緩傾斜煤層連續采煤機短壁開采工藝研究

陸春澤

（大同煤礦集團有限責任公司晉華宮煤礦， 山西 大同 037016）

引言

我國煤炭資源豐富、儲存條件多樣，其中緩傾斜煤層的煤炭儲量占總儲量的比例較大，加強其開采工藝研究具有舉足輕重的作用。連續采煤機短壁開采技術顯著提升了煤炭資源的回收利用率，企業應提高重視程度，大力推廣該項開采工藝，為煤炭行業的可持續發展提供有效助力。

1 緩傾斜煤層連續采煤機短壁開采工藝概述

1.1 連續采煤機短壁開采工藝的發展歷史

現代煤礦開采需要堅持高起點、高技術、高質量、高效率、高效益的政策才能持續為企業注入新的活力，保證企業不被歷史淘汰。縱觀連續采煤機短壁開采工藝的發展歷史可知，現有的采煤方法主要可分為長壁式采煤法與短壁式采煤法兩類，我國傳統的煤礦企業多采用長壁式采煤方法，但無法提高緩傾斜煤層的開采效率[1]。隨著科技水平的不斷提升，以及人們對采煤工藝的關注，已經逐漸形成了一套完善的適用于緩傾斜煤層開采的設備體系，利用連續采煤機、錨桿機、梭車等設備實現了連續作業，有效提升了煤炭開采效率。在上世紀八十年代，履帶式自移液壓支架應用于煤炭生產行業，實現了連續的機械化開采，工作效率與煤炭利用率得到了顯著提升。

1.2 連續采煤機短壁開采工藝選擇的要求

選擇合理有效的開采工藝對煤礦企業的健康發展有著深遠影響，企業需要根據工作面煤層的儲存情況與當地的地質水文條件選擇不同的技術裝備進行開采。進行煤炭開采工藝選擇時應注意以下事項，其一是選擇的連續采煤機短壁開采工藝需要具有先進有效的技術。其二是該項工藝要能滿足礦區煤層頂底板條件，以此確保開采過程的安全性。其三是開采工藝需要配備現代化設備，保證工作面安全生產，提高煤炭回采率。選擇開采工藝時需要將方方面面的因素納入考慮范圍，除了煤炭產量外，還應注意工作面頂底板條件、涌水量、巷道寬度與坡度、布置形式等要素，以免在開采過程中埋下安全隱患，給企業帶來不必要的經濟損失與人員傷亡。

1.3 連續采煤機短壁開采工作面的應力分布

緩傾斜煤層開挖后，煤體的應力結構會重新分布。一般情況下，當一條支巷回采完畢后，前方煤體的應力會更加集中，應力集中系數變為1.2，應力增高區域分布在前方25 m左右。緩傾斜煤層的應力分布與支巷回采數量有關，其數量越大，應力系數也隨之升高，當采至停采線時，此時的集中應力為原巖應力的兩倍多。據研究分析可知，回采空間增大后，頂板垮落會變得更加充分，各個方向的應力相互疊加，使得應力集中系數不斷增大。隨著另一條支巷施工的進行，煤層的應力峰值前移，壓力逐漸釋放，有利于回采作業的順利進行[2]。

1.4 連續采煤機短壁開采工作面的礦壓特征

在實際開采中，連續采煤機短壁開采工作面的開采方式與傳統方法差異較大，需采用獨特的工作面頂板管理方法。利用全部垮落法作業時需要保證頂板巖層達到極限垮落步距，此時頂板巖層垮落形成采場來壓。利用留設煤柱法管理頂板時，可人為控制頂板垮落，此時的礦壓并不明顯。為了提高緩傾斜煤層開采作業的安全性與科學性，工作人員可在開采初期采用留設煤柱法管理頂板，隨后使用全部垮落法管理頂板。在回采作業中，行走液壓支架壓力的浮動范圍較小，原因是留煤柱的支撐作用保證了煤炭開采安全，降低了工作面基本頂大規模斷裂事故的發生幾率。

2 緩傾斜煤層連續采煤機短壁開采工藝存在的問題

2.1 開采工藝設計不合理

連續采煤機短壁開采工藝需要布置兩條巷道才能滿足煤炭開采需求，其中一條作為膠帶運輸巷，另一條作為輔助運輸巷，工作人員可在其單側或雙側位置處布置支巷，以便于進行采硐回采。現階段，煤炭開采工作大多集中于近水平煤層中，然而緩傾斜煤層角度一般為8°～25°之間，傾斜角度過大，如果開采設計不合理將會大大降低工作效率，影響煤礦開采企業的經營利潤。煤礦企業進行工藝設計時需要認真考慮巷道布置角度及相關參數，以免在開采中出現過大的仰采或俯采角度。總之，開采工藝設計不合理可能導致機械設備運轉不正常，開采效率得不到有效保障。

2.2 三角煤資源遺失

連續采煤機在實際作業中通過切槽和采垛等步驟完成掘進過程，形成矩形斷面巷道。緩傾斜煤層傾角較大，設置連采工作面時，可能導致一定程度的三角煤炭資源遺失問題，不僅降低了煤炭利用率，也對煤礦工人的生命安全造成了一定威脅。

2.3 設備選型不科學

設備選型的科學性與緩傾斜煤層的開采質量與效率密切相關。緩傾斜煤層的角度問題加大了設備選型困難程度，隨著工作面開采角度的增大，連續采煤機需要在極限角度狀態下運行，工作人員選擇設備型號時應充分考慮這一情況。目前我國很多煤礦企業還存在設備維護管理不到位的問題，連續采煤機需要長時間在角度過大的煤層上運轉，機械磨損較為嚴重，需要進行精心的維護才能保證使用質量、延長使用壽命。另外，運輸也是煤礦開采作業的重要環節，梭車需要適應跨度較大角度，因此選擇困難較大。且運輸過程中涉及的其他支護與輔助運輸設備也面臨相似的選擇問題[3]。

3 連續采煤機短壁采煤工藝的優勢

緩傾斜煤層工作面采用連續采煤機短壁工藝后顯著提高了開采效率與質量，對煤礦企業的發展具有良好的促進作用。該種采煤工藝還提高了工作面設備運行的安全性與穩定性，能夠確保開采設備在合理的角度范圍內高效運行。連續采煤機短壁開采工藝避免了三角煤資源的浪費現象，顯著提升了煤炭利用率。

4 緩傾斜煤層連續采煤機短壁開采工藝優化

4.1 優化開采工藝方案

科學的煤炭開采方案是提升煤礦回采利用率的前提，煤礦企業需在開采之前做好準備工作，制定完善的開采工藝方案。針對緩傾斜煤層開采中存在的問題，應全面分析連續短壁開采技術的特點，重點分析工作面的實際情況與現有的生產系統，采用與等高線成偽斜的方式布置主運輸巷道、輔助運輸巷道以及支巷，將支巷角度控制在10°范圍內。緩傾斜煤層開采方案還應滿足回采采硐的截割要求，在方案中確定科學合理的設備型號。在三角區域選用截割頭截割振動的方式開采煤炭。

4.2 采用履帶式連采設備

煤礦開采過程中的主運輸巷道一般為單巷布置，角度均在10°以上，且長度較長，選擇設備型號時應將這一情形考慮進去。履帶式連采設備的適應角度能力強，在緩傾斜煤層開采中應用效果良好，梭車和運輸系統都是良好的履帶式連采設備。梭車具有運行靈活、運輸量大的優點，還可以同時實現煤炭的間斷式和連續式運輸，在煤礦企業中有著廣泛應用。運輸系統的機身體積小，因此具有調車輕松的優勢，不受長度限制。

4.3 合理安排施工工序與切割方式

為了確保煤礦開采過程的質量與效率，工作人員需要確保施工工序與切割方式的合理性。一般來說，緩傾斜煤層采用前進式間隔的巷道完成掘進工作。雖然連續采煤機在工作中會出現部分上三角煤無法開采的情況，表面上降低了煤炭開采利用率，但由于在選取巷道位置時靠近北翼巷道等區域，留下的三角區面積較小，可采用截割頭反復截割三角區域煤炭的方式，促使該區域的煤炭快速掉落。在實際開采中，由于緩傾斜煤層的傾斜角度過大，連續采煤機會存在進刀困難的問題，既降低了煤炭開采效率，又威脅了煤礦工人的人身安全。工作人員需要在截割時調整連續采煤機的進刀方式，將其改為從巷道底板進刀，在降低機械設備重心的同時，增加了連續采煤機與底板之間的摩擦力，從而可以減少調機次數，實現割煤與裝煤的連續性，提升煤礦開采效率。

5 結語

緩傾斜煤層儲量豐富，但開采難度大，因此應合理利用連續采煤機短壁開采工藝，并不斷進行開采工藝的優化升級。針對開采過程中存在的問題，可通過優化開采工藝方案、采用履帶式連采設備、合理安排施工工序與切割方式等措施加以解決，確保煤炭開采作業的順利進行。