1、高产高效的采煤方法,生产技术部穆秉清,一、概 论,高产高效的采煤方法具有阶段性和发展性。每个时期的高产高效的采煤方法是与当时的开采技术、装备水平密切相关的，也与当时的管理水平有关。随着开采技术的创新与发展，装备水平、管理水平的不断提高，高产高效的采煤方法或采煤工艺也将不断发展。,高产高效综采技术的核心是工作面综采设备。近十几年来，工作面三大配套设备采煤机、刮板输送机和液压支架，在设计方法和结构上都有了重大发展，主要是提高设备生产能力和可靠性，改进操作性能。采煤机技术发展的一个突破是采用多电机牵引技术，大大简化了机械传动系统，牵引速度不断提高。,二、高产高效采煤的支撑条件,一个矿井要实现高产高效
2、采煤，必须要有确定的支撑条件：较好的地质、采矿条件；较丰富的经济可采储量；匹配的矿井通风、输送、提升、排水、供电、辅助运输等系统；足够的采煤工作面装备；与高产高效快速采煤相适应的回采巷道支护技术（包含端头支护）等。这些支撑条件都很重要，只要某一方存在问题，高产高效开采都受到限制。,要实现安全高效开采必须充分、精细了解所采煤层的结构、覆存的地质采煤条件等。依据煤层厚度及其结构，煤层覆存倾角及其他的地层采矿条件，选择最适宜是回采方法，为安全高效开采打下最基础的条件。同时，在煤层开采之前和回采过程中都需不断地获得工作面前方及整个开采范围内的煤层覆存状况的新信息，以便及时应对出现的不利于实现安全高效开
3、采的新情况。,矿井范围内煤层的经济可采储量，是确定煤层年产量及服务年限的重要依据。矿井的安全高效生产需要矿井各系统能力的支撑。安全高效生产主要的特点是在集中的地点单位时间内的出煤量非常大，在集中的地区单位时间内需要的通风量大，所需输送机的输送能力大，井筒提升能力大。同时由于安全高效开采机械设备的能力大、功率大，设,备体积质量大，就要求供电电压高，供电能力大，同时，用于设备搬运的辅助输送装备的能力也得大，种类也多，井下的各大系统无论是那一个能力不够，那一个出了问题都将严重影响安全高效生产的实现。各系统各个环节在符合规定的前提下，要少而精，如我们过去都有漏煤眼(煤仓),现新建矿井一般无，从工作面直
4、接到集中皮带再到地面，减少环节，提高运输能力。,采煤工作面装备的能力、性能和可靠性是安全高效回采的基础。我国的采煤机械在能力、性能、可靠性、控制技术等方面与国际上先进的采煤设备还有很大的差距，尤其是采煤机和输送机，而国产的支架基本能够满足要求。,回采巷道支护技术应与煤层的安全高效回采相适应。我们现在大都采用锚杆（锚索）支护，但我们的掘进速度太慢，与安全高效的采煤不匹配。急需对巷道支护和快速掘进进行研究。目前的技术途径是提高单根锚杆的支护能力和支护范围，以减少单位断面上所需锚杆的根数，另一方面是使巷道掘进与锚杆支护尽可能平行作业，减少单位断面上掘进和支护所需的总时间。,采煤工作面的两端头支护与采
5、煤工作面的超前支护方式也是影响安全高效回采快速推进的关键点之一。寻求合理的端头支架支护，或用单体液压支柱加强支护，是各类安全高效采煤工作面都在探讨的事。我集团公司一般不专门上端头支架，采用与工作面一样的支架垮半巷，加单体支柱，综放工作面则采用端头支架，簿煤层采用端头支架（与巷道一般高）。,采煤方法分类,采煤方法：是采煤工艺与回采巷道布置及其在时间、空间上的相互配合。根据不同的地质条件和开采技术条件，有不同的采煤工艺与回采巷道布置相配合，构成了多种多样的采煤方法。采煤方法的分类很多，通常按采煤工艺和矿压控制特点，可以将采煤方法分为壁式和柱式两大体系。,一、壁式体系采煤法,壁式体系采煤方法又称长壁
6、体系采煤方法，以长工作面采煤为主要标志，长度一般在50m以上的采煤工作面称为长壁工作面。壁式体系采煤方法的一般特点是：、采煤工作面较长，通常在80250m；、随着采煤工作面推进，顶板暴露面积增大，矿上压力显现较为强烈；、采煤工作面可分别用爆破、滚筒式采煤机,或刨煤机破煤、装煤，用与采煤工作面平行铺设的刮板输送机运煤，用支架支护工作面空间，用垮落法或充填法处理采空区；、在采煤工作面两端，一般至少各有一条回采巷道与之相连，以形成生产系统。壁式体系采煤方法分类：按所采煤层的倾角，分为近水平、缓(倾)斜、中斜煤层采煤法和急(倾)斜煤层采煤法按煤层厚度，可分为薄煤层、中厚煤层、厚煤层采煤法；,按采煤工艺
7、不同，可分为爆破采煤法、普通机械化采煤法和综合机械化采煤法。按采空区处理方法不同，可分为垮落采煤法、刀柱（煤柱支撑）采煤法、充填采煤法。按采煤工作面布置及推进方向不同，可分为走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法。按工作面沿倾斜推进的方向不同，倾斜长壁又有仰斜长壁和俯斜长壁之分。按是否将煤层全厚进行一次开采，可分为整层采煤法和分层采煤法。,二、柱式体系采煤法,这种采煤法以房、柱间隔进行采煤为主要标志。一般特点是：(1)、在煤层内布置一系列宽为的煤房，采煤房时形成窄工作面成组向前推进，房与房之间留设煤柱，煤柱宽数米至二三十米不等，每隔一定距离用联络巷贯通，构成生产系统，并形成条状或块状煤柱，支撑顶板。,
8、(2)、采煤房时矿山压力显现较和缓。(3)、采煤用爆破或连续采煤机配套设备。()、采掘合一，掘进准备也是采煤过程，回收房间煤柱时，也可以用同一种类型的采煤配套设备。高度机械化的柱式体系采煤方法，一般只分为房式采煤法和房柱式采煤法两类。柱式体系采煤法早期应用的还有巷柱式、残柱式、高落式，由于生产系统及安全性等方面存在一定问题，故统称为非正规采煤法。,大同矿务局大同煤矿集团公司所采用过的采煤方法；,1、最原始的就是巷道式开采，我局称为仓房式开采，从50年代到90年代末期一直采用，只是系统不一样而已。该采煤方法主要缺点是无正规的通风系统，已被国家规定禁止采用。,仓房式开采,2、刀柱式开采,盘 区 巷
9、,工作面,3、走向长壁式开采（有上下山开采）,4、倾斜（向）长壁式开采,倾写斜（向）长壁式开采的优点： (1)巷道布置简单,巷道掘进和维护费用低,投产快. (2)运输系统简单,占用设备少,运输费用低. (3)工作面容易保持等长,有利于综合机械化采煤. (4)通风线路简单,通风构筑物少. (5)对某些地质条件适应性强. (6)技术经济效果好,可实现高产高效. 倾写斜（向）长壁式开采的缺点： (1)掘进、辅助运输和行人比较困难. (2)煤仓车场数目多.,大巷,倾写斜（向）长壁式开采巷道布置,5、短壁式开采 6 、分层开采 7、放顶煤开采 8 、特殊开采方法:如三下开采和条带式开采,从支护的材料和落
10、煤的方式不同又可分为：炮采和机采 炮采的支护形式有2种，一种为木支护，另一种为金属支护，金属支护有分为金属摩擦支柱和单体支柱，其中木支护和金属摩擦支柱2008年底都不让使用。 机采有分为高挡和综采。 综采有可分为：综合机械化一次采全高开采、综合机械化放顶煤开采、分层开采、薄煤层开采、大倾角煤层开采、大采高等。,大同煤矿集团公司常用的安全高效采煤方法,一、大同“两硬”条件短壁综采技术研究集团公司现有矿井多为建国初期建成的，已经进入了衰退期，精采细采回收煤炭资源已迫在眉睫。本着可持续发展、提高资源回收率需要寻求有效的技术路线和方法，经过调查研究采用短壁综合机械化开采能达到预期的目的。但是，鉴于大同
11、两硬的开采条件（两硬地质条件）进行短壁工作面的综合机械化开采，在技术上也有较大的难度，需要在新型大功率短壁采煤机和顶板控制研究方面做大量的工作。,2002年5月在我集团公司四台矿11#层8722工作面上了一套短壁采煤，效果好。短壁综采开采具有以下几方面优点：1、适应性、灵活性强。短壁综采采用直接进刀，工作面长度一般布置50-80米，能适应复杂地质构造不良条件，故易布置工作面。2、安全程度高，短壁综采工作面长度较短，矿压显现不强烈，对顶板管理有利，所使用的支架为支撑掩护式液压支架支护效果好。,3、使用短壁综采开采11#层307盘区北翼，开采速度较快，能够尽快解放下部12#层煤，实现307盘区11
12、#层向12#层的正常过渡，从而确保307盘区的生产后劲。 4、坑木消耗少，工人劳动强度较低。同长壁综采一样，只有在工作面顶板破碎、漏顶和准备时用到坑木，正常生产基本不消耗坑木；开采工艺类同长壁综合机械化开采，机械化程度高，较普采劳动强度大为降低，且工效增高。,5、短壁采煤机作为短壁综采的关键设备，具有以下特点：单滚筒、机身较短，长为3米；摇臂布置在机身中部，能左右摆动，摇臂旋转范围320；当滚筒完全进入顺槽时，可带机推溜进刀，而不用斜切进刀。 实验中暴露出采煤机装煤效果不佳，机道留浮煤厚度偏高，使移溜阻力增大，易损坏支架推移千斤，加大了工人的劳动强度；对两顺槽的断面要求较大；搬家频繁和万吨掘进
13、率较高的问题。有待进一步研究、改进、完善。,二、薄煤层开采技术 目前国内外薄煤层机械化采煤方法主要有：长壁式开采、螺旋钻开采、连续采煤机房柱式开采和短壁式开采。长壁式采煤法（包括走向长壁和倾斜长壁采煤法）是目前采用的主要采煤方法，在工作面单产、效率和经济效益等方面具有巨大优越性。我国的薄煤层开采也主要采用长壁采煤法。薄煤层长壁式采煤工艺与中厚煤层大同小异，所不同的是落煤机械除了滚筒式采煤机外，还有刨煤机、刨运机等。,1、1998年，晋华宫煤矿采用MG200/450-BWD型薄煤层电牵引采煤机(装机功率2*200+2*25kW，截深800毫米)，在采高1.3-1.4米的情况下创造了月产9.8万吨
14、的全国最好成绩。2003年，晋华宫矿综采三队使用该机在10#煤层301盘区8110工作面再创佳绩,连续三个月产煤达到33万多吨,1月份生产22天，产出原煤9.3159万吨，2月份生产22天产出原煤9.3148万吨，三月份产原煤14.45万吨，最高日产6406吨,月推进度达到520米。该工作面面长为165米，可采走向长度为1380米，煤层高度为1.2-1.4米，采高1.3米。,2、晋华宫矿 2004年引进了德国DBT公司生产的GH938Ve/5.7刨煤机，2005年3月在10#层 8118生产,最高月产量达7.5万吨，最高日产达6185t 。 （1）、刨煤机工作面回采工艺： 刨煤机刨煤、装煤可弯
15、曲刮板运输机运煤推移运行轨道电液控制阀控制拉移支架。,Single Prop Guidance 20 mm Extension Holes单体立柱 导向 20 mm 调节孔,Measuring Arm Measuring Head 5 Bits, Measuring Bit at Centre Pulling Rope测量杆 测试头 5个刨刀，中央为测试刨刀 牵引钢绳,刨煤：采用往返双向刨煤，刨头在主控的微机（MCU）控制下，沿工作面全长往返式自动运行，把厚30mm的煤壁成条刨削下来。为适应工作面顶底板的变化，采用调斜千斤和改变刨头档位进行飘刀啃底。 刨头由机尾向机头刨煤为下行，刨速为1.47
16、m/s，刨深30mm，从机头向机尾刨煤为上行，刨速为2.94m/s，刨深为30mm，两端头进刀时，刨速为1.47m/s。,推移运行轨道和拉架： 工作面每3架上使用一台PM4支架控制单元（SCU），每个支架上配备有电控阀、压力传感器、测控杆，用以实现自动推移运行轨道，降架，拉架和升架的工作，当刨煤机通过当前支架5个架后，PM4电液控制支架进行各种动作，当推移千斤顶剩余行程小于下次刨深时，液压架会以随机组合方式前移，拉架步距为600mm（工作面所有支架完成拉架动作一次为一个循环），每次运行轨道推移量为下次刨深。,2、刨煤机经验总结：（1）、刨煤机开采技术在理论上和技术上是比较成熟的，但是它对煤层赋
17、存条件要求较高，因而其适应性比较差。（2）在工作面煤层赋存条件，顶底板条件不太理想时，很难发挥出刨煤机自动化开采的优势，工作面单产也不会很高。正常时单产一般在6万吨/月左右（3）刨煤机开采技术并不是针对薄煤层，特别是1.0米以下煤层开采而设计的，从目前我矿的开采经验来看，刨煤机工作面采高下限不得低于1.08米。,（4）刨煤机与滚筒式采煤机相比，其结构简单，但由于其速度快，在工作面极易受地质条件影响，经常出现打刨刀现象和刨链断链事故。处理比较困难。（5）刨煤机工作面对各种用水的水质要求较高，否则不能开机。(6)刨煤机工作面两巷断面受机头、机尾尺寸和保证割通的影响，要求断面尺寸大，支护质量高，这就
18、给巷道掘进带来很大困难，另外还需掘一条停采切眼，掘巷成本较高。,（7）刨煤机工作面头尾出口处，堆积的浮煤较多，对工作面通风及刨煤机电机散热有一定影响，因而必须采取改进措施。（8）刨煤机成套设备中的主要设备是引进设备，投资较高，其配件（特别是刨刀和刨链、电机等）费用高，进一步增大了原煤成本。,螺旋钻采煤法： 螺旋钻采煤法在我国刚刚起步，主要用于薄煤层开采，属于一种无人工作面开采法。螺旋钻采煤技术的核心是螺旋钻具，它由螺旋钻头和成对的螺旋钻杆组成。钻具部分可根据不同的开采和地质条件安装2-4个钻头，平行的钻进2-4个钻孔，钻孔宽度可达到1.14-2.77米。钻具上装有5种传感器，分别监控钻孔内的瓦
19、斯浓度、钻头旋转扭距、钻孔间的煤柱、钻孔导向、钻头与煤层间隙等情况，并通过多功能控制装置实现集中控制，并用单独的局部扇风机向孔内压入新鲜风流，用喷水管在钻孔内喷雾，使钻孔内的瓦斯浓度和粉尘浓度达到安全标准。,三、大采高技术 我国国有重点煤矿厚煤层储量占44%,而厚煤层采出的产量占45%以上,绝大多数安全高效的采煤方法是在以厚煤层开采为主的生产条件下实现的。目前,我国重点煤矿厚煤层开采方法主要有综采放顶煤开采和大采高综采两种。放顶煤开采虽然已经在我国发展成为一种厚煤层高产高效采煤方法,广泛应用于5-15M厚煤层一次采全高,但仍有许多难以解绝的技术难题。对于4-6M的稳定厚煤层,大采高综采具有更好
20、的技术优势。,近十年来,以神东矿区为代表的现代化矿井建设,依靠得天独厚的厚煤层覆存条件和先进的管理模式,采用国际一流装备,进行4-6M一次采全高,不断刷新工作面高产高效纪录,工作面年产超过1000万吨。晋城寺河煤矿采用国产大采高液压支架,成功实现66.5M一次采全高,月产突破80万吨,创造了世界最大采高高产高效纪录。,配套装备是大采高高效综采生产技术的核心,国内外技术发展的最新特点是: （1）新型大功率 电牵引采煤机总功率达到2000-3000KW,装备了采用先进的信息处理技术和传感技术的控制和故障诊断系统。德国EICKHOFF公司的SL500系列采煤机采高范围2.0-6.5M,最大牵引力可达
21、1000KN,最大牵引速度可达37M/MIN,可以截割f10的煤和岩石。美国JOY公司的7LS系列采煤机截采高范围2.0-5.5M,最大牵引力可达800KN,最大牵引速度可达30m/min。,（2）工作面刮板输送机向着大运量、软起动、高强度、重型化、高可靠性方向发展。最大运量达6000t/h,装机功率4x800KW。中部槽的槽间连接强度已达到4500KN,链环直径最大达2X52。采用伸缩机尾的液压自动张紧装置。 (3)液压支架向高工作阻力的两柱掩护式支架发展,支护工作阻力达6000-12000KN,支护高度3-6m,支架立柱缸径320-440mm,支架中心距1.75m和2.0m,支架控制方式为
22、环形供液及电液控制,支架的降、移、升循环时间小于10s,支架的寿命试验到达50000次以上。,（4）长距离、大运量、高带速的大型带式输送机已成为主要发展方向。目前，煤矿带式输送机功率可大4x970KW，运输能力已达5500t/h，带速为5m/s以上。应用动态分析技术和计算机监控等高新技术动态设计及动态过程监测、监控等，确保了输送机运行的可靠性。采用CST、变频等大功率软起动技术、自动张紧技术、高寿命高速托辊、快速自移机尾等使设备开机率、可靠性指标与生产效率不断提高。,（5）在实现单机工况实时监测的基础上，研究开发了基于振动信息或采高-位置自动控制的采煤机滚筒自动调高技术、液压支架电液控制技术，
23、顺槽集中控制中心，通过采用位置红外传输、速度检测和计算机集中控制软件程序，使采煤机、刮板输送机、液压支架等设备自动完成割煤、运输、液压支架移架和顶板支护等生产流程，实现了工作面自动化生产。顺槽计算机集中控制中心还实时监测工作面顶板压力、供电、供液系统、顺槽皮带系统、等设备运行工况，并通过矿井通讯光纤等和矿井及上部管理层实现信息交流与通讯控制,2002年在四老沟矿14#层8402工作面上了我集团公司第一套大采高11月生产，平均日产4000-5000吨，最高日产8958吨。 大采高综采工作面矿压特点基本顶来压更为剧烈,局部冒顶和煤壁片帮现象更为严重。 大采高综采工作面工艺特点1、严格控制采高；2、
24、防止煤壁片帮,大采高综采优缺点： 优点： 1、工作面产量大，容易实现高产； 2、巷道万吨掘进率低； 3、工作面搬家次数大大减少； 4、矿井原煤工效、工作面效率明显提高； 缺点： 1、液压支架重量大，搬运不便； 2、对顶板管理要求更高。,四、综合机械化放顶煤开采技术综采放顶煤开采最早起源于欧洲。虽然目前在国际上应用较少，但是针对中国厚煤层开采却表现出了良好的适应性。近年来，综放开采的高产高效特征使该采煤方法在我国得到了广泛推广，这种开采技术以其技术先进、投入少、消耗少、效率高、安全性好的五大特点将厚煤层开采的储量优势转化为经济优势，成为中国高产高效矿井建设和采煤方法升级改造的重要技术途径之一。,
25、条件适宜矿区推广综采放顶煤开采技术 综采放顶煤开采在我国是一项综合性的采煤新技术、新工艺。在条件适宜的缓倾斜、急倾斜及特厚煤层采用这项技术后,取得了明显的经济效益。部分矿区以发展综采放顶煤技术为先导,带动了采掘机运通等相关技术的发展,为建成高产高效矿井奠定了基础。,综采放顶煤技术的优缺点： 优点： 1、综采工作面出煤点增加，容易实现高产； 2、巷道万吨掘进率低，比分层开采低60%左右； 3、工作面搬家次数大大减少； 4、矿井原煤工效、工作面效率明显提高； 5、能源动力消耗大大降低； 6、各项材料消耗大量减少、吨煤成本明显降低； 7、块煤增加可以提高经济效益； 8、开采条件复杂的特厚煤层有更大的适应性。 缺点： 1、回采率降低、含矸率增加； 2、增加采空区自然发火的危险； 3、沼气绝对涌出量增加； 4、煤尘相对含量增加； 5、地面塌陷严重加剧环境破坏程度。,
