总第１６３期 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２７９８．２０１３．０３．０２２ 采煤工艺技术发展的研究 孙永奎 （龙煤矿业控股集团有限责任公司，黑龙江哈尔滨摘１５００９０） 要：煤炭企业主要生产指标的优劣程度，除了受原始矿山地质条件影响外，主要取决于所采用的采煤 工艺技术的适用性和先进性。采煤工艺技术的发展，与机械装备水平的提高及采准巷道布置、生产系统的 完善是密切相关的，它们之间互相促进或互相限制。同时，采煤工艺技术的发展，对煤炭企业的管理水平 和职工素质提出了更高的要求。对于一些难度较大的采煤工艺技术，如大采高一次采全厚综采及大倾角 综采等，应在各方面条件较成熟后逐步采用。并且要加强职工队伍的相关技术培训，努力掌握工艺过程和 工艺规律。 关键词：采煤工艺；大倾角；综采技术 中图分类号：ＴＤ８２３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５—２７９８（２０１３）０３．００５２．０３ 煤机为电牵引、无链牵引方式，牵引速度快、截深较 １ 我国长壁综采技术的发展 长壁综采工艺在我国国有重点煤矿的产量比重 大，遥控操作方式。甚至采用智能化采煤机，这种采 煤机可根据预先设定的顶煤厚度自动调节滚筒高度 和牵引速度，并测定采煤机位置；工作面强力刮板输 送机全部采用封底式溜槽、双中链、电控自动紧链装 置。刮板输送机向重型化、大运量、高寿命、高强度 方向发展；工作面高工作阻力液压支架采用电液控 制系统，可通过遥控来实现快速跟机移架。美国的 最大，占据主导地位，是我国采煤工艺技术发展的方 向。 对于缓倾斜薄煤层，我国目前的开采机械化程 度较低，由于开采空间小，工作条件差，设备移动、维 修困难；若煤厚变化较大，断层等地质构造多，则其 开采作业更加困难。因此，大功率、小体积、高可靠 性的薄煤层采煤机是今后的发展方向。只有大功率 这种机电一体化综采工艺装备，其发展方向是大功 率化、重型化、智能化、高可靠性。这种综采工作面 的设计日产可达万吨甚至几万吨。 我国为了发展缓倾斜中厚煤层单一长壁综采工 艺，引进了日产万吨以上的高产高效综采装备，结合 我国国情加以配套应用。并成功研制和应用了日产 才能使采煤设备具有更高的可靠性和更广的适应 性。制约我国薄煤层采煤机发展的一个主要因素就 是主电机功率大小与采煤机高度之间的矛盾难以克 服。因而，急需研制出适用于薄煤层的矮机身、大功 率的采煤机，其功率一般应不低于１００～２００ ｋＷ；机 身应尽可能短些，以适应煤层的起伏变化，也有利于 ７ ０００ ｔ的综采配套设备。采煤机为液压双调速；工 作面刮板输送机为侧卸机头、双速电机，其铺设长度 可达２５０ ｍ；工作面支撑掩护式液压支架采用手动 操纵快速移架系统。目前，采煤机又以电牵引替代 保持足够的过煤和过机空间高度；尽可能实现工作 面自开切口进刀；还应有较强的通过地质构造能力， 并且结构简单、工作可靠、便于安装和维护。同时要 保持机采工作面“三股道”即割煤道、输送机道和人 行道的控顶距，最大限度的缩小控顶距。我国薄煤 层工作面一般采用轻型、双边链、矮机身可弯曲刮板 输送机。其设计长度一般为１５０～２００ ｍ，而国外一 液压牵引，进一步提高了牵引速度和设备的可靠性； 液压支架采用邻架电液控制，移架速度得到进一步 提高。 对于缓倾斜厚煤层．，一次采全高长壁综采工艺 在国内外发展较快。大采高支架的主要技术特点 是，要求支护强度大，并且要有防止煤壁片帮（护帮 板）和及时支护（伸缩顶梁）装置，还应加大架宽，加 般为２５０ ｍ以上。所以，薄煤层工作面运输设备也 需改进。 对于缓倾斜中厚煤层单一长壁综采工艺，美国 目前的水平最高，其高产高效综采工作面平均长度 可达２３０ ｍ以上，而我国平均只有１５０～１８０ ｌｒｌ。工 强侧护装置；支架的结构，多采用四连杆机构、四柱 支撑掩护式。既要支护强度大，又应有良好的稳定 性。特别当采高增大时，为保证各工序操作方便及 支架防倒、煤壁防片帮，一般情况下，这种综采工艺 的采高不超过５．０ ｉｎ；实际应用中，以小于４．５ ＩＴＩ效 果更好。如邢台东庞矿采高达４．３～４．８ ｍ，而国外 作面年均连续推进长度接近２ ５００ ｍ，而我国平均只 有８００～１ ０００ ｍ。美国的这种工作面采用大功率、 高强度、高可靠性的配套设备，如大功率、高性能采 收稿日期：２０１２—１２ ７ 作者简介：孙永奎（１９５７一），男，辽宁凤城人，高级工程师，从事煤矿开采技术管理工作。 ５２ ２０１３年３月 孙永奎：采煤工艺技术发展的研究 第２２卷第３期 最大采高可达５．４ ｍ。所以，３。５～５．０ ｍ厚的煤层 是我国应用这种综采工艺的一个重要发展方向。只 是今后需进一步完善支架结构，防止顶梁焊缝开裂 和四连杆机构变形，采取防止千斤顶严重损坏等相 应措施，提高支架工作阻力和支护强度，增加支架稳 定性，提高其配套设备的可靠性，确保这种综采工艺 的顺利实施。由于煤层倾角的存在和底板不平，大采 高支架容易发生歪斜、倾倒而导致顶梁互相挤压，支 架难以前移，或顶梁问距过大而发生漏矸现象。为了 防止发生上述现象，除了在设备结构上需进一步加以 完善外，还应在采煤工艺上采取如下相应措施： １） 提高采煤机割煤操作质量，尽量将底板割 平。煤壁要采直，并防止刮板输送机下滑。工作面 支架要垂直煤壁前移，防止邻架间前梁和尾部互相 挤压，并严格控制支架高度和采高。 ２）移架时，顶梁不脱离顶板，但又要防止过 度带压移架，可采用部分卸压移架方式，以免碎矸冒 落和支架后倾。若发现有小的歪斜时，应立即调整， 防止进一步恶化。 ３） 大采高综采工作面出现煤壁大面积片帮 时，片帮后空顶距加大，顶板失去煤壁支撑，常常造 成冒顶事故。大面积、大深度片帮也是工作面周期 来压的显现，有的片帮靠支架自身的护帮板和伸缩 梁就可以解决，但有的严重片帮，特别是工作面周期 来压引起的片帮，靠支架自身机构不能有效护住煤 帮，而需采取一些特殊措施。如改变工作面推进方 向，以适应煤层节理面方向的变化；用木锚杆加固煤 帮，煤帮上锚杆布置的密度和深度应依据煤层岩性 和片帮严重程度而定；用化学树脂等材料对煤帮进 行加固，以增加煤体强度等。 对于缓倾斜厚及特厚煤层，放顶煤综采工艺已 在国内外广泛应用。它适合于４．０ ＩＴＩ以上的厚煤层 的开采。我国自２０世纪８０年代初开始引进国外放 顶煤配套设备和技术，并结合我国具体条件逐步进 行改进。到２０世纪９０年代，已有了很大的发展。 目前，我国放顶煤综采工作面总产量接近 ５ ０００万ｔ，其中年产超过１００万ｔ的综采队中，近 １／３的综采队是采用放顶煤长壁综采工艺。兖州东 滩矿曾创年产４００万ｔ的记录。且这种综采工艺直 接经济效益明显，与厚煤层分层开采相比，其吨煤成 本可降低１０～２０元。兖州、潞安、阳泉等矿区是以 放顶煤综采工艺为主的特大型高产高效现代化矿 区，代表了我国现代化矿区采煤工艺发展的方向。 我国已对放顶煤液压支架架型、放顶煤工作面 矿压显现特点及规律、顶煤破碎机理及规律、顶煤放 出过程及规律等方面进行了大量的理论研究和试 验，许多研究成果在国际上处于领先地位。我国放 顶煤综采工艺水平也随之得到很大发展。我国厚煤 层赋存量较大，成功地采用综采放顶煤工艺适合我 国国情和工艺发展方向。今后还将逐步解决这种综 采工艺中煤炭采出率低、易自燃、煤尘大、瓦斯易积 聚等问题，以求扩大其应用范围，改善各项技术经济 指标，保证工作面安全、正常生产。 对于缓斜及倾斜煤层长壁式开采，其关键就是 要不断改进采煤工艺，而采煤工艺改进的根本出路 在于实行机械化。采掘机械化是高产高效矿井的核 心。我国采掘机械化的发展，经历了从无到有的漫 长发展历程。在工艺和装备上，采取的是引进、消 化、改造和创新的方针。根据我国开采煤层赋存条 件的多样性、复杂性及基本国情，依据不同的煤层地 质条件、开采条件和经济条件，多层次、因地制宜地 发展先进的适用的机械化采煤２１２艺技术，寻求一井 一面或一井二面的高产高效矿井建设最佳模式和配 套适用技术，这是煤矿开采技术发展及提高经济效 益的主导方向。结合我国矿井煤层开采具体条件和 采煤工艺的发展，建设不同类型的高产高效矿井，以 高效益为最终目标，提高各类矿井的综合开采效益。 简化巷道布置，优化采区系统及主要参数，为矿井集 中生产、高产高效及安全生产创造良好条件。 大力发展综合机械化采煤工艺是我国赶超世界 先进水平的主要途径。我国综采总体水平不高，与 世界上先进的采煤国家相比差距较大，今后要巩固 现有综采的成果，改进装备及技术，努力提高操作水 平和管理水平；提高工艺设备的可靠性、设备利用率 及开机率；提高采煤工作面单产水平和经济效益，缩 小低产队和高产队之间的差距，这是当前的重要任 务。同时，急需研制出困难条件下（如“三软”、“三 硬”、大倾角、大采高煤层等）的综采工艺技术和装 备，逐步扩大综采的应用范围。按照我国的技术政 策，今后新建、改扩建的大、中型矿井，凡是条件合适 的都要上综采。 高档普采工艺是适合我国国情的机械化采煤工 艺装备。普采设备价格便宜，其投资少，只相当于综 采的１／４左右，而产量可达到综采的１／３—１／２左 右；见效快，效率较高，生产比较安全；工作面支护实 现了液压化。这种比较先进的采煤２１２艺技术在我国 煤矿有着广泛的适应性，它对地质条件的适应性较 强，搬迁较容易，操作技术易于掌握，组织生产较容 易，是我国中、小型矿井发展机械化的重点，应继续 推广应用。并可结合墩柱的应用，以求进一步改善 其顶板管理状态。 ２综采工艺的技术设备保障系统 综采工作面要做到高产高效，除了要有矿山地 质条件做保证外，综采工艺技术的设备保障系统显 得日益重要。建设高产高效矿井，必须做到生产集 中化、装备大型化、采掘机械化、管理高效化、质量标 准化、设备配套化。如厚煤层大采高一次采全高综 采工艺要控制冒顶倒架事故，需采用大功率、高稳定 性的支架等设备；采用高可靠性的监测仪器对支架 位态及顶板状态进行动态监测；同时要加强对工作 面刮板输送机、带式输送机、采煤机的运行状态实施 ５３ 孙永奎：采煤工艺技术发展的研究 第２２卷第３期 全面监控（包括安全监控），确保这些５１２艺设备的完 理设计开采参数，减少巷道掘进率。又如无煤柱护 好使用状态，提高设备运行的可靠性；对综采工作面 巷新技术在缓倾斜薄及中厚煤层开采中的应用应予 机械设备润滑系统、液压信息和传动系统实施跟踪 推广。巷道支护新技术和巷旁充填新材料的发展， 监测、健康诊断和失效预报，以提高综采工作面的开 使得沿空留巷的应用范围扩大，而这又为往复式开 机率。 采、Ｚ型开采等技术的应用提供了有效的技术基础。 采煤工艺是采煤方法中最积极、最活跃的因素。 与此同时，要加强职工队伍的业务培训，提高操作水 采煤５１２艺的改进既要有回采设备做保障，同时又要 平和管理水平。采煤工艺的改进势必促进回采巷道 求工程技术人员和作业人员以提高素质为基础。要 布置的改革，而巷道布置的改进又要求充分发挥设 努力研究改进现有的综采设备，研制高产高效及其 备的最大潜能。它们之间逐步形成的良性循环机制 特殊条件下、困难条件下适用的综采配套设备，扩大 过程，实际上正是采煤ＳＩ２艺及巷道布置进一步优化、 其应用范围。如在急倾斜煤层中开采，今后要进一 完善的过程。 步实现机采工艺，改进支架结构，使其向防倒、防滑、 高稳定性、液压化方向发展，并改进其巷道布置，合 ［责任编辑：王伟瑾］ （上接第２７页）块煤下落过程中相互之间的碰撞，从 或少许上提，将要打开的那节筒打开后，再行下放， 而实现了块煤人仓防破碎的效果。 当下放到触即煤位或全部打开时，重量显示在０．２５ ｔ ３使用中遇到的问题及改进措施 左右，此时应停止下放，将手动转换到自动运行，系 统将投入防碎运行。 由于每个煤仓安装了４台仓下给煤机，有时放 采用手动提升伸缩套筒，收缩时也要注意观察， 煤不均匀会导致块煤在仓内一侧堆积呈偏仓状态， 各节筒应依次收缩，否则停止提升，采用晃动或少许 在一定时候，堆积的块煤会自动坍塌下来。坍塌下 下放，将要收缩的套筒插入已收缩完的套筒内方可 来的块煤会推动套筒下部使之偏斜，再次提升套筒 再行提升，直至将套筒全部收缩到仓口上部，停止提 时会出现套筒卡死现象。针对这种情况，改进措施 升系统运行。 如下： 使用结束时必须将伸缩套筒内块煤卸完并把套 １）调整四台仓下给煤机的输送量一致，避免 筒底部上提至距仓内煤面２ ｍ左右。仓下口卸煤 一台或几台给煤机长时间单独运行，以避免偏仓现 时，停止使用防碎装置。严禁进入木块等杂物，否则 象发生。 会出现入煤口堵塞。出现堵塞会发出报警，应及时 ２） 加装两个拉力传感器分别测量两根提升钢 处理（可把翻板转换至胶带机上带煤），长时间处理 丝绳的受力状况并修改ＰＬＣ程序。套筒偏斜会导 不了，必须将套筒提升收缩到煤仓上部。装置停止 致钢丝绳受力不平衡，ＰＬＣ检测到信号差值达到设 运行时，伸缩套筒应提升至上部不被煤掩埋的位置。 定值后立即停止套筒上提并停止人料。待仓内煤位 该装置仅限用于块煤，末煤及原煤不可使用。长期 下降至不再接触套筒时，套筒在自重作用下恢复垂 不使用本装置时，需使用手动方式将伸缩套筒提升 直状态后即可继续往仓内进煤。 到仓口位置。 ３）对ＰＬＣ程序进行优化，防破碎装置停机前 自动将伸缩套筒内块煤卸完并把套筒底部上提至距 ５经济效益分析 仓内煤面２ ｍ左右。 以８Ｏ～２５ ｍｍ仓为例，在不使用块煤防碎装置 ４使用注意事项 时，２５ ｍｍ以下颗粒所占比例高达３０％；使用块煤防 碎装置后，２５ ｍｍ以下颗粒所占比例为１４．５％；选煤 使用前应检查制动器是否可靠制动、是否有螺 厂年入选原煤１５０万ｔ，最终产品中８０～２５ ｍｍ精块 丝松动，如不能可靠制动不能使用，必须修复完好方 占１０．８５％，由此可计算出使用此装置后每年可减 可使用。 少块煤损失２．５２万ｔ。经过实际测算，８ ｍｍ以上块 在使用手动、自动下放之前一定要事先观察仓 煤最终可减少损失约８万ｔ。仅此一项每年可为企 内煤面情况，如套筒下放处有大幅度斜坡时应使用 业增加利润数千万元。此外，原来块煤装车时需要 手动档把套筒底部下放到距下放处斜面０．５ ｍ处等 先筛一遍，现在由于限下率的降低从而可以直接装 到下放处斜面填平后方可将装置拨至自动档使用。 车外运，这样既简化了装车程序又降低了生产成本。 采用手动或自动下放伸缩套筒，下放时要注意 观察，各节筒应依次打开，否则停止下放，采取晃动 ［责任编辑：王伟瑾］ ５４
