煤矿井下采煤技术与采煤工艺探讨*

2018-02-17张浩

机械研究与应用 2018年1期

张浩

(山西西山煤电股份有限公司，山西古交 030203)

0 引言

煤矿行业属于高危行业，井下开采过程中，其安全性较低，容易产生大量粉尘、瓦斯及有效气体，甚至会发生爆炸、坍塌等事件，这对开采人员的生命安全造成较大的威胁，对煤矿企业的持续化发展产生不利影响。因此，需要对煤矿井下采煤技术的合理应用进行分析，并结合实际情况，选择最佳采煤工艺，以确保煤矿生产的安全性、高效性、科学性。

1 煤矿井下的采煤技术概述

当前煤矿井下的采煤技术已经得到了迅速的革新，并不断向着规模化、智能化、自动化方向发展。由于煤矿井下工作环境较复杂，且涉及到的工艺较多，因此，诸多技术在适用性方面，还有一定的缺陷，需要结合实际情况进行综合利用。煤矿井下的采煤技术主要包括以下几方面内容。

(1) 柱式开采技术。该技术是传统采煤技术中的一种，主要构成部分包括房柱式采煤技术及巷柱式采煤技术，在实际开采过程中，需要通过采空区间，在每层每隔10～20 m的区域构建煤柱，以形成支撑基础，确保开采更加深入，并在最后采用爆破形式予以回采。这种采煤技术的的难度相对较低，工作面小，可多个工作面同时进行，产出率较高，具有较强适用性[1]。需要注意的是，由于煤柱尺寸主要由挖掘深度、地质条件、煤质状况等因此决定，房柱式采煤技术对于煤柱尺寸的要求更大，而较大的煤柱尺寸对于机械有着至高要求，容易在无形中增加难度。加之柱式采煤技术在最后开采阶段，需要通过爆破形式予以回采，因此会使得工作环境更加恶劣，存在较大的安全隐患，且回采率相对较低。

(2) 长壁技术。长壁开采技术在我国煤矿井下开采中有着较长的应用历史，近年来，随着科学技术的不断发展，且铁路外运能力也与矿井煤矿运输能力、长壁开采技术相互适应。从长壁开采技术的应用优势看，该种技术大大增加了采盘区尺寸，通过各类几何尺寸，进一步减少了采煤机准备盘区时间，使得开采效率大大提升，且机械化程度较高，有安全保障。

(3) 放顶煤技术。放顶煤开采技术为长壁开采技术的又一分支技术，其技术的进步能够带来较大经济效益。但存在一定的应用局限性，由于该技术在煤矿开采过程中，会对工作面造成一定的围岩破坏，容易致使瓦斯涌出，从而增加了安全隐患[2]。因此，在实际应用过程中，需要结合实际状况，科学运用转载机、大功率刮板及输送机等设备，并提升设备运输、开采能力，适当使用倾斜长壁开采形式，来避免工作面遭到破坏，控制顶煤变形，从而提升开采效率。

2 煤矿井下的采煤工艺分析

2.1 综采工艺分析

综采工艺就是综合机械化的采煤工艺，通过多种工艺系统的运用，可以大大提升采煤效率，节约人力资源，让煤矿井下开采工作得以顺利、高效的进行。综采工艺运用的技术、设备较为先进，从具体工艺看，主要包括以下几个方面。

(1) 割煤。割煤主要分破煤、装煤两道工序，通过对采煤工作面底槽予以开切，并在割煤中使用刨煤机及滚筒式采煤机两种采煤机型对煤矿进行高效开采。其中，滚筒采煤机又可分为单滚筒及双滚筒，实际应用中，要结合采高对双滚筒采煤机予以调整，从而更好的适应煤层顶底板起伏及采高变化。另外，在割煤时，采煤机主要通过滚筒及螺旋旋转、抛掷作用，把原煤传输到输送机上。在使用采煤机进行割煤时，主要分单向割煤与双向割煤两种，针对煤层相对稳定，且综采面倾角较小的地方，可采用双向割煤形式进行；而针对煤层稳定性较差，倾角较大的区域，则采用单项割煤机。相比较采煤机来说，炮煤机的造价更低，且结构简单，易于维修及管理，且在工作面上，可实现无人操作、自动化管理。尤其在薄煤层的开采过程中，刨煤机更能发挥突出作用[3]。但需注意，该种机械的地质条件范围相对较窄，且生产效率低，工作稳定性差，只适用于2 m以内的软煤层中。

(2) 运煤。煤矿运输过程中，将采煤机切割下的原煤通过刮板输送机送至工作面，并在巷道运输过程中，使用桥式转载机、可伸缩带式输送机，把煤矿从工作面顺利运出。在这过程中需要采煤机与刮板输送机密切配合，让采煤能力跟输送能力相匹配，以免输送机输送能力较低而影响整体开采工作的顺利进行。

(3) 工作面支护。煤矿井下开采中，需要对采空区进行高效处理，并对工作面进行支护处理。当前，煤矿井下工作面支护通常采用滞后支护与及时支护两种，其中，滞后支护对具有较强稳定性，且周期压力较大的顶板有良好适应性。当然，在工作面支护中，通常还需要运用液压支架，让其完成对工作面顶板的切顶、前移、支护、护帮及采空区处理、推移刮板输送机等操作。由于在工作面的作业过程中，存在一定的采空区，因此，可结合实际状况，采用垮落法来实施处理，以降低费用支出，提升操作可靠性。

2.2 普采工艺分析

普采工艺是指采煤过程中，通过采煤机来直接完成割煤、装煤操作，并利用机械化来实施煤矿运输。在支护时，通常会采用单体支柱来进行工作面板的支护，该种工艺内涉及到的采煤机械，相比较综采工作面更少，且机械能力不高，需要人工的参与进一步来进行支护，工作强度大，技术经济性差[4]。同时，在其工作面中，主要采用齐梁直线柱、错梁直线柱两种，其中错梁直线柱形式应用较为广泛，而支护则多采用摩擦式金属支柱及单体液压支柱结合形式来构成金属顶梁，运用悬移支架实施支护处理。

2.3 炮采工艺分析

炮采是指在采煤过程中，运用爆破形式来实现工作面落煤，并用机械、人工形结合的形式来进行装煤，用机械化方式进行运煤。其工作面顶板支护多采用的是单体支柱形式。相对来讲，该种工艺只有装煤属于独立工序，其采煤中所使用的设备都相对简单，在地质条件复杂的工作面开采中有着较强的适用性。同时，炮采工艺的技术装备投资较少，操作技术较为简单，生产技术管理容易，但需要进行安全管理，在确保人员安全的前提下，对炮采工艺予以调整，以发挥其最佳能效。

2.4 连采工艺分析

连采工作中，工作面上的破煤、装煤多使用采煤机连续进行，其中，运煤时所采用的多半是梭车、可伸缩式输送机，而顶板支护多采用锚杆，工作面的清理、物料的搬运一般使用铲车完成，整个工序的机械能力较强，可实现连续性机械化作业。且在实际开采中，多利用掘采结合的形式对煤房予以掘进，对煤柱予以回收，在掘进时，需要2～5个煤房交替实施，完成煤房掘进后，利用采煤机后退式来完成煤柱回收。煤矿井下开采过程中，选择适当的连采工艺可以让采煤更加高效，但前提要确保连采工艺的机械化程度，所以，在实际开采中，要对工作面进行仔细分析，对煤层构造及单煤质量、开采条件等予以分析，对于开采硬度较低，且深度较浅的工作面，尽量使用连采工艺，来提升煤矿开采效率。