無人工作面采煤技

采礦新技術(shù)制作人：丁國榮時(shí)間：2010年8月概述

煤炭是上億年形成的不可再生資源。據(jù)測(cè)算我國目前煤炭資源回收率平均僅為30%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦僅為10%。提高煤炭資源回收應(yīng)采要研制各種條件下開采方法及機(jī)械與裝備。①薄煤層高效開采技術(shù)；②厚煤層高效開采技術(shù)；③地下氣化技術(shù)；

無人工作面采煤技術(shù)無人工作面采煤指：工人不出現(xiàn)在回采工作面內(nèi)，而是在回采工作面以外地點(diǎn)操作和控制機(jī)電設(shè)備，完成破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)和處理采空區(qū)等各項(xiàng)工序。無人工作面最大特點(diǎn)：1.使工人擺脫較危險(xiǎn)的工作地點(diǎn)，把工人從繁重的體力勞動(dòng)和惡劣的工作環(huán)境中解放出來。2.能使一些普通方法無法開采或很難開采的煤層得以開發(fā)，提高資源利用程度。無人工作面分類：1、按采煤機(jī)設(shè)備的種類分為：煤鋸采煤、水力采煤、刨煤機(jī)采煤、鉆機(jī)采煤、綜合機(jī)械化采煤。

2、按開采時(shí)是否改變煤的聚集狀態(tài)分為：（1）改變煤的聚集狀態(tài)化學(xué)方法：如煤的地下氣化、地下分餾等（2）不改變煤的聚集狀態(tài)物理方法（機(jī)械方法）第一節(jié)煤鋸無人工作面開采煤鋸采煤是1910年在德國出現(xiàn)的。煤鋸主要用來開采厚度0.3~5m的圍巖穩(wěn)定的傾斜和急傾斜煤層。第一節(jié)煤鋸無人工作面開采煤鋸一般是由雙向割煤的碎煤刀組成，碎煤刀上有截尺，截尺上鉗有合金鋼片。一般每0.5~1m安裝一組碎煤刀，煤鋸與牽引鋼絲繩相連接，鋼絲繩通過兩個(gè)出口繞過導(dǎo)向滑輪，與位于巷道中的絞車相連接。絞車帶動(dòng)牽動(dòng)引鋼絲繩，使鋸繩壓緊煤壁，做往復(fù)切割運(yùn)動(dòng)，煤鋸就拉出一個(gè)槽溝，隨著槽溝的加深，煤壁在礦山壓力的作用下，自行垮落破碎，然后靠煤炭自溜運(yùn)出工作面，再由巷道中的輸送機(jī)將煤運(yùn)出。煤鋸采煤工人不進(jìn)人工作面工作，只是在巷道中開動(dòng)絞車和移動(dòng)導(dǎo)向滑輪，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且設(shè)備簡單，所以曾一度得到廣泛應(yīng)用。煤鋸采煤的缺點(diǎn)首先是設(shè)備，尚沒有理想的可靠的煤鋸，現(xiàn)有的煤鋸工作性能差、可靠性低，經(jīng)常出現(xiàn)卡繩和斷繩事故。其次是煤鋸采煤中的頂板管理問題沒有得到解決。即使在頂板穩(wěn)定的條件下，也經(jīng)常發(fā)生冒頂事故，頂板的冒落和底板的滑落都使回采工作不能正常進(jìn)行。螺旋鉆采煤法的概況：螺旋鉆采煤法是無人采煤工作面中較為成熟的一種方法。該采煤法廣泛地用于開采圍巖不穩(wěn)定的薄煤層和極薄煤層，還可用于開采邊角煤和回收各種煤柱。我國徐州礦務(wù)局2000年從烏克蘭購回一套螺旋鉆采煤機(jī)組，在韓橋礦使用，年產(chǎn)在4-5萬噸左右。山東新汶礦務(wù)局引進(jìn)烏克蘭機(jī)組。機(jī)組價(jià)格在300萬元人民幣左右。安徽國投新集、河北金牛集團(tuán)（邢臺(tái)局）、邯鄲局等企業(yè)均引進(jìn)了該機(jī)組。目前山東新汶已實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的國產(chǎn)化。

第二節(jié)螺旋鉆機(jī)無人工作面開采井下常用螺旋鉆機(jī)開采厚度為0.45~1.5m的緩傾斜煤層。鉆頭直徑比煤厚小50mm一般為0.4~1.45m，每節(jié)螺旋鉆桿的長度1.2~1.9m，啟動(dòng)功率一般為30~200kW。按切削方式不同螺旋鉆機(jī)可分為正面鉆進(jìn)和側(cè)面鉆進(jìn)螺旋鉆機(jī)。井下采煤多用側(cè)面鉆進(jìn)螺旋鉆機(jī)。1－螺旋鉆桿；2－中間通風(fēng)管；3－軸承座；4－鉆頭；5－變速器；6－控制箱螺旋鉆機(jī)鉆頭割煤鉆機(jī)在順槽中工作狀態(tài)后退式工作面主要設(shè)備布置

適用條件（1）煤層較穩(wěn)定，構(gòu)造較簡單；（2）頂板一般穩(wěn)定，底板較完整；（3）煤層厚度在0.6～1.5m之間。新汶南治煤礦工作面的主要設(shè)備為：BSHK-2DM型螺旋鉆采煤機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)為：鉆高0.65m，鉆寬1905mm；鉆深（上山方向）85m；下山方向鉆深45m；電機(jī)功率110×2+15kW；鉆進(jìn)速度1.0m/min。目前世界各國都在對(duì)螺旋鉆機(jī)進(jìn)行改進(jìn)和完善研究工作，其主要研究方向是：研制出性能更加可靠的鉆機(jī)，保證能全部或部分地采出鉆孔間的煤柱，以減少煤炭損失；研制出根據(jù)煤層厚度可控制鉆頭的各種裝置；研制出在煤層能安全地鉆進(jìn)更大的長度，能連續(xù)地接長鉆桿的螺旋鉆機(jī)等。螺旋鉆機(jī)采煤的條件及評(píng)價(jià)螺旋鉆機(jī)采煤法適用于傾角15°以下、厚度0.5~1.5m的煤層，煤的切割阻力不大于250kN／m。同時(shí)要求煤層中不含黃鐵礦和石英石結(jié)核，煤層無自然發(fā)火傾向，煤層無突出危險(xiǎn)，無沖擊地壓危險(xiǎn)。一般不適用于開采無煙煤。當(dāng)煤層頂?shù)装迤鸱^大時(shí)螺旋鉆機(jī)采煤也比較困難。螺旋鉆機(jī)采煤法對(duì)開采圍巖不穩(wěn)定的薄和極薄煤層是一種有效的方法，在這種條件下用綜采很困難。螺旋鉆機(jī)還可以用來開采邊角煤和回收各種煤柱。在極薄煤層中，其他機(jī)械化采煤很困難，勞動(dòng)條件和工人的工作環(huán)境、安全問題都較突出。盡管螺旋鉆機(jī)采煤巷道掘進(jìn)效率高，丟煤較多，但用人少，效益較好，同時(shí)還可以使一些平衡表外的儲(chǔ)量得到開采，提高了工業(yè)儲(chǔ)量，多回收了地下資源，延長了礦井的服務(wù)年限。螺旋鉆機(jī)采煤隨著擴(kuò)孔鉆頭的應(yīng)用和完善，必將有一個(gè)較大的發(fā)展。刨煤機(jī)采煤法刨煤機(jī)是一種截深淺而牽引速度快的采煤機(jī)械。它與工作面刮板輸送機(jī)組成一體而成為一套具備落煤、裝煤和運(yùn)煤的機(jī)組。煤刨上的刨刀從煤壁落煤，同時(shí)利用煤刨的犁面把刨落的煤裝人輸送機(jī)。第三節(jié)刨煤機(jī)無人工作面開采從1971年開始，頓涅茨克煤管局利用刮刨機(jī)開采傾角3°~5°的極薄煤層，煤層的直接頂為裂隙發(fā)育的厚度的8~9m的砂質(zhì)頁巖，底板為砂質(zhì)頁巖，采用不支護(hù)采空區(qū)的刮刨機(jī)刀柱式采煤系統(tǒng)。刀柱式采煤工藝系統(tǒng)中工作面長100~120m，由刮刨機(jī)采煤，采空區(qū)不支護(hù)。在工作面與巷道的連接處架設(shè)木垛保護(hù)巷道，采煤工作在頂板冒落前結(jié)束。當(dāng)采空區(qū)寬度達(dá)到13~20m之后，重新開切割眼，從工作面拆除刮刨機(jī)，安裝在新的開切眼內(nèi)。新開切眼應(yīng)提前準(zhǔn)備出。在采空區(qū)之間留下3~5m的煤柱。我國刨煤機(jī)的概況:

從1976年我國成功試制出第一臺(tái)MBJ-1型拖鉤式刨煤機(jī)后，在其后30余年時(shí)間里，我國共開發(fā)了兩種型式（拖鉤式和滑行式）8種規(guī)格的刨煤機(jī)。刨煤機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）刨煤機(jī)實(shí)現(xiàn)了落煤、裝煤、運(yùn)煤的聯(lián)合機(jī)械化。（2）刨煤機(jī)動(dòng)力部分放在兩側(cè)巷道中。刨頭較低，適用薄煤層工作面。（3）刨煤機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，使用、維修方便。（4）可開采有突出危險(xiǎn)的煤層。（5）操作安全，司機(jī)可在順槽里操作，無須在工作面內(nèi)跟機(jī)作業(yè)。（6）同電液控制的液壓支架配套后，可實(shí)現(xiàn)由井下無人工作面作業(yè)。刨煤機(jī)的應(yīng)用條件：

（1）煤層硬度：煤層越硬，刨煤機(jī)的刨削阻力和橫向反力越大，刨頭穩(wěn)定性越差，設(shè)備壽命越短。煤層夾矸的位置、硬度、厚度對(duì)刨煤機(jī)都有較大的影響。煤層節(jié)理的發(fā)育程度和發(fā)育方向?qū)ε倜簷C(jī)刨削阻力影響極大。（2）圍巖條件：底板平整、硬度較大；直接頂穩(wěn)定；礦山壓力作用有利于刨煤機(jī)刨煤。（3）煤層賦存情況：煤厚0.6m-2.5m，采高越大，刨頭穩(wěn)定性差，需增加輔助導(dǎo)向裝置。（4）工作面傾斜長度：刨煤機(jī)的切割速度已達(dá)3m/s，在工作面兩端需留15～20m減速段。第四節(jié)綜合機(jī)械化無人工作面開采

滾筒采煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化采煤頓涅茨克煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)研究院首先研制出了用于緩傾斜薄煤層的KTⅡ型綜采機(jī)組。這種綜采設(shè)備專門適用于厚度0.45~0.9m、傾角18°~20°的煤層。薄煤層滾筒采煤機(jī)特點(diǎn)：①適應(yīng)于煤層厚度變化較大的工作面；②對(duì)煤層頂?shù)装迤鸱兓m應(yīng)性強(qiáng)；③適用于含有夾矸煤層的回采；④過斷層能力強(qiáng)；⑤對(duì)工作面長度要求比刨煤機(jī)短。薄煤層滾筒采煤機(jī)要求：（1）機(jī)面高度低。（2）新一代薄煤層滾筒采煤機(jī)的總裝機(jī)功率不應(yīng)小于400kW，（3）采煤機(jī)常用截深為0.63m、0.8m。最大的截深已達(dá)1.0m。常用開采速度為2～4m/min，最大牽引速度可按6m/min。當(dāng)工作面實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制自動(dòng)化作業(yè)開采速度可達(dá)10～15m/min，最大牽引速度可達(dá)20m/min。（4）可雙向采煤，自開缺口。（5）故障少，可靠性高，檢修維護(hù)方便。（6）過煤空間大，要求機(jī)身下面過煤空間不小于250mm，以保證煤流能順利通過。大同礦務(wù)局云崗煤礦—薄煤層滾筒采煤機(jī)應(yīng)用實(shí)例

工作面概況：煤層平均厚度小于1.3m，煤層傾角為2～6.6°，平均4°，直接頂和底板分別為12m和13m厚的粉細(xì)砂巖互層，工作面長150m。工作面主要設(shè)備及性能：①采煤機(jī)：IMC-200型雙滾筒采煤機(jī)，生產(chǎn)能力245t/h；②輸送機(jī)：SGB-630/220型可彎曲刮板輸送機(jī)，運(yùn)輸能力450t/h；③轉(zhuǎn)載機(jī)：SZB-730/75型橋式轉(zhuǎn)載機(jī)，運(yùn)輸能力630t/h；④膠帶輸送機(jī)：DSP-1063/1000型，運(yùn)輸能力630t/h；⑤液壓支架：BZY-520型支撐掩護(hù)式液壓支架，支撐高度1.0～1.75m，初撐力3958kN，工作阻力5100kN；⑥端頭支架：ZY-560型，支撐高度1.65～2.65m，初撐力4736kN，工作阻力5600kN；⑦乳化液泵：MRB-125/31.5型，壓力31.5MPa，流量125L/min。

第五節(jié)水力采煤水力采煤是利用高壓水射流破落煤體，并利用水力來完成運(yùn)煤和提煤的采煤方法。水采礦井的主要生產(chǎn)過程是：水力落煤、水力運(yùn)輸、水力提升和地面脫水四個(gè)環(huán)節(jié)組成。水力采煤的適用條件旱采機(jī)械化開采有困難的傾斜、急斜煤層以及煤層傾角在7°以上，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層厚度中厚以上的不穩(wěn)定煤層。頂板穩(wěn)定或中等穩(wěn)定，瓦斯含量小，煤質(zhì)中硬或中硬以下（不含硬而厚的夾矸），底板遇水不泥化，傾角7°~35°，煤厚3~8m的緩斜、傾斜煤層。煤塵危害較大，工作面淋水嚴(yán)重或丟失殘煤較多需復(fù)采的井區(qū)。第六節(jié)煤炭地下氣化煤炭的地下氣化原理是由俄國著名化學(xué)家門捷列夫在1888年提出的，我國1958年起進(jìn)行了煤的地下氣化試驗(yàn)。采用有控制地燃燒處于地下的煤炭,使煤在熱作用及化學(xué)作用下產(chǎn)生可燃?xì)怏w,并將建井、采煤、氣化三大工藝合而為一，變物理采煤為化學(xué)采煤。

第六節(jié)煤炭地下氣化原理由通地表的進(jìn)風(fēng)斜巷、排煤氣斜巷和底部的開切眼切割出的待氣化煤體稱為氣化盤區(qū)。用注入高溫物質(zhì)或其他方法將開切眼處的煤體升溫到煤的燃點(diǎn)，使煤體燃燒；燃燒的煤體形成集中完成氣化過程的燃燒工作面。在完成準(zhǔn)備工作形成燃燒工作面后，從進(jìn)風(fēng)斜巷進(jìn)入的空氣，在燃燒工作面處與煤產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)并轉(zhuǎn)化為煤氣，從排煤氣斜巷排到地面。隨著地下煤炭資源的逐漸被燃燒和氣化為煤氣，燃燒工作面也逐漸上移，直到采完整個(gè)氣化盤區(qū)。工作面下方已燃燒后的采空區(qū)則被燒剩下的煤灰和垮落的頂板碎石所填滿。煤層地下氣化分類分為礦井式和無井式氣化方法。礦井式方法是從地面向煤層鑿出井筒后，用煤層平巷連通，點(diǎn)燃煤層，產(chǎn)生煤氣。這種方法的缺點(diǎn)：避免不了井下作業(yè)；密閉井巷工作復(fù)雜，漏氣性大；氣化過程不易控制。無井式氣化方法就是用鉆孔代替井筒，然后貫通兩個(gè)鉆孔，并點(diǎn)燃形成火道，進(jìn)行燃燒?；鸬赖呢炌ǚ椒?.火力貫通2.電力貫通3.定向鉆進(jìn)貫通4.水力壓裂貫通

中梁山高瓦斯礦井殘煤地下導(dǎo)控氣化試驗(yàn)基地，生產(chǎn)了優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定水煤氣1580萬m3，最高熱值達(dá)14.2MJ/m3，取得經(jīng)濟(jì)效益470萬元;復(fù)采回收了高瓦斯礦井殘煤資源1.3萬t，提高礦井區(qū)段煤炭資源回采率35%;減少瓦斯排放65萬m3，環(huán)保效益顯著;整個(gè)試驗(yàn)與生產(chǎn)過程杜絕了傷亡事故，確保了安全生產(chǎn)。第七節(jié)煤炭液化簡介一、水煤漿燃料技術(shù)水煤漿是20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)的一種新型煤基流體燃料，它含煤約70%，化學(xué)添加劑約1%，其余為水。1982年我國開始自主研制，中國礦業(yè)大學(xué)負(fù)責(zé)制漿技術(shù)開發(fā)。第七節(jié)煤炭液化簡介一、水煤漿燃料優(yōu)點(diǎn)水煤漿像油一樣可以泵送、霧化、儲(chǔ)存、與穩(wěn)定著火點(diǎn)；2t水煤漿可以代替1t油，以水煤漿代替油具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益；燃用水煤漿比直接燃煤燃燒效率高、負(fù)荷易調(diào)控、環(huán)保等；水煤漿能經(jīng)長距離管道運(yùn)輸是解決我國煤炭運(yùn)力不足的重要運(yùn)輸方式之一。第七節(jié)煤炭液化簡介水煤漿的質(zhì)量特征：1.為了利于燃燒，水煤漿含煤濃度要高。通常在62%—70%左右。2.為便于泵送和霧化，粘度要低。3.為防止在儲(chǔ)存過程中產(chǎn)生沉淀，應(yīng)有良好的穩(wěn)定性；一般要求能靜置存放一個(gè)月不生產(chǎn)不可恢復(fù)的硬沉淀。4.為提高煤炭的燃燒效率煤粒要達(dá)到一定細(xì)度。第七節(jié)煤炭液化簡介二、煤炭液化

1.直接液化法向煤的有機(jī)結(jié)構(gòu)中加氫，破壞煤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生可蒸餾液體。

1997年，中國煤炭科學(xué)研究總院進(jìn)行了5000t/d的示范廠可行性研究2.共同液化法同時(shí)對(duì)煤和非煤烴類液體（如瀝青、超重質(zhì)原油、焦油）的提質(zhì)加工。由于非煤烴類液體供氫能力弱，導(dǎo)致煤轉(zhuǎn)化成液體產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率低。第二章放頂煤開采技術(shù)放頂煤采煤法是沿煤層底板或煤層某一厚度范圍內(nèi)的底部布置一個(gè)長臂工作面，利用礦山壓力的作用或輔以人工松動(dòng)方法，使工作面上方的頂煤破碎，在工作面支架上方（或后方）落煤，并將落煤運(yùn)出工作面的一種采煤方法。運(yùn)輸系統(tǒng)頂煤頂板巖層工作面支架裂隙擴(kuò)展貫通階段散煤流動(dòng)巖層冒落裂隙發(fā)育階段原巖應(yīng)力狀態(tài)krHrH裂隙閉合階段軟煤層頂煤的破壞過程3.1.3放頂煤工作面典型布置方式一次采全高放頂煤開采預(yù)采頂