煤矿综合机械化采煤设备及综采工艺的应用研究

刘鲁强，王福文，沈洪伟

（兖矿能源集团股份有限公司济宁二号煤矿，山东 济宁 272072）

随着工业化的发展和国家对能源的需求，煤炭成为国民经济的重要能源，但传统的采煤方式存在安全隐患和效率低下等问题，因此煤矿综合机械化采煤工艺应运而生。煤矿综合机械化采煤工艺是一种综合利用先进机械设备，实现采煤、支护、运输等多项作业的采煤方式，已经成为煤矿采煤的主流技术之一。本文将对煤矿综合机械化采煤设备及工艺进行介绍和分析，以期为煤矿采煤提供一些思路和参考。

1 煤矿综合机械化采煤设备分析

1.1 转载机

转载机是煤矿综合机械化采煤中的重要设备之一，主要用于采集和转载煤炭，可以实现连续采煤、运输和支护等多项工作。转载机的结构一般由机身、机架、转载斗、行走机构、控制系统等组成。其中，转载斗是转载机的核心部件，能够实现自动卸煤和定量卸煤等功能，大大提高了采煤效率和安全性。同时，转载机的行走机构采用履带式或轮式行走，可以适应不同的地质条件和采煤需求。

1.2 输送设备

根据输送方式的不同，输送设备可以分为皮带输送机、刮板输送机、螺旋输送机、斗式输送机等不同类型。其中，皮带输送机是应用最广泛的一种输送设备，具有输送距离长、输送量大、能耗低等优点，适用于各种采矿条件和要求。刮板输送机适用于低煤层采矿和限制煤柱采矿等情况下的输送，具有结构简单、使用方便等优点。螺旋输送机适用于煤粉、煤灰等颗粒状物料的输送，具有输送距离短、输送量小、输送速度慢等特点。斗式输送机适用于大块煤的输送，具有输送量大、输送距离长等特点。输送设备在煤矿综合机械化采煤中的作用主要是将采集的煤炭从采煤工作面输送到地面，以实现采煤作业的高效、连续、稳定进行。输送设备能够根据采煤机械的运行状态和要求，调整输送速度和输送量等参数，确保采煤作业的正常进行。同时，输送设备还可以通过分级输送、曲线输送等技术手段，满足不同采煤条件下的输送需求。

1.3 液压支架

液压支架是一种利用液压系统实现支撑和控制采煤机械的设备，根据其结构和支撑方式，可以分为单柱式液压支架、双柱式液压支架、四柱式液压支架、超高支架等不同的类型。其中，单柱式液压支架适用于煤层倾角较小、支架高度较低的采矿条件，双柱式液压支架适用于煤层倾角较大、支架高度较高的采矿条件，四柱式液压支架和超高支架则具有更高的支撑能力和更大的支架高度，适用于深部采矿和高煤压条件下的采矿。液压支架在煤矿综合机械化采煤中的作用主要是支撑和控制采煤机械。液压支架通过液压油缸将支架推动到煤层下方，实现支撑和固定采煤机械。液压支架还可以通过调整液压油缸的压力和流量等参数，控制支架的高度和位置，保证采煤机械在煤层中的稳定和安全操作。

1.4 移动变电站和乳化液泵站

移动变电站和乳化液泵站是煤矿综合机械化采煤中的配套设备，主要用于提供电力和乳化液等必要的物质。根据变电站的移动方式和功率等级，移动变电站可以分为轮式移动变电站和履带式移动变电站两种类型。轮式移动变电站是一种移动性较强的设备，适用于平坦、较为开阔的采矿区域，功率等级一般在1000kW 以下。履带式移动变电站则具有较强的越野性能，适用于地势崎岖、交通条件较差的采矿区域，功率等级一般在2000kW以上。移动变电站在煤矿综合机械化采煤中的作用主要是为综合机械化采煤提供电能，以满足采煤机械、输送机、通风机等设备的电力需求。移动变电站通过变压器、开关柜等设备将高压电能转换为低压电能，并通过电缆输送到采煤工作面上的各个设备。移动变电站的使用可以提高采煤作业的效率和安全性，保障采煤作业的正常进行。根据泵站的流量和使用场合，乳化液泵站可以分为小型乳化液泵站和大型乳化液泵站两种类型。小型乳化液泵站一般流量在30m³/h 以下，适用于小型综合采煤机械化作业面上的乳化液输送。大型乳化液泵站则流量在100m³/h 以上，适用于大型综合机械化采煤作业面上的乳化液输送。乳化液泵站在煤矿综合机械化采煤中的作用主要是将乳化液输送到采煤工作面上，为采煤机械、支架、刮板输送机等设备提供润滑和冷却。乳化液是一种由水、油、乳化剂等混合而成的液体，能够在采煤作业过程中起到润滑、降温、防尘等作用。乳化液泵站可以将乳化液输送到采煤工作面上的各个设备，提高采煤效率和作业安全性。同时，乳化液泵站还可以通过控制乳化液的流量和压力等参数，调整液体的配比和使用效果，满足不同采煤条件下的使用需求。

1.5 采煤机

采煤机是煤矿综合机械化采煤的核心设备，主要用于采集煤炭和煤岩混合物，并实现切割、截割和输送等多项作业。根据采煤机的结构和采煤方式，采煤机可以分为单边机和双边机两种类型。单边机只能采煤机械在一个方向上进行采煤，采煤效率较低，但是结构简单，适合于采取局部采矿的方式。双边机采煤机械可以在两个方向上进行采煤，采煤效率高，适合采取全面采矿的方式。此外，采煤机还可以根据采煤方式的不同，分为剪切式采煤机、碎煤式采煤机、剥离式采煤机等不同的类型。采煤机通过采煤机头上的刀盘、煤翻板等工具对煤层进行切割、破碎等作业，然后通过输送机将采集到的煤炭运输到地面。采煤机具有高效、安全等优点，能够提高采煤效率和采煤质量，降低人工劳动强度和采煤事故的发生率。另外，采煤机还可以根据需要进行改进和优化，以适应不同采矿条件和要求。例如，为了适应低煤柱采矿的需求，目前研发了一种新型的低煤柱采煤机，它具有自动升降、自动定位、自动调整等功能，可以在煤层厚度较低的情况下实现高效采煤作业。

2 煤矿综合机械化采煤工艺的优势分析

煤矿综合机械化采煤工艺相较传统的手工采煤和单一机械采煤，具有以下优势。

2.1 提高采煤效率，降低劳动强度

煤矿综合机械化采煤工艺可以利用各种机械设备，如转载机、输送设备、采煤机等，实现采煤、运输和支护等多项工作，大幅提高采煤效率和作业速度。传统的手工采煤需要大量的人力，劳动强度大，存在安全隐患。而煤矿综合机械化采煤工艺可以减少人力投入，降低劳动强度，保障采煤作业人员的安全和健康。

2.2 提高采煤质量以及安全性

采煤机具有高效、精准的采煤能力，可以实现煤炭和煤岩混合物的快速分离和采集，避免煤炭的浪费和损失，提高采煤质量和收益。煤矿综合机械化采煤工艺采用了先进的机械设备和支护技术，可以保障采煤作业面的安全和稳定。同时，由于采煤机可以远离采煤现场，降低了人员接触煤尘、有害气体等的风险，提高了采煤作业的安全性。

3 煤矿综合机械化采煤工艺的应用分析

3.1 薄煤层综采工艺

薄煤层综采工艺是利用采煤机械在工作面上进行掘进、切割和装煤等作业的同时，实现支架的移动和定位。这种工艺将采煤机械与综采技术相结合，采用综合支架来支撑和控制采煤机械，实现对煤层的连续、高效、安全地采矿作业。薄煤层综采工艺需要的主要设备包括采煤机、支架、输送机、通风设备等。其中，采煤机是薄煤层综采工艺中的核心设备，它具有切割、破碎、装煤等多种功能，可以对煤层进行快速高效的采掘。支架是支撑采煤机械的重要部件，通过调整高度、升降等方式，使采煤机械能够顺利进行煤矿的采掘作业。输送机主要用于将采煤机采集的煤炭运输到地面，通风设备则是为了保证工作面通风，保障采煤作业的安全进行。在薄煤层综采工艺的应用中，需要注意以下事项。首先，要进行充分的前期调研和规划，制定合理的采矿方案和施工方案。其次，要严格执行安全生产规章制度，加强安全培训和安全督导，保障工人的人身安全。此外，还需要保持设备的良好状态，定期进行维护和保养，以确保设备的正常运行和使用寿命。

3.2 长臂综合机械化采煤工艺

煤矿长臂综合机械化采煤工艺是一种利用大型挖掘机械化采煤的技术。采煤机械在工作面上通过煤墙底部的采煤机支架连接长臂机构，将机械的掘进头向煤体深处伸出，进行采掘作业。同时，支架通过摆动、升降等动作来完成采煤机的移动和定位，使采煤机能够顺利开采煤矿，提高采煤效率。煤矿长臂综合机械化采煤工艺需要的主要设备包括挖掘机、采煤机、支架等。其中，挖掘机是煤矿长臂综合机械化采煤工艺中的核心设备，它具有掘进、输送和装载等多种功能，可以对工作面上的煤矿进行快速高效的采掘。采煤机是采煤过程中的主要设备之一，它可以对煤矿进行割煤、碾压、装煤等作业。支架是支持采煤机、挖掘机等设备的重要部件，它通过调整高度、升降等方式，使得采煤机械能够顺利进行煤矿的采掘作业。在煤矿长臂综合机械化采煤工艺的应用中，需要注意以下事项。首先，要保持设备的良好状态，定期对设备进行维护和保养，以确保设备的正常运行和使用寿命。其次，要合理调整和控制采煤机械的工作参数，避免因工作参数设置不当而引起的采煤事故。此外，还需要在采煤过程中加强安全防范，采取必要的安全措施，确保采煤作业的安全性。

3.3 巷道布置技术

巷道布置技术是指根据煤层赋存的情况，将煤炭采掘区域进行划分，设计出合理的巷道布置方案，使得巷道的布置能够最大化地发挥其应有的作用。在巷道布置方案设计中，需要对煤层的赋存情况进行详细的了解和分析，以便设计出合理的巷道布置方案。例如，当煤层较薄时，需要采用高巷和低巷交替布置的方式，从而保证巷道的稳定性和通风效果。考虑采煤工艺的特点和要求，以便设计出能够满足采煤工艺的巷道布置方案。在采用割顶采煤工艺时，需要在煤层顶部进行巷道布置，从而实现煤层的完整割断。考虑通风、排水等因素，以便设计出合理的巷道布置方案。需要对巷道的横断面、 ※纵断面进行设计，以便保证通风、排水的有效性和安全性。

3.4 煤矿集中化开采技术

煤矿集中化开采技术是指将多个小型煤矿整合成一个大型煤矿，采用先进的技术手段，对整个煤矿进行统一管理和开采。通过整合多个小型煤矿，将其煤炭资源进行优化配置，实现整个煤矿的资源最大化利用。同时，还可以避免由于单个小型煤矿规模小、资源不足而导致的生产停滞、设备闲置等问题。在整合小型煤矿的过程中，可以对其设备进行统一的升级改造。这样可以大幅提升设备的效率和精度，从而提高整个煤矿的生产效率和质量。需要对原有的人员进行培训，使其能够适应新的生产环境和管理模式。通过培训，可以提高人员的工作技能和素质，从而保证整个煤矿的生产和管理质量。

3.5 放项煤综合机械化采煤工艺

放项煤综合机械化采煤工艺是一种综合运用现代化技术手段的高效采煤工艺，采用现代化的采煤机和支架设备，实现了对煤炭的全面机械化采掘。这种机械化采煤方式具有采效高、安全可靠等优点，大大提高了采煤效率和质量。在采煤过程中，煤炭需要及时运输到井口，以便后续加工和出售。放项煤综合机械化采煤工艺采用了现代化的输送设备，如皮带输送机和卡板式输送机等，实现了对煤炭的高效运输。采煤过程中，需要对巷道进行支护和通风，以确保工人的安全和采煤效率。放项煤综合机械化采煤工艺采用了现代化的支护设备和通风系统，确保了采煤过程中的安全性和高效性。传统的人工采煤方式效率低下，而放项煤综合机械化采煤工艺采用机械化采煤方式，可以大大提高采煤效率。煤炭的机械化采掘、输送和支护等环节均得到了优化，从而使得采煤效率大幅提高。并且可以大幅降低煤炭破损率和煤粉率，使工人远离煤炭采掘区域，从而降低了工人的安全风险。

4 结语

煤矿综合机械化采煤工艺是一种先进、高效、安全的采煤方式，已经广泛应用于各种采煤场合。通过各种机械设备和支护技术的应用，煤矿综合机械化采煤可以实现采煤、运输、支护等多项工作，大幅提高采煤效率和作业速度，同时降低劳动强度和采煤成本，保障采煤作业人员的安全和健康。未来，随着科技的不断发展和技术的不断创新，煤矿综合机械化采煤将会进一步提高效率和安全性，实现可持续发展的目标。