一次采全高综采采煤工艺及设备研究

傅本斌

（兖矿能源集团股份有限公司济宁二号煤矿，山东 济宁 272072）

研究表明，一次采全高综采采煤工艺具有较高的采煤效率和资源利用率，同时能够保障矿井的安全和环境的保护。然而，仍需进一步研究和改进，以适应不同煤层和矿井条件下的采煤需求。

1 一次采全高综采采煤工艺

1.1 割煤装煤

在进行割煤装煤前，需要对采煤机、运输设备等进行检查和准备工作，确保设备的正常运行。采煤机开始对煤层进行割断作业。采煤机通过刀盘上的刀具对煤层进行切割，将煤层割断成可装运的小块。割煤后，运输设备将煤炭从采煤机输送到运输通道，通常采用皮带输送机等设备进行煤炭的运输。煤炭到达运输通道后，工人进行装煤操作。这一步骤中，工人将煤炭倒入矿车或其他运输工具中，并确保煤炭的稳定和安全装载。装煤后，需要对装煤区域进行清理和设备维护，以确保下次作业的顺利进行。在割煤装煤作业中，关键的技术数值包括切割速度、切割力和装煤效率。切割速度是指采煤机在单位时间内完成切割的能力，它决定了采煤的效率和产量。切割力是指采煤机切割煤层时所施加的力量，它需要根据煤层的硬度和坚固程度来进行调整，以确保高效切割。装煤效率是指将煤炭装入运输设备的速度和效果，它直接关系到采煤的效率和成本。

1.2 顶板支护

在采煤前，需要对煤层的顶板进行预处理，包括清理杂物、加固薄弱部位等，以确保顶板的稳定性。接下来，选择合适的支护材料，如钢支撑、锚杆等，根据煤层的特点和采煤条件来确定最佳的支护方案。然后，进行支护设备的安装，确保支护材料能够有效地支撑煤层，防止坍塌。最后，进行支护管理，包括定期检查支护设备的状态、及时更换损坏的支护材料等，以保证支护系统的稳定性和可靠性。在顶板支护的技术设备方面，全高综采采煤工艺采用了一系列先进的设备来实现高效支护。其中，自动化支架是一项重要的技术创新，它可以根据需要自动调整高度和倾角，提供稳定的支撑力。此外，锚杆和锚索等也是常用的支护设备，通过将锚杆固定在煤层顶板和基岩之间，提供额外的支撑力，增强顶板的稳定性。另外，还有岩石自动化预裂爆破技术，可以预先在顶板岩石中布置爆破孔，通过爆破来控制顶板的移动和坍塌，进一步提高顶板支护效果。

1.3 采煤工艺

一次采全高综采采煤工艺作为现代煤矿开采的一种高效、安全的方式，主运顺槽、巷道支护、液压支护和输送机运作作为其中关键的环节，在煤矿开采中扮演着重要的角色。主运顺槽是指在煤层下方开挖的通道，用于顺利将采煤机械和运输设备送入煤矿工作面，以及将采出的煤炭顺利地运送出去。主运顺槽的作用是确保采煤机械和煤炭运输设备的顺畅通行，提高开采效率。此外，主运顺槽还承担着瓦斯抽放和通风的重要任务，保障矿井的安全运营。因此，在一次采全高综采采煤工艺中，主运顺槽的开挖和管理必须严格执行，确保矿井的安全稳定。

在采煤过程中，巷道支护起到了支撑和保护矿井巷道的作用，防止巷道因采煤活动而发生坍塌和变形。采用适当地巷道支护措施，如钢架、锚杆等，可以有效地提高巷道的稳定性和安全性。巷道支护的实施不仅要考虑到煤层的物理特性和地质条件，还需要根据采煤机械和运输设备的尺寸和工作要求进行合理设计。巷道支护的有效实施可以保证煤矿巷道的通畅和安全，确保采煤工作的正常进行。

液压支护利用液压力将支护装置稳定地压紧到煤层和巷道的技术。液压支护具有灵活性、可靠性和适应性强的特点，可以根据煤层的变化和工作面的需求进行调整和变化。液压支护能够提供强大地支撑力，保护巷道的稳定和安全，同时还可以减少人工劳动和提高采煤效率。在一次采全高综采采煤工艺中，液压支护的运作必须精确可靠，以确保矿井的稳定性和安全性。输送机的作用是将采出的煤炭从工作面运输到地面或其他处理设备。输送机运作的关键在于保证其稳定性、高效性和安全性。在采煤工作中，输送机需要经常面对煤层变化、巷道条件等各种不确定因素，因此，对于输送机的操作和维护要求十分严格。同时，输送机的布局和设计也需要考虑煤炭流量、倾角和运行速度等因素，以保证煤炭的顺利运输和采煤工作的连续进行。

1.4 移架处理

根据煤层的情况和工作面的需求，确定需要进行移架处理的支架。针对每个支架，进行水平标准数值和角度标准数值的调整。根据实际情况，使用专业的仪器和工具进行精确测量和调整。控制支架各端面的间距标准数值。根据支架的设计和煤层的特点，确保各端面之间的距离符合要求。完成移架处理后，对支架进行检查和确认，确保其稳定性和合理性。进行采煤机械的重新布置和调整，使其能够顺利工作。要求支架原始的支撑水平超过25MPa，顶梁构件和顶板形成的角度不能超过7°，支架各端面的间距最大值是34cm，移架和设备滚筒的间距不能达到10m。

1.5 清煤工艺

清煤作业可以有效去除煤炭顶板和支架底部的浮煤覆盖，保持清晰的作业面，有利于采煤机械的顺利运行和煤炭的采出。浮煤覆盖的存在会影响采煤机械的正常工作，增加煤炭的损耗，甚至可能导致设备故障和安全事故。通过清煤作业，可以最大程度地减少这些问题的发生，提高煤炭的采出率和矿井的生产效率。浮煤覆盖的存在容易导致煤层顶板的不稳定，增加冒顶、坍塌等事故的风险。通过清煤作业，可以及时发现和清除煤层顶板的问题，保障矿井的安全运营。此外，清煤作业还有利于检测和控制煤层顶板的变化，提前采取预防措施，减少矿井事故的发生。根据标准要求，每2m³内的浮煤覆盖厚度不能达到3cm，这个标准的制定考虑了煤炭采煤的需求和矿井安全的要求。严格执行清煤标准，可以保证清煤作业的质量和效果，减少浮煤的积累，保持作业面的清晰度和平整度。

2 一次采全高综采采煤设备

2.1 采煤机

采煤机通过切割和采掘煤层，将煤炭从煤层中分离出来，并将其输送到后续的处理设备或运输系统。采煤机的连续采煤功能是保障采煤工艺地高效进行和煤炭生产的关键所在。此外，采煤机设备还具有其他重要的功能，如煤层定位和煤层预处理。采煤机通过传感器和定位系统，可以精确地确定煤层的位置和倾角，从而在采煤过程中保持适当的切割角度和深度。预处理功能包括对煤层进行切割、破碎和解固作业，以提高煤炭的采出率和后续处理的效果。

切割高度通常在1.5 ～3.5m 之间，根据煤层的厚度和工作面的要求进行调整。切割速度一般在2 ～10m/s之间，根据煤层的硬度和切割装置的性能进行调整。

输送带速度一般在1.5 ～5m/s 之间，根据煤炭产量和输送距离进行调整。输送带宽度通常在800 ～1600mm 之间，根据煤炭产量和输送能力进行选择。

2.2 破碎机

破碎机的主要功能是将采取的煤炭进行初步的破碎。破碎机通过旋转的锤头或刀片等装置对煤炭进行冲击、压碎或剪切，将较大的煤块分解为更小的颗粒，方便后续的输送和处理。初步破碎的效果直接影响到后续工艺的顺利进行和煤炭的利用效率。在破碎过程中，破碎机通常配备有筛网或筛孔，可以将不同尺寸的煤炭进行分级，使得煤炭颗粒的大小符合后续处理工艺的要求。分级筛分的功能可以提高煤炭的利用效率和产品质量，减少废料和资源的浪费。在一次采全高综采采煤工艺中，破碎机需要具备高产量、低能耗和稳定的工作性能。高产量可以提高煤炭的处理能力和生产效率，低能耗可以降低能源消耗和生产成本，稳定的工作性能可以保障工艺的连续运行和煤炭的稳定供应。根据煤炭地产量和工作面地要求，通常在100 ～1000t/h 进行选择。破碎机的破碎比通常在4:1 ～10:1，具体数值根据煤炭的硬度和工艺要求进行调整。破碎机的功耗通常在30 ～300kW，具体数值根据煤炭的硬度和处理能力进行选择。根据后续工艺的需求，出料粒度可以在1 ～100mm 进行调整。这些具体的专项指标数值是根据实际情况和工艺要求给出的，可根据具体煤矿的条件和需求进行调整。

2.3 转载机

转载机的主要功能是从采煤工作面将采取的煤炭转运到运输设备或其他地点。转载机通过其装载桶或斗进行煤炭的装载和卸载，实现快速、高效的煤炭转运。转载机的装载能力和卸载速度直接影响煤炭转运的效率和连续性。转载机可以清理工作面上的煤层碎片、残渣和废料，保持工作面的整洁和安全。同时，转载机还可以将煤层回填到已采空的空间中，减少煤层剩余的浪费，提高资源的利用效率。转载机需要具备高载重能力和快速的装卸速度，以满足煤炭转运的需求。高效率地工作能力可以提高煤炭的转运效率和生产效率，减少运输成本和时间。转载机的装载能力通常在3 ～20t，具体数值根据煤炭的密度和装载桶的设计进行选择。卸载速度一般在2 ～8m3/m，具体数值根据煤炭的装卸要求和工作面的情况进行调整。最大爬坡能力通常在10°～30°，燃油消耗率一般在10 ～30L/h。

2.4 喷雾泵

喷雾泵的主要功能是进行喷雾降尘。在采煤过程中，会产生大量的煤尘和颗粒物，对矿工的健康和安全构成威胁，同时也会影响矿井的通风质量。喷雾泵通过喷洒水雾或化学降尘剂，有效地抑制煤尘的扬尘和飞扬，降低煤尘对环境和人体的危害。在矿井开采过程中，由于机械设备的运行和煤炭的燃烧，会产生大量的热量，导致矿井温度升高。喷雾泵可以通过喷洒水雾或化学湿化剂，降低矿井的温度，改善工作环境，提高矿工的工作舒适度和安全性。喷雾泵的流量通常在10 ～100L/m，喷射距离一般在10 ～50m，压力通常在0.5 ～2.5MPa，喷雾泵的能耗通常在1 ～10kW。

2.5 液压支架

液压支架的主要功能是对煤炭工作面进行支护。液压支架通过液压系统的作用，使支架的液压缸伸缩，支撑煤层的顶板，防止顶板塌落和发生冒顶事故。液压支架的稳定性和支撑能力直接影响煤炭工作面的安全性和稳定性。液压支架可以通过调整液压缸的伸缩长度，控制工作面的高度和倾角，以适应不同的煤层厚度和工作面的需求。这种调整和控制的功能可以提高采煤效率和安全性，确保采煤工作地顺利进行。液压支架的承载能力通常在300 ～2000t，工作高度一般在2 ～5m，工作面倾角通常在0 ～20°支架重量一般在30 ～100t。

2.6 变压装置

变压装置的主要功能是将高电压输电线路的电能转换为适合煤矿使用的低电压电能。煤矿中的设备和照明等电力需求通常需要较低的电压，而变压装置可以通过变换器的作用，将输电线路上的高电压转换为适合煤矿使用的低电压，满足矿井的电力需求。变压装置通常连接到煤矿的电力配电系统中，可以将低电压电能分配给各个用电设备和系统，同时通过配电开关等装置进行电力控制和保护。变压装置的电力分配和控制功能可以确保煤矿的电力供应安全稳定，保障设备的正常运行和矿井的生产效率。变压装置的额定容量通常在100 ～5000kV 安，额定电压一般在6 ～35kV，调压范围通常在±5%，变压装置的效率通常在90%以上。

2.7 刮板输送机

刮板输送机的主要功能将采煤工作面上的煤炭从工作面输送至煤炭运输车辆或其他运输设备。刮板输送机通过其刮板链或橡胶带等装置，将煤炭推送或拉动至输送线上，实现快速、高效的煤炭运输。刮板输送机的输送能力和速度直接影响煤炭的生产效率和运输效率。在一次采全高综采采煤工艺中，刮板输送机可以实现连续的煤炭运输，避免了间歇性的停顿和等待，提高了生产的连续性和效率。刮板输送机还具有较好的适应性，可以适应不同倾角和弯曲条件下的煤炭输送，满足复杂煤炭输送线路的需求。刮板输送机的通常在50 ～500t/h，输送速度一般在0.5 ～2.5m/s，刮板输送机的功率消耗通常在5 ～10kW，输送距离通常在10 ～500m。

3 结语

一次采全高综采采煤工艺在提高采煤效率、保障矿井安全和资源利用方面具有显著优势。然而，该工艺仍面临一些挑战，如煤炭层厚度、煤质变化等因素对设备的适应性要求提高，同时在环境保护方面也需要更多地关注。因此，未来的研究方向应包括改进设备性能、优化工艺流程、加强绿色环保等方面。只有不断进行创新和改进，才能更好地适应煤矿开采的需求，实现煤炭资源的可持续利用。