 2.1.1 采區巷道布置及支護采區巷道布置及支護 （1）巷道布置 按照螺旋鉆機采煤的要求，一采區2層煤螺旋鉆機采煤試驗塊段采取雙翼布置，即分別 在一采上山東西兩翼布置兩個工作面，東翼走向長為320m，西翼走向長為127m，東西兩塊 段傾斜長度均為150m。 運輸上山布置在采區走向中部，沿2層煤頂板掘進，位于一采輔助上山東側35m處， 該上山全長400m，掘180m與一采總回風巷相貫通。 輔助上山布置在一采石門西側，沿2層煤頂板掘進，該上山全長450m，傾角1721。 在1204西面進風巷

10、以南65m沿水平方向布置運輸順槽，上下山方向均鉆采60m。1203西 順槽長127m。試驗塊段1203西下巷和1203西切眼、1203西上巷形成負壓通風。 1203西鉆 采工作面是該采區第一個鉆采工作面，其下部1204西面已經采完，上部1202西工作面正在 準備。 1203西鉆采面巷道布置及巷道素描分別見圖2-1和圖2-2。 圖2-1 1203西鉆采面巷道布置 圖2-2 1203鉆采巷部面圖 （2）試采面運輸順槽支護 1203西鉆采工作面運輸順槽沿煤層頂板起底布置，采用錨網噴及錨索聯合支護。錨 桿為181800mm全螺紋鋼等強樹脂錨桿，間排距為900900mm；錨索間排距為 30006000m

11、m。巷道采用拱形斷面，凈寬4.5m，凈高3.5m，斷面積13.57m2。主要用于 該鉆采面的進風、運煤和運料。 2.1.2 2.1.2 回采工藝回采工藝 1203西工作面采用烏克蘭BSHK-2DM新型螺旋鉆機，它是三軸螺旋式薄煤層鉆機。 該機采用后退式獨頭鉆采的工藝方式，上山方向鉆采完后再退回調頭鉆采下山方向煤層。 （1）鉆采煤柱尺寸的確定 a煤柱受力分析 螺旋鉆采煤機開采過程中，留設煤柱的作用是在使鉆采過程中保護煤炭順利運出和 支撐頂板。煤柱的尺寸決定著整個開采過程中煤柱的支撐狀況及礦山壓力顯現。煤柱尺 寸過小可能導致頂板來壓、垮落，甚至造成沖擊地壓，威脅安全生產。但是過大的煤柱 會造成資源

12、浪費，還可能引起回采過程中頂板管理的困難。因此，不同用途的煤柱各有 其合理的尺寸。 煤柱的合理尺寸，首先要考慮煤柱將要承受的載荷，可以用簡單的附屬面積 理論確定煤柱平均應力。該理論認為：一個煤柱所支撐的范圍，既包括位于其上方 的巖層，又包括其周邊巷道（鉆空區）跨度一半的頂板巖層（見圖2-3）。 圖2-3 煤柱的支撐面積 因此，其總載荷為： （2-1） 煤柱的平均應力為： （2-2） 式中 Bz、Lz分別為煤柱的寬度和長度； Bh巷道（鉆空區）的寬度； 上覆巖層的平均容重； H平均采深。 () zhz pBB LH () (1) zhzh P zzz BB LHB H B LB 理論研究證明，煤

13、柱的應力分布是不均勻的。煤柱邊緣部分，當其剛剛暴露時， 存在很大的集中應力。該集中應力常常等于原始應力的24倍甚至更大，因而常超 過該處煤層強度而導致煤柱邊緣部分破壞，隨之集中應力向煤柱內部轉移，如圖2-4 所示。 圖2-4 煤柱內垂直應力分布 顯然在此集中應力作用下部分煤柱將產生屈服。 b合理的煤柱尺寸 根據逐步破壞理論確定煤柱的寬度，該寬度可由下式計算： （2-3） 式中 hz煤柱高度，取0.65m； 關系曲線的斜率， ， 為內摩擦角； K支承壓力峰值處的應力集中系數，34； 上覆巖層的平均容重，取2.5kN/m2； H為平均采深，取582.7m； 煤柱的抗壓強度，取18kN/m2。 把以

14、上數據代入（2-3）式，得煤柱的寬度為： a=0.86m 由于煤層厚度在0.651.3m之間變化，綜合確定煤柱尺寸為0.51.0m。 （2）落煤方法 即一臺螺旋鉆機布置在運輸順槽中，先向上山方向煤層打鉆，鉆頭割煤，螺旋鉆桿掏煤， 煤直接落在運輸順槽的刮板輸送機上運出，該機一次采寬2.105m，三軸聯動鉆桿1.54m/節， 鉆機本身自動接桿，達到設計采深或遇斷層時退出鉆桿，螺旋鉆機整體前移，預留0.5m 1.0m煤柱后開始下一循環鉆采。 螺旋鉆機采煤示意圖如圖2-5所示。 ln (1) z b hK H a tgtg tg (1 sin )/(1 sin )tg b a螺旋鉆機鉆頭割煤 b鉆機在

15、順槽中工作狀態 1單軌吊 2螺旋鉆采煤機 3固定油缸 4調斜油缸 5刮板運輸機 6節式鉆桿 圖2-5 螺旋鉆機采煤示意圖 螺旋鉆機設計鉆采長度，上山方向85m，下山方向45m。螺旋鉆機以 1.0m/min的速度向上（下）鉆煤，直至達到設計深度。 （3）螺旋鉆機工作面生產能力 工作面平均每班鉆進20m，每天鉆進深度60m，回采高度1.2m，鉆孔寬度 2.105m，鉆煤時回采率0.95，則： 日產量Qd=602.1051.21.360.95=195（t） 月產量Qm=19530=5850（t） 2.1.3 2.1.3 工作面設備配置工作面設備配置 運輸順槽內布置50的防塵管路，每50m設一個三通閥

16、門以便沖刷巷道， 杜絕煤塵積聚。運煤巷道各轉載點相應安設噴霧裝置，實施轉載自動噴霧。 在靠工作面側設置 SGW-40T型和SGW-30B型刮板輸送機和SPJ-800型膠帶輸 送機，并在靠近鉆采工作面的地點設有移動開關站一處、螺旋鉆機液壓系統 泵站等設備（見圖2-6）。 圖2-6 1203西鉆采工作面設備布置示意圖 2.2 前進式螺旋鉆機開采工藝 2.2.1 采區巷道布置采區巷道布置 七層煤一采區采用單翼布置，在采區西部布置采區軌道上山及采區運輸機 上山，兩條上山均沿7層煤掘進，其中，運輸機上山作為運煤及進風用，軌道 上山作為輔助運輸及回風用。采區下部通過-350水平七層煤大巷與-350m井底

17、車場聯系，作為采區總進風巷。采區軌道上山上部連接-150m主石門，作為采 區總回風巷。 在采區上部車場以下40m處掘進1701運輸巷，采用單巷布置，巷道凈寬 4400mm，凈高3500mm，斷面13.3m2，采用錨網梁支護，所用錨桿為螺紋鋼等 強錨桿，直徑18mm，長度2200mm，間排距為800800mm。 采區運輸上山上部設七層煤一采區煤倉，煤倉為立式，直徑6.0m，凈高 7.6m，容量190t。煤倉采用錨網噴支護，噴漿厚度200mm。煤倉下部接-150m 主石門，采用石門裝車方式。 七層煤一采區巷道布置如圖2-7和圖2-8所示。 圖2-7 采區巷道布置平面圖 圖2-8 采區巷道布置剖面圖

18、 2.2.2 回采工藝回采工藝 1701鉆采工作面亦采用烏克蘭BSHK-2DM型螺旋鉆機，該機采用前進式 獨頭鉆采的工藝方式，沿煤層下山方向進行鉆采，下山方向鉆采完后再退回 調頭鉆采上山方向煤層，如圖2-9所示。 圖2-9 采煤方法示意圖 螺旋鉆機布置在運輸順槽中，向下山方向煤層打鉆，鉆頭割煤，螺旋鉆桿掏煤，掏 出的煤直接落到運輸順槽的刮板輸送機上運出。該機一次采寬1905mm，鉆機自動接桿， 達到設計采深或遇到斷層時退出鉆桿，螺旋鉆機整體前移，預留0.5m煤柱后開始下一循 環鉆采。螺旋鉆機采煤如圖2-10所示。 圖2-10 螺旋鉆機采煤示意圖 鉆采工作面每班鉆進30m，每天鉆進深度90m，鉆孔高度0.65m，鉆孔寬度1.905m，鉆 煤時回收率0.95，則： 日產量Qd=901.9050.651.310.95=138.7（t） 月產量Qm=138.730=4160.7（t） 該采煤法實現了前進式開采，即巷道在前邊掘進螺旋鉆機緊隨其后鉆采下山方向的煤 層。 3 結 論 通過在潘西煤礦和南冶煤礦工業性試驗及對螺旋鉆采