短壁连续化开采技术浅析

毛利忠

(华北科技学院，北京 101601)

长壁综采矿井均存在边角煤、残采煤、“三下”压煤及不规则块段煤的回收问题，而短壁连续化开采技术用于解放大量的呆滞煤量,最大限度的回收不可再生煤炭资源，延长矿井服务年限，提高煤炭企业的经济效益，对保持煤炭工业的可持续发展有着极其重要的意义。

从神东矿区使用短壁连续化开采技术所取得的短壁式开采产量和掘进速度以及二者的效率来看，只要强化管理、加强设备的维护检修和采掘工人的技术培训工作，采用以连续采煤机-给料输送机-转载机-带式输送机构成的连续工艺系统对我国高产高效矿井的发展和提高有重大实际意义。

1 短壁开采工艺参数与采场布置

1.1 短壁连续化开采工作面布置

短壁开采工作面布置主要有以下三种方式，经过技术比较，确定最佳短壁采场布置方式：

方案一：工作面布置如图1 所示。主巷单巷布置，在主巷两侧直接布置与主巷成35°～45°的工作面。这种布置的优点是系统简单，投产快，便于掌握工作面地质情况，适合于试验性开采。缺点是设备搬迁频繁，只能采用局扇通风，一次采煤宽度仅为20～30 m。

方案二：工作面布置如图2 所示。主巷单巷布置，在主巷两侧布置与主巷成60°的回采支巷，回采支巷两侧再布置与支巷成45°的开采工作面。这种布置方式的优点是设备搬迁少，便于工作面组织生产，一次采煤宽度达140 m左右。缺点是通风系统复杂，开采面地质情况不易提前搞清。

方案三：工作面布置如图3 所示。与方案二相比，主巷双巷布置，一条为胶运主巷，一条辅运主巷。主要优点是便于通风，辅运系统顺畅。缺点是巷道掘进率高。

α.采巷与主巷的夹角，35°～45°；1.主巷(胶带输送机巷)宽4.5m，高3m；2.采巷宽度为5.5～6m，长度L为10～15m；3.煤柱2～2.5m； 4.回采支巷长80m，宽D为4.5m

α.采巷与支巷巷的夹角，35°～45°；α1.回采支巷与主巷夹角， 60°1.主巷(胶带输送机巷)宽4.5m，高3m；2.采硐宽度为5.5～6m，长度L为10～15m；3.煤柱2～2.5m；4.回采支巷长80m，宽D为4.5m

α.采巷与支巷巷的夹角，35°～45°；α1.回采支巷与主巷夹角，60°1.主巷(胶带输送机巷)宽4.5m，高3m；2.采硐宽度为5.5～6m，长度L为10～15m；3.煤柱2～2.5m；4.回采支巷长80m，宽D为4.5m；5.辅助运输巷，宽4.5m，高3m

应根实际地质情况选择合适的方案，提高掘进和回采速度，保证了工作面安全生产。

1.2 开采参数的确定

在开采工艺上，采宽的确定取决于采硐宽度、采硐长度及隔离煤柱宽度。这里首先以开采工艺为依据，确定采硐长度、宽度、隔离煤柱宽度，进而确定采宽。再根据保护地表建筑物的要求，确定保护煤柱的宽度。

1.2.1 采硐的宽度

1.2.1.1 岩梁载荷分析

根据巷道两侧煤柱对顶岩梁的约束条件,顶板岩梁可按简支梁或固定梁的情况进行分析。一般当煤层赋存深度较浅,开掘巷道或煤房后在两侧煤柱中产生的支承压力不太大,或者煤柱两侧为大面积采空区,煤柱对顶板的“夹持”作用较小,岩梁可按简支梁处理。反之,若煤层埋藏较深,煤柱两侧未被采空,煤柱对顶板岩梁的“夹持”作用较大,则按“固定梁”处理较为合理。

1.2.1.2 煤房宽度确定

若按简支梁和固定梁考虑,可求得煤房的极限宽度，再考虑一定的安全性,就可确定煤房宽度。

1.2.2 确定采硐长度

影响采硐长度确定的主要因素有煤层顶板(直接顶)自稳时间及机械设备配套长度。根据观测，煤层采宽5.5 m左右时的自稳时间为4～5 h，遇构造时还会缩短。由于一个采硐开采时间一般2 h左右，因此顶板稳定性不会制约采硐长度的选择。

1.2.3 隔离煤柱宽度

通常所见到的巷道煤柱的形状, 一般为正方形或矩形, 也有菱形, 以使设备易于在巷道间转弯。边界煤柱位于每条主巷两侧, 或在采区之间,用以分离已采区或相邻的未采区。理论计算所得的合理的煤柱宽度。

1.2.4 支巷长度确定

支巷长度可按吨煤费用最低的准则求解，根据平巷掘进费用、巷内运输费用、巷道的维护费用等来确定。

1.3 短壁连续化开采工作面设备布置

连续采煤工艺系统适用于中等稳定顶板，对顶板的完整性要求较高；底板要求稳固、平整、无积水。对设备选型要满足生产需要、适应性、可靠性、节能性、耐用性等要求。连续采煤工艺系统的工作面设备布置如图4 所示。

图4 连续采煤工艺系统的工作面设备布置

1.3.1 连续采煤机

连续采煤机通常由截割机构、装运机构、履带行走机构等组成。现在矿区的连续采煤机主要是从国外引进。

1.3.2 连续采煤机主要配套设备

连续采煤机掘进成套掘进设备配备列于表1。

表1 连续采煤机掘进成套掘进设备配备表

运煤车。蓄电池运煤车适用于底板好、运输没有坡度的条件；而梭车就适用于使用环境差、水大、地板松软、有一定运输倾角的工况，可以让其优势得到发挥。

给料破碎机。给料破碎机与连续采煤机、运煤车和带式输送机配套, 实现落煤、装煤、运煤机械化，以满足带式输送机的运输能力及要求，完成运输作业。

锚杆机。锚杆机作为连续采煤机完成掘进、装运等工序之后的配套顶板支护设备,对顶板及时支护。从某种意义上讲, 锚杆支护是保证安全高产的技术关键。在选择锚杆机时应考虑巷道高度、坡度、顶底板以及锚杆支护速度等因素。

铲车。铲车作为高产高效井下的辅助运输设备，是连续采煤机的主要配套设备之一, 具有运输煤炭、清理工作面和辅助运输等多种功能。

1.3.3 连续运输系统

神东公司结合自身特点自行研制了一整套适用于短壁机械化采煤的连续采煤机运输系统，主要由给料破碎机、行走转载机、跨骑桥式转载机等多个单元组成。它与连续采煤机和带式输送机配套使用，实现了了落煤、装煤和和运煤的机械化。

1.3.4 履带行走式液压支架

履带行走式液压支架集行走、支护于一体, 主要与连续采煤机相配套。支架在进行煤柱回收时, 可以有效保护人员及设备的安全, 在工作循环中, 不必再专门架设支架或锚杆支护, 可省去在回收煤柱过程中耗时的辅助工序, 并可大大消除连续采煤机因顶板冒落受阻的可能性。

1.4 壁连续化采煤回采工艺

1)落煤：采用连续采煤机完成落煤工序。割煤方式与掘进时相同。

2)装煤、转载：装煤采用高效掘进机装煤方式，连续采煤机割煤时，煤落到采煤机铲板上，将煤装入采煤机上的中部刮板输送机，中部刮板输送机将煤卸装到后面配套给料运输机，给料运输机卸载到转载胶带上，实行装煤、转载过程。

3)运煤：采出的煤炭通过掘进机后部的转载胶带把煤卸到胶带输送机上，运输到刮板运输机，由采区胶带运出。

4)支护：落煤、装煤工序均在采硐内进行，并由激光指示仪指向，采硐外段回采时人员随机操作；当连续采煤机操作室接近或进入采硐时，人员离机遥控操作。

5)通风：采用局扇压入式通风，后退回采时，在主巷内，每隔一定距离要打密闭。

2 短壁连续化开采技术的适用条件

文献[2]中总结了短壁机械化开采技术适用条件，主要有以下几个：

1)埋藏深度较浅的煤层。对于上覆岩层比较厚的，由于采场静压力大，支护也相对困难，对短壁开采影响较大，因此适用于埋藏较浅的煤层。

2)煤层厚度适中，赋存较为稳定的煤层。连续采煤机及其配套设备对煤层条件要求比较高，当煤层厚度低于1.5m时，各类设备的运行高度就受限，降低其效率。

3)开采近水平煤层。短壁机械化工作面宜布置在小于8°的近水平煤层中，在1°～3°的煤层中更好。

4)煤质坚硬、顶板中等稳定、底板不易软化的煤层。连续采煤机采煤工艺特点决定了对煤层条件的特殊要求。设备对巷道断面要求大，非稳定顶板和松软煤层不能达到巷道的有效宽度。

5)作为大型井田的边角煤块段和不适宜布置综采工作面的小型井田的采煤方法。由于短壁采煤工作面的布置较为灵活，基本上不受地质条件的影响，对于边角块段和不适宜布置综采工作面的小型井田利用此方法更易实现高产高效。

3 结论

随着我国煤炭资源大规模粗放性开采，适合长壁开采的资源正在逐渐减少，而且长壁开采留下的残留煤柱、残缺煤区、边角煤等煤炭资源却在逐年上升，短壁开采在这方面发挥重要作用，提高了煤炭的回收率。短壁连续化开采技术虽然有采出率低、通风条件差、对地质条件要求严格等缺点，但是却具有设备投资少、采掘合一、开采速度快、出矸少、矿山压力小、巷道和采煤空间便于维护的优点，在巷道的长距离快速掘进中已经取的了很好的应用实例。

同时连续化开采设备的配套是否合理，以及使用过程中设备的维修、更新，都给我国的短壁连续化开采提出了挑战。

[1] 刘克功，徐金海，缪协兴.短壁连续开采技术及其应用[M].北京:煤炭工业出版社，2007.

[2] 王安.现代亿吨矿区生产技术[M].北京:煤炭工业出版社，2005.

[3] 金毅.连续采煤机工艺系统设备配套分析[J].中国煤炭，2007,33(8): 39-40.

[4] 李晓豁.我国发展连续采煤机的前景[J].矿山机械,2007,35(12):11-12.

[5] 周茂普.连续采煤机短壁机械化开采矿压显现特征[J].煤炭科学技术，2007,35(9):35-39.

[6] 周炳杰.连续采煤机在中小煤矿应用的前景[J].机械管理开发,2005(2):50-51.