煤礦開采中常見采煤工藝的適用條件分析

＊王利強

（晉能控股煤業(yè)集團挖金灣虎龍溝煤業(yè)公司 山西 038300）

引言

在采煤行業(yè)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，衍生出了多種采煤工藝，可以適用于大部分采煤工況，為采煤行業(yè)的整體發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。在煤礦開采的過程中，如何實現(xiàn)對采煤工藝的合理選擇是需要關(guān)注的重點問題。目前的煤礦開采工作已經(jīng)趨于機械化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，但所面臨的采煤工況卻愈發(fā)復(fù)雜，這為采煤工藝的選擇帶來了一定的難度，為能促進采煤效率的提升，對采煤工藝的適用條件展開研究十分必要。

1.煤礦開采中常見的采煤工藝類型

(1)綜采工藝

綜采工藝指的是集采煤、運輸和采空區(qū)處理為一體的系統(tǒng)化采煤工藝（綜采工作面見圖1）。相對于其他采煤工藝來說，其優(yōu)勢表現(xiàn)為開采效率更高，且作業(yè)強度較低，具備安全作業(yè)的優(yōu)勢。目前來講綜采工藝是煤礦開采中的首選采煤工藝，其主要作業(yè)內(nèi)容包括割煤、運煤和采空區(qū)處理。其中的割煤工序又可細(xì)分為破煤作業(yè)和裝煤作業(yè)，常用的割煤機械為滾筒式采煤機，最初是采用單滾筒或者雙滾筒采煤機，在不斷發(fā)展中，為了適應(yīng)更為復(fù)雜的采煤工況，研發(fā)出了可調(diào)節(jié)的雙滾筒采煤機進行割煤作業(yè)，適用性更高且作業(yè)效率也有了明顯的提升。完成破煤操作后，借助結(jié)構(gòu)相對簡單的包煤機進行裝煤作業(yè)，之后采用刮板式輸送機達成運煤目的，主要是由于其與雙滾筒采煤機的作業(yè)效率相匹配可以實現(xiàn)破煤、運煤工序的有效銜接[1]。最后借助液壓支架實現(xiàn)對采空區(qū)域的安全處理，提升采煤作業(yè)的安全性和可靠性。

圖1 綜采工藝工作面立面示意圖

(2)連采工藝

連采工藝具備機械化程度高的特性，為了實現(xiàn)各個采煤環(huán)節(jié)的有效銜接，通常需要借助連續(xù)采煤機來完成破煤以及裝煤作業(yè)，此外還需利用可伸縮的運煤機、錨桿支護結(jié)構(gòu)以及鏟車進行物料搬運與工作面清理，借助多種機械化設(shè)備實現(xiàn)了機械化生產(chǎn)的目標(biāo)。在我國由于受到科技水平的限制，連采工藝還未實現(xiàn)普及應(yīng)用，僅有一些大型的采煤公司采用該種采煤工藝，因其可以實現(xiàn)掘進和采煤作業(yè)的同時推進，有效提升了采煤的效率，同時也可減少勞動資源的投入，可增強采煤的效益。

(3)爆破采煤工藝

采取爆破工藝時，主要作業(yè)內(nèi)容包括爆破、裝煤、運煤、支護以及采空區(qū)域處理等，同樣屬于一項系統(tǒng)性工程。在爆破工藝中，每個作業(yè)工序均單獨存在，需要各個工序相互配合才能實現(xiàn)高效開采的目標(biāo)。該類采煤工藝的特點為所需設(shè)備簡單，在一些較為復(fù)雜的工況中也可適用。爆破采煤工藝中的工作重點為，對爆破位置的合理選擇和對炸藥用量的合理控制，具體作業(yè)中需要根據(jù)礦區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和特點來明確炸藥用量，在保障不破壞支柱、頂板以及輸送機的前提下，合理安排爆破位置，這既可減少炸藥和雷管的使用量，還可保障爆破效果，使煤塊相對均勻。

為此，在針對特定的礦區(qū)采取爆破采煤工藝之前，首先應(yīng)對煤層的頂板穩(wěn)定度以及煤層厚度、地質(zhì)結(jié)構(gòu)硬度等參數(shù)進行分別考察[2]。在此基礎(chǔ)上確定爆破位置，合理設(shè)計鉆孔位置，并使用電鉆進行打孔操作，放置適量的雷管與炸藥。近些年來，隨著煤礦開采率的提升，爆破采煤工藝也逐漸趨于成熟，不論是出塊率還是開采效率均有了很大程度的提升。在爆破采煤過程中，只有從工作面落下的煤塊能跟隨輸送機輸送至指定位置，其余煤塊均需人工裝載，在煤礦產(chǎn)量較大的礦井內(nèi)也可借助裝載機完成煤塊的裝載作業(yè)。

2.依據(jù)采煤工藝特點分析其適用條件

(1)綜采工藝特點及其適用條件

綜采工藝因具備產(chǎn)煤量高，施工效益明顯和安全系數(shù)高等優(yōu)勢備受采煤行業(yè)的關(guān)注。但由于其設(shè)備成本偏高很難實現(xiàn)大范圍應(yīng)用，且綜采工藝技術(shù)對于礦區(qū)生產(chǎn)環(huán)境也提出了較高的要求，其煤層賦存條件必須滿足綜采工藝的應(yīng)用要求才能充分發(fā)揮綜采工藝的優(yōu)勢，保障產(chǎn)煤效率和產(chǎn)煤質(zhì)量。如圖2的綜采工藝順槽運輸機的價格在7-10萬不等。與此同時，應(yīng)用該項采煤工藝時，還對相關(guān)操作人員的專業(yè)能力和管理能力提出了較高的要求，受到生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)人員技術(shù)水平的影響，綜采工藝很難在我國進行大范圍應(yīng)用?？v觀前期的綜采工藝應(yīng)用案例可以總結(jié)出，綜采工藝的適用條件如下：

圖2 綜采工藝順槽運輸機

第一，煤層構(gòu)造應(yīng)相對簡單；第二，煤層賦存應(yīng)相對穩(wěn)定；第三，頂板和底板條件要滿足綜采作業(yè)需求；第四，煤層的傾斜角度在55°以下為宜。礦區(qū)生產(chǎn)條件全面滿足上述要求后才能考慮采用綜采工藝，以此來保障采煤效益[3]。

(2)連采工藝特點及其適用條件

連采工藝的特點表現(xiàn)為成本投入較低、出煤速度快，且機械化程度較高，有效減少了煤礦開采工作中的勞動力投入。與此同時，借助機械化生產(chǎn)也可提高采煤作業(yè)的安全性。除此之外，該種采煤工藝也存在一定的弊端，即作業(yè)空間內(nèi)的通風(fēng)條件較差，作業(yè)環(huán)境較為惡劣，也可能產(chǎn)生一定的資源浪費，使部分煤炭資源難以有效回收。連采工藝的工藝特點決定了其對煤礦區(qū)域的地質(zhì)條件提出了一定的要求，在一些淺層煤礦開采工作中較為適用，總結(jié)前期的煤礦開采經(jīng)驗，其適用條件包括如下幾點：

第一，要求煤層深度不宜過大；第二，煤層結(jié)構(gòu)不宜過于復(fù)雜；第三，煤質(zhì)應(yīng)以硬質(zhì)和中硬質(zhì)煤質(zhì)為主；第四，煤層的傾斜角度應(yīng)處于15°以下，越接近水平的煤層越適合采取連采工藝。與綜采工藝相比，連采工藝的出煤率相對較低，且適用性不強。

(3)爆破采煤工藝特點及其適用條件

爆破采煤工藝的特點表現(xiàn)為機械設(shè)備的用量較少，技術(shù)要求不高，但對于炸藥以及雷管的用量需要相對準(zhǔn)確，同時保障對爆破位置的合理選擇，在滿足上述要求后，方能保障煤礦開采的效率。該種采煤工藝的優(yōu)勢在對于采煤工況沒有較為明確的要求，在我國的采煤技術(shù)政策中指出，對于無法采取機采措施的煤層均可選用爆破工藝。目前來講，一些淺層和益于開采的煤礦越來越少，工況復(fù)雜且地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的煤層開采需求較高。因此，現(xiàn)階段爆破采煤工藝屬于較為常用的采煤工藝。尤其是對于一些傾斜角度較大的煤層和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的煤層，爆破采煤工藝的作用更為明顯，已經(jīng)成為我國煤礦開采工作中必不可少的采煤工藝之一。特別是在煤炭資源需求較大的今天，更應(yīng)加強對爆破采煤工藝的重視，通過技術(shù)改造與升級來改善爆破開采中存在的不足，盡可能提升其單產(chǎn)產(chǎn)量和開采效益。

3.結(jié)語

綜上所述，煤礦開采的過程中，對于采煤工藝的科學(xué)選擇是保障煤礦開采效率和煤炭資源產(chǎn)量的關(guān)鍵性工作內(nèi)容。本文中針對常見的采煤工藝及其特點做出了具體的分析，并且結(jié)合前期的采煤經(jīng)驗對于采煤工藝的適用條件做出了總結(jié)。證實了，在煤礦開采的過程中，應(yīng)綜合考慮煤礦區(qū)域的煤層賦存狀況以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)等因素，方能保障對采煤工藝的合理選擇。此外，應(yīng)該明確的是在選擇采煤工藝時，還需要考慮到經(jīng)濟性因素、安全性因素和生產(chǎn)效益方面的因素，對礦區(qū)工況以及采煤條件作出具體分析后，再選擇適宜的采煤工藝方能保障煤礦開采的效益，促進采煤行業(yè)的整體進步與發(fā)展，為社會生產(chǎn)提供充足的煤炭資源。