高產(chǎn)高效的采煤方

高產(chǎn)高效的采煤方法生產(chǎn)技術(shù)部穆秉清一、概論高產(chǎn)高效的采煤方法具有階段性和開展性。每個時期的高產(chǎn)高效的采煤方法是與當時的開采技術(shù)、裝備水平密切相關(guān)的，也與當時的管理水平有關(guān)。隨著開采技術(shù)的創(chuàng)新與開展，裝備水平、管理水平的不斷提高，高產(chǎn)高效的采煤方法或采煤工藝也將不斷開展。高產(chǎn)高效綜采技術(shù)的核心是工作面綜采設(shè)備。近十幾年來，工作面三大配套設(shè)備－采煤機、刮板輸送機和液壓支架，在設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)上都有了重大開展，主要是提高設(shè)備生產(chǎn)能力和可靠性，改進操作性能。采煤機技術(shù)開展的一個突破是采用多電機牽引技術(shù)，大大簡化了機械傳動系統(tǒng)，牽引速度不斷提高。二、高產(chǎn)高效采煤的支撐條件一個礦井要實現(xiàn)高產(chǎn)高效采煤，必須要有確定的支撐條件：⑴較好的地質(zhì)、采礦條件；⑵較豐富的經(jīng)濟可采儲量；⑶匹配的礦井通風(fēng)、輸送、提升、排水、供電、輔助運輸?shù)认到y(tǒng)；⑷足夠的采煤工作面裝備；⑸與高產(chǎn)高效快速采煤相適應(yīng)的回采巷道支護技術(shù)〔包含端頭支護〕等。這些支撐條件都很重要，只要某一方存在問題，高產(chǎn)高效開采都受到限制。⑴要實現(xiàn)平安高效開采必須充分、精細了解所采煤層的結(jié)構(gòu)、覆存的地質(zhì)采煤條件等。依據(jù)煤層厚度及其結(jié)構(gòu)，煤層覆存傾角及其他的地層采礦條件，選擇最適宜是回采方法，為平安高效開采打下最根底的條件。同時，在煤層開采之前和回采過程中都需不斷地獲得工作面前方及整個開采范圍內(nèi)的煤層覆存狀況的新信息，以便及時應(yīng)對出現(xiàn)的不利于實現(xiàn)平安高效開采的新情況。⑵礦井范圍內(nèi)煤層的經(jīng)濟可采儲量，是確定煤層年產(chǎn)量及效勞年限的重要依據(jù)。⑶礦井的平安高效生產(chǎn)需要礦井各系統(tǒng)能力的支撐。平安高效生產(chǎn)主要的特點是在集中的地點單位時間內(nèi)的出煤量非常大，在集中的地區(qū)單位時間內(nèi)需要的通風(fēng)量大，所需輸送機的輸送能力大，井筒提升能力大。同時由于平安高效開采機械設(shè)備的能力大、功率大，設(shè)備體積質(zhì)量大，就要求供電電壓高，供電能力大，同時，用于設(shè)備搬運的輔助輸送裝備的能力也得大，種類也多，井下的各大系統(tǒng)無論是那一個能力不夠，那一個出了問題都將嚴重影響平安高效生產(chǎn)的實現(xiàn)。各系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)在符合規(guī)定的前提下，要少而精，如我們過去都有漏煤眼(煤倉),現(xiàn)新建礦井一般無，從工作面直接到集中皮帶再到地面，減少環(huán)節(jié)，提高運輸能力。⑷采煤工作面裝備的能力、性能和可靠性是平安高效回采的根底。我國的采煤機械在能力、性能、可靠性、控制技術(shù)等方面與國際上先進的采煤設(shè)備還有很大的差距，尤其是采煤機和輸送機，而國產(chǎn)的支架根本能夠滿足要求。⑸回采巷道支護技術(shù)應(yīng)與煤層的平安高效回采相適應(yīng)。我們現(xiàn)在大都采用錨桿〔錨索〕支護，但我們的掘進速度太慢，與平安高效的采煤不匹配。急需對巷道支護和快速掘進進行研究。目前的技術(shù)途徑是提高單根錨桿的支護能力和支護范圍，以減少單位斷面上所需錨桿的根數(shù)，另一方面是使巷道掘進與錨桿支護盡可能平行作業(yè)，減少單位斷面上掘進和支護所需的總時間。⑹采煤工作面的兩端頭支護與采煤工作面的超前支護方式也是影響平安高效回采快速推進的關(guān)鍵點之一。尋求合理的端頭支架支護，或用單體液壓支柱加強支護，是各類平安高效采煤工作面都在探討的事。我集團公司一般不專門上端頭支架，采用與工作面一樣的支架垮半巷，加單體支柱，綜放工作面那么采用端頭支架，簿煤層采用端頭支架〔與巷道一般高〕。采煤方法分類采煤方法：是采煤工藝與回采巷道布置及其在時間、空間上的相互配合。根據(jù)不同的地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件，有不同的采煤工藝與回采巷道布置相配合，構(gòu)成了多種多樣的采煤方法。采煤方法的分類很多，通常按采煤工藝和礦壓控制特點，可以將采煤方法分為壁式和柱式兩大體系。旱采壁式體系水采柱式體系整層開采傾斜短壁式走向短壁式柱式體系整層開采房式房柱式分層開采水平分層斜切分層水平分段放頂煤傾斜分層走向長壁傾向長壁下行垮落上行充填整層開采放頂煤掩護支架單一長壁走向長壁傾向長壁垮落刀柱采煤方法一、壁式體系采煤法

壁式體系采煤方法又稱長壁體系采煤方法，以長工作面采煤為主要標志，長度一般在50m以上的采煤工作面稱為長壁工作面。

壁式體系采煤方法的一般特點是：

⑴、采煤工作面較長，通常在80－250m；⑵、隨著采煤工作面推進，頂板暴露面積增大，礦上壓力顯現(xiàn)較為強烈；⑶、采煤工作面可分別用爆破、滾筒式采煤機

或刨煤機破煤、裝煤，用與采煤工作面平行鋪設(shè)的刮板輸送機運煤，用支架支護工作面空間，用垮落法或充填法處理采空區(qū)；

⑷、在采煤工作面兩端，一般至少各有一條回采巷道與之相連，以形成生產(chǎn)系統(tǒng)。

壁式體系采煤方法分類：

按所采煤層的傾角，分為近水平、緩(傾)斜、中斜煤層采煤法和急(傾)斜煤層采煤法

按煤層厚度，可分為薄煤層、中厚煤層、厚煤層采煤法；按采煤工藝不同，可分為爆破采煤法、普通機械化采煤法和綜合機械化采煤法。按采空區(qū)處理方法不同，可分為垮落采煤法、刀柱〔煤柱支撐〕采煤法、充填采煤法。按采煤工作面布置及推進方向不同，可分為走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法。按工作面沿傾斜推進的方向不同，傾斜長壁又有仰斜長壁和俯斜長壁之分。按是否將煤層全厚進行一次開采，可分為整層采煤法和分層采煤法。

二、柱式體系采煤法這種采煤法以房、柱間隔進行采煤為主要標志。一般特點是：(1)、在煤層內(nèi)布置一系列寬為５－７ｍ的煤房，采煤房時形成窄工作面成組向前推進，房與房之間留設(shè)煤柱，煤柱寬數(shù)米至二三十米不等，每隔一定距離用聯(lián)絡(luò)巷貫穿，構(gòu)成生產(chǎn)系統(tǒng)，并形成條狀或塊狀煤柱，支撐頂板。

(2)、采煤房時礦山壓力顯現(xiàn)較和緩。(3)、采煤用爆破或連續(xù)采煤機配套設(shè)備。(４)、采掘合一，掘進準備也是采煤過程，回收房間煤柱時，也可以用同一種類型的采煤配套設(shè)備。高度機械化的柱式體系采煤方法，一般只分為房式采煤法和房柱式采煤法兩類。柱式體系采煤法早期應(yīng)用的還有巷柱式、殘柱式、高落式，由于生產(chǎn)系統(tǒng)及平安性等方面存在一定問題，故統(tǒng)稱為非正規(guī)采煤法。大同礦務(wù)局—大同煤礦集團公司所采用過的采煤方法；1、最原始的就是巷道式開采，我局稱為倉房式開采，從50年代到90年代末期一直采用，只是系統(tǒng)不一樣而已。該采煤方法主要缺點是無正規(guī)的通風(fēng)系統(tǒng)，已被國家規(guī)定禁止采用。倉房式開采2、刀柱式開采煤柱盤區(qū)巷工作面3、走向長壁式開采〔有上下山開采〕盤區(qū)巷大巷工作面工作面工作面工作面工作面工作面4、傾斜〔向〕長壁式開采傾寫斜〔向〕長壁式開采的優(yōu)點：(1)巷道布置簡單,巷道掘進和維護費用低,投產(chǎn)快.(2)運輸系統(tǒng)簡單,占用設(shè)備少,運輸費用低.(3)工作面容易保持等長,有利于綜合機械化采煤.(4)通風(fēng)線路簡單,通風(fēng)構(gòu)筑物少.(5)對某些地質(zhì)條件適應(yīng)性強.(6)技術(shù)經(jīng)濟效果好,可實現(xiàn)高產(chǎn)高效.傾寫斜〔向〕長壁式開采的缺點：(1)掘進、輔助運輸和行人比較困難.(2)煤倉車場數(shù)目多.大巷傾寫斜〔向〕長壁式開采巷道布置工作面工作面工作面5、短壁式開采6、分層開采7、放頂煤開采8、特殊開采方法:如三下開采和條帶式開采從支護的材料和落煤的方式不同又可分為：炮采和機采炮采的支護形式有2種，一種為木支護，另一種為金屬支護，金屬支護有分為金屬摩擦支柱和單體支柱，其中木支護和金屬摩擦支柱2008年底都不讓使用。機采有分為高擋和綜采。綜采有可分為：綜合機械化一次采全高開采、綜合機械化放頂煤開采、分層開采、薄煤層開采、大傾角煤層開采、大采高等。大同煤礦集團公司常用的平安高效采煤方法一、大同“兩硬”條件短壁綜采技術(shù)研究集團公司現(xiàn)有礦井多為建國初期建成的，已經(jīng)進入了衰退期，精采細采回收煤炭資源已迫在眉睫。本著可持續(xù)開展、提高資源回收率需要尋求有效的技術(shù)路線和方法，經(jīng)過調(diào)查研究采用短壁綜合機械化開采能到達預(yù)期的目的。但是，鑒于大同兩硬的開采條件〔兩硬地質(zhì)條件〕進行短壁工作面的綜合機械化開采，在技術(shù)上也有較大的難度，需要在新型大功率短壁采煤機和頂板控制研究方面做大量的工作。2002年5月在我集團公司四臺礦11#層8722工作面上了一套短壁采煤，效果好。短壁綜采開采具有以下幾方面優(yōu)點：1、適應(yīng)性、靈活性強。短壁綜采采用直接進刀，工作面長度一般布置50-80米，能適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造不良條件，故易布置工作面。2、平安程度高，短壁綜采工作面長度較短，礦壓顯現(xiàn)不強烈，對頂板管理有利，所使用的支架為支撐掩護式液壓支架支護效果好。3、使用短壁綜采開采11#層307盤區(qū)北翼，開采速度較快，能夠盡快解放下部12#層煤，實現(xiàn)307盤區(qū)11#層向12#層的正常過渡，從而確保307盤區(qū)的生產(chǎn)后勁。4、坑木消耗少，工人勞動強度較低。同長壁綜采一樣，只有在工作面頂板破碎、漏頂和準備時用到坑木，正常生產(chǎn)根本不消耗坑木；開采工藝類同長壁綜合機械化開采，機械化程度高，較普采勞動強度大為降低，且工效增高。5、短壁采煤機作為短壁綜采的關(guān)鍵設(shè)備，具有以下特點：單滾筒、機身較短，長為3米；搖臂布置在機身中部，能左右擺動，搖臂旋轉(zhuǎn)范圍320°；當滾筒完全進入順槽時，可帶機推溜進刀，而不用斜切進刀。實驗中暴露出采煤機裝煤效果不佳，機道留浮煤厚度偏高，使移溜阻力增大，易損壞支架推移千斤，加大了工人的勞動強度；對兩順槽的斷面要求較大；搬家頻繁和萬噸掘進率較高的問題。有待進一步研究、改進、完善。二、薄煤層開采技術(shù)目前國內(nèi)外薄煤層機械化采煤方法主要有：長壁式開采、螺旋鉆開采、連續(xù)采煤機房柱式開采和短壁式開采。長壁式采煤法〔包括走向長壁和傾斜長壁采煤法〕是目前采用的主要采煤方法，在工作面單產(chǎn)、效率和經(jīng)濟效益等方面具有巨大優(yōu)越性。我國的薄煤層開采也主要采用長壁采煤法。薄煤層長壁式采煤工藝與中厚煤層大同小異，所不同的是落煤機械除了滾筒式采煤機外，還有刨煤機、刨運機等。1、1998年，晉華宮煤礦采用MG200/450-BWD型薄煤層電牽引采煤機(裝機功率2*200+2*25kW，截深800毫米)，在采高米的情況下創(chuàng)造了月產(chǎn)9.8萬噸的全國最好成績。2003年，晉華宮礦綜采三隊使用該機在10#煤層301盤區(qū)8110工作面再創(chuàng)佳績,連續(xù)三個月產(chǎn)煤到達33萬多噸,1月份生產(chǎn)22天，產(chǎn)出原煤9.3159萬噸，2月份生產(chǎn)22天產(chǎn)出原煤9.3148萬噸，三月份產(chǎn)原煤14.45萬噸，最高日產(chǎn)6406噸,月推進度到達520米。該工作面面長為165米，可采走向長度為1380米，煤層高度為米，采高1.3米。2、晉華宮礦2004年引進了德國DBT公司生產(chǎn)的GH9－38Ve/5.7刨煤機，2005年3月在10#層8118生產(chǎn),最高月產(chǎn)量達7.5萬噸，最高日產(chǎn)達6185t。〔1〕、刨煤機工作面回采工藝：刨煤機刨煤、裝煤→可彎曲刮板運輸機運煤→推移運行軌道→電液控制閥控制拉移支架。

SingleProp

Guidance

20mmExtensionHoles單體立柱導(dǎo)向20mm調(diào)節(jié)孔

MeasuringArm MeasuringHead 5Bits,MeasuringBitatCentre PullingRope測量桿測試頭5個刨刀，中央為測試刨刀牽引鋼繩刨煤：采用往返雙向刨煤，刨頭在主控的微機〔MCU〕控制下，沿工作面全長往返式自動運行，把厚30mm的煤壁成條刨削下來。為適應(yīng)工作面頂?shù)装宓淖兓?，采用調(diào)斜千斤和改變刨頭檔位進行飄刀啃底。刨頭由機尾向機頭刨煤為下行，刨速為1.47m/s，刨深30mm，從機頭向機尾刨煤為上行，刨速為2.94m/s，刨深為30mm，兩端頭進刀時，刨速為1.47m/s。推移運行軌道和拉架：工作面每3架上使用一臺PM4支架控制單元〔SCU〕，每個支架上配備有電控閥、壓力傳感器、測控桿，用以實現(xiàn)自動推移運行軌道，降架，拉架和升架的工作，當刨煤機通過當前支架5個架后，PM4電液控制支架進行各種動作，當推移千斤頂剩余行程小于下次刨深時，液壓架會以隨機組合方式前移，拉架步距為600mm〔工作面所有支架完成拉架動作一次為一個循環(huán)〕，每次運行軌道推移量為下次刨深。2、刨煤機經(jīng)驗總結(jié)：〔1〕、刨煤機開采技術(shù)在理論上和技術(shù)上是比較成熟的，但是它對煤層賦存條件要求較高，因而其適應(yīng)性比較差?！?〕在工作面煤層賦存條件，頂?shù)装鍡l件不太理想時，很難發(fā)揮出刨煤機自動化開采的優(yōu)勢，工作面單產(chǎn)也不會很高。正常時單產(chǎn)一般在6萬噸/月左右〔3〕刨煤機開采技術(shù)并不是針對薄煤層，特別是1.0米以下煤層開采而設(shè)計的，從目前我礦的開采經(jīng)驗來看，刨煤機工作面采高低限不得低于1.08米?！?〕刨煤機與滾筒式采煤機相比，其結(jié)構(gòu)簡單，但由于其速度快，在工作面極易受地質(zhì)條件影響，經(jīng)常出現(xiàn)打刨刀現(xiàn)象和刨鏈斷鏈事故。處理比較困難。〔5〕刨煤機工作面對各種用水的水質(zhì)要求較高，否那么不能開機。(6)刨煤機工作面兩巷斷面受機頭、機尾尺寸和保證割通的影響，要求斷面尺寸大，支護質(zhì)量高，這就給巷道掘進帶來很大困難，另外還需掘一條停采切眼，掘巷本錢較高?！?〕刨煤機工作面頭尾出口處，堆積的浮煤較多，對工作面通風(fēng)及刨煤機電機散熱有一定影響，因而必須采取改進措施。〔8〕刨煤機成套設(shè)備中的主要設(shè)備是引進設(shè)備，投資較高，其配件〔特別是刨刀和刨鏈、電機等〕費用高，進一步增大了原煤本錢。螺旋鉆采煤法：螺旋鉆采煤法在我國剛剛起步，主要用于薄煤層開采，屬于一種無人工作面開采法。螺旋鉆采煤技術(shù)的核心是螺旋鉆具，它由螺旋鉆頭和成對的螺旋鉆桿組成。鉆具局部可根據(jù)不同的開采和地質(zhì)條件安裝2-4個鉆頭，平行的鉆進2-4個鉆孔，鉆孔寬度可到達米。鉆具上裝有5種傳感器，分別監(jiān)控鉆孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛?、鉆頭旋轉(zhuǎn)扭距、鉆孔間的煤柱、鉆孔導(dǎo)向、鉆頭與煤層間隙等情況，并通過多功能控制裝置實現(xiàn)集中控制，并用單獨的局部扇風(fēng)機向孔內(nèi)壓入新鮮風(fēng)流，用噴水管在鉆孔內(nèi)噴霧，使鉆孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛群头蹓m濃度到達平安標準。三、大采高技術(shù)我國國有重點煤礦厚煤層儲量占44%,而厚煤層采出的產(chǎn)量占45%以上,絕大多數(shù)平安高效的采煤方法是在以厚煤層開采為主的生產(chǎn)條件下實現(xiàn)的。目前,我國重點煤礦厚煤層開采方法主要有綜采放頂煤開采和大采高綜采兩種。放頂煤開采雖然已經(jīng)在我國開展成為一種厚煤層高產(chǎn)高效采煤方法,廣泛應(yīng)用于5-15M厚煤層一次采全高,但仍有許多難以解絕的技術(shù)難題。對于4-6M的穩(wěn)定厚煤層,大采高綜采具有更好的技術(shù)優(yōu)勢。近十年來,以神東礦區(qū)為代表的現(xiàn)代化礦井建設(shè),依靠得天獨厚的厚煤層覆存條件和先進的管理模式,采用國際一流裝備,進行4-6M一次采全高,不斷刷新工作面高產(chǎn)高效紀錄,工作面年產(chǎn)超過1000萬噸。晉城寺河煤礦采用國產(chǎn)大采高液壓支架,成功實現(xiàn)6~6.5M一次采全高,月產(chǎn)突破80萬噸,創(chuàng)造了世界最大采高高產(chǎn)高效紀錄。配套裝備是大采高高效綜采生產(chǎn)技術(shù)的核心,國內(nèi)外技術(shù)開展的最新特點是:〔1〕新型大功率電牽引采煤機總功率到達2000-3000KW,裝備了采用先進的信息處理技術(shù)和傳感技術(shù)的控制和故障診斷系統(tǒng)。德國EICKHOFF公司的SL500系列采煤機采高范圍2.0-6.5M,最大牽引力可達1000KN,最大牽引速度可達37M/MIN,可以截割f≤10的煤和巖石。美國JOY公司的7LS系列采煤機截采高范圍2.0-5.5M,最大牽引力可達800KN,最大牽引速度可達30m/min?！?〕工作面刮板輸送機向著大運量、軟起動、高強度、重型化、高可靠性方向開展。最大運量達6000t/h,裝機功率4x800KW。中部槽的槽間連接強度已到達4500KN,鏈環(huán)直徑最大達2XФ52。采用伸縮機尾的液壓自動張緊裝置。(3)液壓支架向高工作阻力的兩柱掩護式支架開展,支護工作阻力達6000-12000KN,支護高度3-6m,支架立柱缸徑320-440mm,支架中心距1.75m和2.0m,支架控制方式為環(huán)形供液及電液控制,支架的降、移、升循環(huán)時間小于10s,支架的壽命試驗到達50000次以上。〔4〕長距離、大運量、高帶速的大型帶式輸送機已成為主要開展方向。目前，煤礦帶式輸送機功率可大4x970KW，運輸能力已達5500t/h，帶速為5m/s以上。應(yīng)用動態(tài)分析技術(shù)和計算機監(jiān)控等高新技術(shù)動態(tài)設(shè)計及動態(tài)過程監(jiān)測、監(jiān)控等，確保了輸送機運行的可靠性。采用CST、變頻等大功率軟起動技術(shù)、自動張緊技術(shù)、高壽命高速托輥、快速自移機尾等使設(shè)備開機率、可靠性指標與生產(chǎn)效率不斷提高?！?〕在實現(xiàn)單機工況實時監(jiān)測的根底上，研究開發(fā)了基于振動信息或采高-位置自動控制的采煤機滾筒自動調(diào)高技術(shù)、液壓支架電液控制技術(shù)，順槽集中控制中心，通過采用位置紅外傳輸、速度檢測和計算機集中控制軟件程序，使采煤機、刮板輸送機、液壓支架等設(shè)備自動完成割煤、運輸、液壓支架移架和頂板支護等生產(chǎn)流程，實現(xiàn)了工作面自動化生產(chǎn)。順槽計算機集中控制中心還實時監(jiān)測工作面頂板壓力、供電、供液系統(tǒng)、順槽皮帶系統(tǒng)、等設(shè)備運行工況，并通過礦井通訊光纖等和礦井及上部管理層實現(xiàn)信息交流與通訊控制2002年在四老