浅谈煤矿综合机械化采煤技术工艺

浅谈煤矿综合机械化采煤技术工艺

石宏伟

淮北矿业（集团）有限责任公司临涣煤矿 安徽淮北 235136

摘要：本文从常用的机械化采煤技术方法、综采工作面机械化采煤工艺、机械化开采中厚煤层技术、深井与“三下”开采技术、优化布局，减少矸石排放开采技术、采场的围岩控制技术，以及合理优化开采的技术分析等方面，浅论了煤矿综合机械化采煤技术工艺，以供大家参考。

关键词：煤矿开采；综合机械化；技术分析与应用

引言：随着社会经济的快速发展和科学技术水平的逐步提高，煤炭开采的步伐也再不断加快。但是，作为一个中老年矿井，其地质条件也更加复杂，这给煤炭开采带来了严峻的挑战。人工开采技术在近几年已经淘汰，随之取代的是综和机械化开采。为了适应不同地质环境条件下的开采，研究利用合理的采煤技术就显得尤为重要。通过采煤技术的不断优化，加上积极引用新型采煤设备和采煤技术工艺，让原有的生产系统改造后焕然一新，方能实现煤炭的安全高效开采。

1.常用的机械化采煤技术方法

煤炭开采的采煤技术方法和工艺进步很关键，它决定了高产、高效、高安全性和高可靠性的问题，也是使采煤技术与现代高新技术能否相结合的问题。因此，研究开发加强、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统，以及改进和完善采煤工艺很重要。

1.1集约化生产技术。积极运用高效集约化生产技术，让生产系统实现高度集中、高可靠性和高产高效开采技术，作为提高采面单产和生产集中化的核心，以实现提高效率和经济效益的目标。研究运用各种条件下的高效、高可靠性采煤装备和工艺，通过简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，实现生产过程监控和科学管理等相互配套的成套技术，能大大提高采煤机械化程度与水平。

1.2硬煤层成套开采技术。研究运用浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现采煤成套技术，需要解决以下技术难题：对硬顶板控制，研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术，可通过岩层定向水力压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术，让直接顶能随采随冒，能提高顶煤回收率。同时，基本顶能按一定步距垮落，有利于顶煤破碎，还能保证安全生产。①硬厚顶煤控制技术。研究运用埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤快速处理技术（高压注水压裂、顶煤深孔预爆破处理），顶煤体可随采随冒，提高了回收率。②顶煤冒放性差、块度大综放开采设备配套技术。用此有利于顶煤破碎和顶板控制，还利于放顶煤的新型液压支架，合理确定后部输送机能力。③两硬放顶煤开采快速推进技术。运用合适的综放开采回采工艺，并优化工序，能缩短放煤时间，提高推进度。

1.3长壁开采缓倾斜薄煤层技术。研究运用体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机；研究运用薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。以便于适应长壁开采缓倾斜薄煤层。

1.4侧顷斜厚煤层的一次采全高技术。完善支架结构和强度，加强支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶等措施的研究，提高支架的可靠性，缩小与中厚煤层的差距，以适应全厚大采高长壁综采。

2.综采工作面机械化采煤工艺

煤炭开采运用采煤机、可弯曲刮板输送机和自移液压支架三种机械装备的有机配合，完成落煤、装煤、运煤、支护及空区处理等工作，以实现机械化采煤。这种采煤工艺，也是长壁采煤方法中机械化程度最高的一种综采工艺。

2.1通用采煤技术工艺。①落煤与装煤。来回行走的采煤机，依靠前后两滚筒的旋转，截齿不断切入煤体破煤，破落的煤炭靠滚筒旋转，在与滚筒同轴的弧形挡煤板配合下将煤沿滚筒上的螺旋沟槽顺滚筒轴线方向抛出，装入可弯曲刮板输送机。②运煤。沿工作面布置的可弯曲刮板输送机将煤运至端头，并装入运输顺槽中的皮带机。③支护与回收支架。沿工作面全长布置的自移式液压支架，依靠液压系统实现升降与移动，完成支架支设→回收→重新支设的循环（过程中将支护与回收支架合为一体）。

2.2综采面割煤技术工艺。①双滚筒采煤机割煤方式。采煤机正常工作时，前滚筒沿顶板割煤，后滚筒沿底板割煤，行走一趟就可完成一刀割煤。采煤机往返都割煤，一个往返就能完成两刀割煤。该割煤方式即为双向割煤往返进两刀。若往返只割一刀，该割煤方式即为单向割煤往返进一刀方式。②进刀方式。采煤机割完一刀后，滚筒重新进入煤体时称进刀，此过程叫进刀方式。常用的采煤机进刀方式有斜切进刀、钻入进刀、预做缺口推入进刀等。而双滚筒采煤机多采用斜切进刀方式，分两种：端部割三角煤斜切与中部斜切进刀方式。

3.机械化开采中厚煤层技术

3.1厚与特厚煤层的综放开采技术。在适宜的条件推广应用综放开采，其技术优势较大。开采产量高，掘进率低(比综采低20%)，材料和能源消耗低，工作面搬家少，辅助环节用人少。效率也高，成本也低，是实现高产高效、集约化生产和提高经济效益的方向。

3.2大采高厚煤层综采技术。现大多已采用大采高综采进行厚煤层的开采，但因配套设备不同，单产差异较大。因此，合理采用国产设备配套非常重要。

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单长壁中厚煤层的综采技术。综采面的采、装、运和支护设备合理配套，综合开机率可以有效提高（90%以上），进而可实现单长壁中厚煤层的朔里开采。

4.深井与“三下”开采技术

4.1深井煤层开采。对于深井煤层开采，关键是矿压控制、冲击地压防治、瓦斯与热害治理及通风、巷道布置等问题。研究重点：围岩状态与应力场及分布状态特征；作业现场环境变化；巷道(重点软岩)快速掘进和支护技术与装备；冲击地压防治和监测监控技术；高产高效开采有关配套技术；热害治理技术和装备。

4.2“三下”采煤技术。需研究开采上覆岩层运动和地表下陷规律，可通过提高数值模拟计算和相似材料模拟等方式进行。弄清满足地表、建筑物、地下水资源保护需要的合理开采系统与优化参数。研究重点：发现沉降控制理念和关键技术，含用地表废料向垮落法面采空区充填的系统；应用各种充填和组合充填技术（如村庄房屋加固改造重建技术，以保护开采）；近水体开采时的设计，工艺参数优化与装备，提出统一的开采沉陷控制方案、开采村庄压煤、土地复垦和煤矿水资源化等关键技术问题。

5.优化布局，减少矸石排放开采技术

5.1优化布局匹配。通过改进、完善现有的采煤方法及布置，实现效益最大化；研究运用地质条件开采巷道布置和工艺技术评价体系专家系统，实现最优匹配的开采方法、布置和煤层地质条件。

5.2全煤单一煤层开采。通过实施全煤巷布置单一煤层开采，让矸石基本不运地面；减化生产系统，实现中采与中掘同步，生产效率得以大幅提高。这要重点研究高产高效、开拓部署和巷道布置系统优化，减化布置，优化采区与工作面参数；矸石直接处理、作为充填材料，既减少污染，又减化了生产系统。

6.采场的围岩控制技术

6.1完善采场围岩控制理论。要以科学合理、优化高效的岩层控制技术，保证开采的安全、高效；以理论分析(解析法)、现代数学力学(统计分析预测、数值法)和实测法相结合，运用计算机技术，研究各种煤层地质和开采条件，不断完善采场围岩控制技术。

6.2坚硬和破碎顶板控制技术。研究应用坚硬和破碎顶板条件下的低成本岩层控制技术，以实现安全高效开采。可通过研究新技术、新工艺、新材料解决。

6.3放顶煤开采岩层和支架围岩相互作用机理。一是研究放顶煤开采力学模型、围岩应力、顶煤破碎机理、支架、顶煤、直接顶、基本顶相互作用关系；二是运用离散元等方法，研究顶煤放落规律，提出优化准则和提高回收率的途径。

6.4支护质量与顶板动态监测技术。总结缓倾斜中厚长壁面支护质量与顶板动态监测，在坚硬顶板、破碎顶板、急倾斜、放顶煤面支护质量与顶板动态监测，完善监测技术，发展智能化监测系统等。

6.5冲击地压的预测与防治。运用计算机模拟，研究冲击性矿压显现机理；完善矿压显现监测系统，发展遥控测量和预报及综合防治措施的专家系统。

6.6研究应用新型的支护设备。积极研究硬煤层、硬顶板放顶煤液压支架，完善其性能与快速移架系统，应用耐炮崩、轻型化单体液压支架和厚煤层巷锚索与可深缩锚杆。

7.合理优化开采的技术分析

7.1离层注浆。作为以控制或减缓地面沉陷的新方法，覆岩的结构合适、离层带的位置选择准确、推进离层发生、发展及闭合时空规律能掌握好，就能达到理想效果。①离层带的充填技术分析。就是要把覆岩下沉有效控制住，最终能使地表沉降的控制得以实现。主要控制过程为：一是从地面向采空区上方覆岩（离层带)进行打钻；二是从这个钻孔中，以高压方式把液体填充材料注入。②离层注浆技术的应用。要对顶层管理应用冒落法实施管理，并沿着长壁走向进行开采。实施离层充填技术后，通过观测地表能发现效果非常显著，这也有效的保护了地面各种建筑设施。

7.2条带开采。本开采方法较为特殊，操作时的步骤要注重：一是划分所要开采的煤层，让其形成正规的条带状；二是在划分为正规条带煤层状的基础上，每开采一条具有一定宽度a的煤层，留下一条具有一定宽度b的煤层。上覆岩层的重量就靠这煤柱支撑，不管是有关地表的移动或变形，都对地表带来较小的影响效果。①进行设计原则分析。首先要具备足够的稳定性与强度，并且对上覆岩层的支撑时间要长，还要支撑效果好。这为煤层进行开采过程中所留下来的那条带煤柱应具备的基本条件。如此才能让地表的移动或变形减少到一个最低限度，以至于有关开采条带的宽度，不让地表所出现的下沉盆地过于明显和波浪状下沉作为控制尺寸，只出现单一的平缓下沉飞盆地为好。②确定有关采出留宽度的方法。一是确定采出宽度a：可通过实验模拟确定采出宽度a。综合有关成功经验，采出宽度a一般控制在煤层宽度的1/4～1/8为好。二是确定保留条带宽度b。在采出宽度a确定后，若无限加大保留条带宽度b没多大意义。这会让许多下沉盆地在地表上出现。因此，可靠的确定数值应该结合煤柱强度，通过一定的计算得到。随便确定是不可靠的。现实中，条带煤柱的强度是采用Wilson的方法进行计算而确定的，就是说有科学的理论依据。

结束语：作为一个中老年矿井，随着开采强度的不断增强，其煤炭资源日趋枯竭。这种不可再生的矿产资源，需要在加快开采的同时，尽力提高资源回收率，避免浪费。而后期的开采，地质条件也会越来越复杂多变，与理想的往往相差甚远。因此，就要在开采时处处以科学的手段进行，不可盲目的开采。既要保证开采速度和质量，又要确保安全生产。显然，只有通过合理优化采煤技术的措施，才能有效提高煤矿的管理水平，并从根本上改变原来所存在的那种简单再生产状况，进而提高煤矿生产的装备和生产安全条件。这种保证煤矿安全健康发展、促进和谐社会的建设的举措，才具有重要的现实意义。

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