井下采煤技术及采煤工艺的选择探讨

2018-03-16张雄

机械管理开发 2018年2期

张　雄

（西山煤电股份有限公司西铭矿，山西　太原　030052）

引言

我国煤炭资源的开采供应对我国能源需求、经济发展等方面有着至关重要的支撑作用，而对于煤炭井下开采来说，井下煤炭的开采效率和开采安全是煤矿企业重要关注的因素，对于煤炭企业的运营来说，在保证开采安全的前提下，如何提升煤炭开采的效率，提高企业开采效益才是最重要的，因此井下煤炭开采的技术和工艺是煤矿企业最为关注的，也是煤炭开采领域研究的重要方向。

1　当前我国煤炭行业主要采煤技术

1.1　定点爆破采煤技术

定点爆破采煤技术即最为传统的采煤技术，是通过对煤层的爆破，使煤层在爆破中脱落、坍塌，进而进行煤炭的收集并运送至地面，在煤矿井下定点爆破技术采煤的过程中，最为重要的是煤层中炮眼的安放位置问题，具体说来，在对井下煤层的爆破过程中，分为单排眼、五花眼、对眼、三花眼、三角眼等五中不同的炮眼安放方式，如下图1所示。

图1　爆破式采煤炮眼的不同安放方法

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在眼位布局完毕之后进行爆破，爆破采煤技术的操作中需要注意三个方面，第一，爆破落煤的位置。要在爆破过程中精确控制爆破范围和落煤的位置，也就再次说明了炮眼的重要性；第二，装煤。由于爆破所造成的煤层坍塌下落，之后由人工将煤矸装上运输设备；第三，采煤区的处理和工作面的支护。传统爆破法进行煤层开采之后一般采用全部垮塌法进行采煤区的处理，在工作面支护方面采用支柱的方式保护工作空间的安全性[1]。

1.2　常规机械采煤技术

常规机械采煤技术也是一种较为落后和传统的机械化井下采煤方式，其主要采煤流程和爆破采煤大致相同，只是其已不再使用爆破的方法使煤层脱落或者塌下，而是采用滚筒式采煤机，以螺旋桨切割的形式使煤层脱落，进而将煤矸进行人工或者机械式的方法填装到运输设备上，进而将煤矸运往地面。

滚筒式采煤机分为单滚筒（如图2-1）和双滚筒式（如图2-2），通过采煤机螺滚筒的旋转，使煤层受力脱落，最后进行装填和运送，实现采煤的初步机械化。

图2　滚筒式采煤机采煤原理图

1.3　综合机械采煤技术

综合机械化采煤技术对煤矿井下机械化的要求较高，其采煤技术的核心在于双滚筒式采煤机，配合运输刮板、牵引机、履带式运煤机等等设备，其中各种环节中机械化程度运用较高，而人工劳动强度较小，也就保证了井下采煤的安全性和效率，综合机械采煤技术标志着我国煤炭机械化的成熟。

1.4　连续采煤技术

在井下连续采煤技术的应用中，破煤和装煤工序得到了较为完善的调整和创新，破煤和装煤技术已经实现了机械化，利用连续采煤机，实现破煤和装煤的一体化机械操作，采用专门的煤炭运输机械，在煤矿巷道的维护和加固中也采用了锚杆锚索的支护技术，整个采煤流程实现了高度的机械化作业。

2　井下采煤技术和采煤工艺的选择

2.1　爆破采煤技术工艺的选择

爆破采煤技术工艺选择指的是在井下采煤的过程中，采用爆破的方法进行煤层的脱落、坍塌等工作，之后以人工或者机械的方式对落煤进行整理和装填的采煤工艺。爆破采煤工艺需要爆破作业、人工和机械设备的相互配合，爆破作业虽然是一种最为传统的采煤方式，但是在机械化程度不断提高的现代采煤技术中，在井下复杂的环境中，依然存在极少数煤区无法进行机械化作业的情况，这就需要运用爆破的方式进行采煤作业。

爆破技术虽然技术含量低、操作相对简单而且容易掌握，因此其使用范围也比较广泛，但是爆破采煤也存在一定的局限性，井下环境差等方面都会影响爆破作业的效果，我国煤炭开采规定，对于井下不适合机械化开采的煤矿区，可以使用爆破操作进行煤炭开采，因此在实际的煤矿开采中，对于地质条件复杂、倾斜角度大等煤层，可以运用爆破工艺进行煤炭的开采[2]。

2.2　常规采煤技术工艺的选择

常规采煤技术工艺是在井下采煤的操作过程中，在一个操作时间段内完成区域煤层的破煤、采煤、装煤以及运煤的工作，在这些工序开展的过程中，全部采用机械化采煤、装煤、运煤技术，并进行相应的单体支护技术。开采成本和安全是煤矿企业首要考虑的因素，相对于综合采煤技术的高效率、高安全性的同时，也面临着较高的开采成本，因此在普通中小煤矿的开采作业中，大多数出于成本和安全的权衡都采用的是常规的采煤技术工艺。

除了常规采煤技术与工艺的开采成本较低之外，常规采煤技术与工艺其对煤层井下环境的适应性更强，能够适应不断变化、复杂的井下环境，这也是常规采煤技术的优势之所在，另外这种采煤技术和工艺对操作人员的技术要求较低，操作简单易懂，因此对于一些煤矿质量不高、地质条件较为复杂的矿井，可以使用这种方式进行煤炭开采作业。

2.3　综合采煤技术工艺的选择

综合采煤技术及工艺主要是借助煤矿机械化和自动化设备来完成煤炭的开采工作的，在煤炭开采的过程中，运用机械化采煤机进行煤层的切割、传送及运输工作，在综合采煤技术工艺实施的过程中采煤各环节都以自动化、机械化的方式开展，整合众多采煤方式和工艺的优势，在井下煤炭开采过程中，始终以较低成本、较高效率的工作为主，而且井下操作人员的工作强度不大，这种模式在我国许多大中型煤矿中都有普遍使用。但是综合采煤技术及工艺的使用中，也存在一定的缺陷和不足，综合采煤技术高度依赖机械设备，而机械设备又需要技术能力较高的人员进行操作和管理，通过大量的实验和实践证明，综合采煤技术及工艺的运用需要煤矿企业拥有较高的人力资源队伍和较为雄厚的资本力量，而且综合采煤技术适用于坡度小于50°的井下煤层，总的来说，综合采煤技术由于其成本较高，设备的投资和人员的投入需要大量的资金，但是伴随的效益也较高，适合大中型煤矿的富矿区而且开采环境较为优越的煤矿中进行[3]。

2.4　连续采煤技术工艺的选择

煤矿连续采煤技术来在煤矿开采过程中对机械化的依赖程度更强，其全部工序都是采用机械化、智能化技术，在采煤过程中，自动化采煤机对煤层的切割、传送等都采用机械化操作。在煤矸的运输中有铲车、履带运输机等等机械设备，而且连续采煤技术对于煤炭的开采量有着极大的提升作用，能够实现不间断采煤，而且其操作成本相对较低，安全性能也较高。但是连续采煤技术和工艺也有一定的局限性，即连续采煤对煤炭的回收和利用能力较差，而且对煤层的要求较高，煤层不能太厚，结构也不能过于复杂，总的来说，连续采煤工艺的大型机械采煤模式需要井下环境较高，煤层的坡度要小于15°，只有满足这些环境条件，才能够使用连续采煤技术[4]。