煤礦綜合機(jī)械化開采技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展方向

摘 要：我國煤礦資源的儲量十分豐富，需要采取科學(xué)合理的措施，來提高煤礦開采質(zhì)量和效率，而綜合機(jī)械化開采技術(shù)正是煤礦開采的主要發(fā)展方向。文章回顧了我國煤礦綜合機(jī)械化開采技術(shù)的發(fā)展歷程，論述了綜采一次采全高開采技術(shù)、綜合放頂煤開采技術(shù)、短壁機(jī)械化開采技術(shù)在煤礦開采中的應(yīng)用，并展望我國煤礦綜合機(jī)械化開采的發(fā)展方向，以拓展我國煤礦綜合機(jī)械化開采視野，啟迪煤礦綜合機(jī)械化開采技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；綜合機(jī)械化；開采技術(shù)；發(fā)展

前言

煤炭是我國的主體能源，在一次能源構(gòu)成中占據(jù)著70%的份額。我國煤炭資源分布廣闊，煤層賦存條件比較復(fù)雜，與國外相比，我國煤炭開采技術(shù)水平較低，仍是以勞動力密集型的開采為主，因此勞動強度大、開采成本高、安全事故頻發(fā)，影響了煤炭開采效率和煤炭資源采出率。而綜合機(jī)械化采煤工藝在每個環(huán)節(jié)和崗位都不再需要人力的參與，極大地提高了機(jī)械化程度和企業(yè)效益，因此值得大力開發(fā)與推廣。

1 我國煤礦綜合機(jī)械化開采技術(shù)的發(fā)展歷程

煤炭開采主要有露天開采和地下開采兩種方式，其中地下開采約占世界煤礦生產(chǎn)的60%。當(dāng)前國內(nèi)外煤炭開采技術(shù)主要包括綜合機(jī)械化采煤技術(shù)、機(jī)電一體化和自動化煤礦開采技術(shù)。其中，綜合機(jī)械化采煤是目前世界上最先進(jìn)的煤礦開采技術(shù)，其主要設(shè)備是采煤機(jī)、自移式液壓支架、可彎曲刮板輸送機(jī)等，在工作面的破、裝、運、支、處等生產(chǎn)環(huán)節(jié)全部實行機(jī)械化生產(chǎn)。1974年，我國進(jìn)口了德國制造的專業(yè)采煤機(jī)械設(shè)備。1982年，我國開始試驗綜合機(jī)械化放頂采煤法。目前，我國的綜合機(jī)械化煤礦開采技術(shù)主要包括綜采一次采全高、綜合放頂煤、短壁機(jī)械化開采技術(shù)等，其中綜采放頂煤開采裝備技術(shù)居于國際領(lǐng)先地位。20世紀(jì)末，我國僅有一座千萬噸級的煤礦井投產(chǎn)，而截至2015年上半年，我國千萬噸級的煤礦井已經(jīng)超過40處，最高產(chǎn)量也從1.1Mt增長到560Mt。

2 綜采一次采全高開采技術(shù)的應(yīng)用

一次采全高開采技術(shù)主要針對地質(zhì)條件較為簡單，且高度不高的煤層。目前，我國針對不同的煤層高度，設(shè)計出了多套綜合機(jī)械化設(shè)備，能夠有效保障一次采全高的安全性和穩(wěn)定性。

2.1 在薄煤層中的應(yīng)用

總體厚度不超過1.3米的煤層通常被稱為薄煤層。薄煤層開采的作業(yè)區(qū)域狹小，作業(yè)環(huán)境難以得到保證，具有機(jī)械化程度不夠高、開采效率低且存在較大安全風(fēng)險等問題?！笆晃濉彪A段，薄煤層煤礦綜合機(jī)械化開采技術(shù)與設(shè)備被列入重點研究課題，天地科技有限公司成功制造出MG100/238-WD采煤機(jī)，能夠在0.8到1.5米厚度的薄煤層中使用。當(dāng)前，煤層厚度為1米的薄煤層應(yīng)用煤礦綜合機(jī)械化開采技術(shù)，產(chǎn)量可達(dá)到1Mt/a以上。

2.2 在中厚煤層中的應(yīng)用

中厚煤層指的是1.5米到3.5米厚度的煤層。對于中厚煤層的機(jī)械化開采，國內(nèi)外早已擁有了成熟的配套技術(shù)和裝備，且產(chǎn)能極大，最高可達(dá)到5Mt/a。神東公司開采的榆家梁煤礦4-3煤層平均厚度為1.85米左右，是典型的中厚煤層。在該煤層中，神東公司首例使用滾筒采煤機(jī)，一舉實現(xiàn)了煤層的全自動化開采，產(chǎn)量高達(dá)3Mt/a以上。

2.3 在厚及特厚煤層中的應(yīng)用

厚及特厚煤層指的是厚度在3.5米到7米的煤層。這一開采領(lǐng)域是綜合機(jī)械化開采技術(shù)的優(yōu)勢領(lǐng)域，也是國內(nèi)外公司的首要競爭領(lǐng)域。目前，我國煤礦井普遍采用的兩柱大采高支架已經(jīng)能實現(xiàn)最高7.2米的支撐高度，工作阻力達(dá)18.8MN。2009年，神東公司在補連塔煤礦實現(xiàn)了7.0米厚度煤層的綜采。目前，我國實現(xiàn)了機(jī)械化開采設(shè)備國產(chǎn)化的目標(biāo)，已經(jīng)成功研制了電牽引采煤機(jī)、兩柱掩護(hù)式液壓支架、刮板運輸機(jī)等大采高綜采機(jī)械設(shè)備。

3 綜合放頂煤開采技術(shù)的應(yīng)用

綜合放頂煤開采技術(shù)是指使用伸縮皮帶運輸機(jī)、大功率滾筒采煤機(jī)、綜采放頂煤液壓支架等，實現(xiàn)煤礦開采全過程機(jī)械化。放頂煤開采技術(shù)始于歐洲，是厚及特厚煤層安全高效開采領(lǐng)域的主要手段之一，被應(yīng)用在14米到20米厚度煤層開采領(lǐng)域?！笆晃濉逼陂g，國家資金支撐的特厚煤層綜放開采成套技術(shù)與裝備課題專門針對14米到20米厚度的特厚煤層，成功研制出千萬噸級大采高綜放開采成套技術(shù)及設(shè)備。例如ZF1500/25/52四柱大采高綜放液壓支架，能將開采工作面的高度提升到5米，一次性采出厚度接近20米。課題研究成果在大唐公司塔山煤礦進(jìn)行集中試驗和展示，試驗的8105工作面成功實現(xiàn)了千萬噸的年產(chǎn)量目標(biāo)，證明我國在大采高綜放領(lǐng)域走在世界前列。從目前我國在這一領(lǐng)域的發(fā)展水平來看，配備全套國產(chǎn)設(shè)備的綜放工作面年產(chǎn)值可達(dá)5到10Mt，這在世界上屬于領(lǐng)先水平。

4 短壁機(jī)械化開采技術(shù)的應(yīng)用

短壁式采煤法是專門針對不規(guī)則煤柱或塊段區(qū)域的一項開采技術(shù)，在這一技術(shù)領(lǐng)域，我國普遍采用旺格維利采煤法以及連續(xù)采煤機(jī)短壁機(jī)械化開采技術(shù)。這一技術(shù)于20世紀(jì)90年代由澳大利亞引入我國，并已經(jīng)得到廣泛利用。我國相繼研制出WD13梭車、LY系列連續(xù)運輸系統(tǒng)、CMM系列四臂錨桿鉆車、XZ系列履帶行走式液壓支架和EBH/J-13型掘采一體機(jī)等，目前，我國已經(jīng)能夠生產(chǎn)成套短壁機(jī)械化開采裝備，“短壁機(jī)械化連續(xù)系統(tǒng)設(shè)備與工藝”具備國際領(lǐng)先水平。以短機(jī)身單滾筒采煤機(jī)、掘采一體機(jī)短壁開采技術(shù)、連續(xù)采煤機(jī)短壁開采技術(shù)為核心，我國形成了短壁開采技術(shù)體系，以有效回收煤柱及不規(guī)則塊段等煤炭資源。并且長壁開采與短壁開采互為補充，實現(xiàn)了不規(guī)則塊段的機(jī)械化開采。

5 我國煤礦綜合機(jī)械化開采的發(fā)展方向

5.1 難采煤層的開采

難采煤層指的是地質(zhì)條件較為復(fù)雜或者存在地質(zhì)災(zāi)害威脅的煤層，是世界公認(rèn)的開采難題。這種煤層開采難度很大，機(jī)械難以進(jìn)入并連續(xù)工作，安全性也很難得到保障。但我國存在為數(shù)不少的難采煤層需要開采，因此，未來難采煤層的綜合機(jī)械化開采會是一項重點發(fā)展方向。

5.2 中小煤礦機(jī)械化

我國當(dāng)前既有年產(chǎn)量突破千萬噸的國際領(lǐng)先礦井，又有著很多開采技術(shù)和機(jī)械設(shè)備機(jī)器落后的中小煤礦。這些中小煤礦開采效率低，安全系數(shù)低，開采技術(shù)亟待改善。因而，未來適用于中小型煤礦的綜合機(jī)械化開采技術(shù)及配套設(shè)備也是一項重要的發(fā)展方向。

5.3 提高設(shè)備可靠性

我國生產(chǎn)的相關(guān)機(jī)械設(shè)備在裝載功率等參數(shù)上和生產(chǎn)能力上都達(dá)到了國際先進(jìn)水平，但在實際使用中常常出現(xiàn)可靠性不高、使用壽命不長等問題。舉例來說，我國自主研發(fā)生產(chǎn)的大功率采煤機(jī)故障率普遍高于國外進(jìn)口采煤機(jī)，使用壽命也只有進(jìn)口采煤機(jī)的三分之二左右。這就導(dǎo)致了國內(nèi)很多煤礦仍然采用國外進(jìn)口的大功率采煤機(jī)，進(jìn)而限制了國產(chǎn)大功率采煤機(jī)的發(fā)展。因此，我國綜合機(jī)械化開采設(shè)備未來必須朝著可靠性高、壽命長的方向發(fā)展。

6 結(jié)束語

綜合機(jī)械化開采技術(shù)是最具代表性的采煤技術(shù)，也是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的煤礦開采技術(shù)。綜合機(jī)械化采煤工藝在每個崗位和環(huán)節(jié)實現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)，減少了中間環(huán)節(jié)人力資源的參與，極大地提高了效率和產(chǎn)能，提升了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，同時最大程度地避免了煤礦安全事故。綜合機(jī)械化開采技術(shù)的廣泛應(yīng)用必將進(jìn)一步提高采煤的自動化和機(jī)械化水平，推動煤礦開采業(yè)快速、安全、高效發(fā)展。

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