綜采工作面采煤工藝技術(shù)的應(yīng)用

＊韓興華

（山西晉盂煤業(yè)（集團(tuán)）有限公司 山西 045100）

近些年來，國內(nèi)的煤礦開采技術(shù)和方式，也在緊跟著科學(xué)技術(shù)的提高而交替更新著。相較于傳統(tǒng)采煤開采技術(shù)，綜采工作面采煤工藝技術(shù)，由于其具備采煤效率高，安全性高等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用。由于我國地質(zhì)條件相對(duì)特殊，煤層分布較為復(fù)雜，所以使用的采煤技術(shù)較多，比如傾斜長臂開采技術(shù)。然而應(yīng)用傾斜長臂開采技術(shù)開采長距離傾斜巷道的過程中無法順利、高效的運(yùn)輸，所以作業(yè)需求得不到滿足。此外，還有很多技術(shù)手段都存在弊端，如回采率低下，影響了整個(gè)作業(yè)的施工效率。還有個(gè)別采煤技術(shù)無法保障作業(yè)人員的人身安全，這也影響了開采工作的開展。不僅如此，開采環(huán)境中還充滿了不確定因素，如何降低人工開采占比與提高機(jī)械化比例，增加安全系數(shù)的同時(shí)降低煤礦開采過程的成本，提升開采效率，是如今許多煤礦企業(yè)面臨的首要問題。

1.綜采工作面的定義

綜采工作面的全稱叫做綜合機(jī)械化回采工作面，因采煤效率高而被廣泛應(yīng)用，主要適合被用于環(huán)境、坡度穩(wěn)定且內(nèi)部斷層少的煤礦。綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)，由采煤機(jī)組和運(yùn)載機(jī)組共同組成，采煤機(jī)組使用方式繁多、作用面廣、實(shí)用性強(qiáng)。把刮板機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架和乳化液泵站等合理拼裝，同時(shí)使用基礎(chǔ)設(shè)施，如：在轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)和超前支護(hù)、支架等，來起到支撐的作用。這樣便搭建出了一整套綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)。生產(chǎn)煤炭時(shí)，在綜采機(jī)械設(shè)備運(yùn)行階段，添加自動(dòng)化技術(shù)，便可以把破煤、運(yùn)煤、裝煤、支護(hù)以及采空區(qū)處理整合。因此，它不僅可以增加工人們?cè)诿禾块_采過程中的安全性，更可以增加機(jī)械化比例，降低人工占比，加快實(shí)際生產(chǎn)效率[1]。

2.綜采工作面的工藝程序和組織模式

(1)綜采工作面的工藝程序

①明確綜采工藝設(shè)備需求

綜采工作面，在大多數(shù)的情況下都是十分復(fù)雜的，包括開采、支護(hù)、裝運(yùn)、人員組織以及疏散等。實(shí)際工作中綜采工作面需使用多臺(tái)機(jī)械設(shè)備才能完成作業(yè)，其中包括轉(zhuǎn)載機(jī)、采煤機(jī)以及皮帶運(yùn)輸機(jī)等，如圖1所示，這些設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行的過程中很容易受地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響。在煤礦開采方面需要采煤設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、液壓設(shè)備等，而轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)等設(shè)備被應(yīng)用在巷道運(yùn)輸上，在安全方面則是調(diào)度機(jī)和廣播機(jī)等。

圖1 綜采工作面設(shè)備布置圖

②明確綜采工藝開采、裝載與運(yùn)輸流程

實(shí)際工作期間，工作人員必須了解綜采技術(shù)的開采流程，運(yùn)輸流程和裝載流程，遵守開采制度的同時(shí)，更應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)下情況，確定好開采方式和運(yùn)輸方式。使設(shè)備的參數(shù)簡單明了，在觀察過設(shè)備的直徑與高度等方面的數(shù)據(jù)后，知曉設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中能夠達(dá)到的上下閾值，再根據(jù)參數(shù)優(yōu)化滾筒配備。

煤炭裝運(yùn)工作中工作人員還應(yīng)考量刮板輸送機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)能力，確保其能力最大化可以順利、高效地完成運(yùn)輸工作。整個(gè)工作中工作人員還應(yīng)明確機(jī)械設(shè)備運(yùn)行模式與雙滾筒采煤工藝，在雙滾筒采煤工藝運(yùn)作模式中應(yīng)用效果最佳、性能最強(qiáng)的是應(yīng)用前滾筒切割頂部并由后滾筒切割底部的工作模式，這不僅能將工作質(zhì)量、效率大幅提高，還能推動(dòng)后續(xù)工作的開展。

③明確綜采工藝安全管理

因?yàn)樵诿旱V開采的過程中，工作量大，流程復(fù)雜，所以就更加需要注意安全開采的重要性。就綜采工藝程序來說，其安全問題主要存在于支護(hù)的管理方面，在挑選端頭和支護(hù)等設(shè)施時(shí)，要嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》來進(jìn)行選擇。如果忽視支護(hù)的作用，那么勢(shì)必會(huì)埋下安全隱患[2]。所以實(shí)際工作的過程中應(yīng)基于工程條件需要，結(jié)合工作面礦壓情況、支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及安全性要求等合理選擇支架的類型。

通常情況下，采煤工作面端口的懸頂相對(duì)較大，放置的設(shè)備偏多，這一端口還是材料、工作人員的出入口，一旦端口出現(xiàn)問題，不僅會(huì)影響工作面的安全生產(chǎn)，還會(huì)對(duì)人員的生命造成威脅，在此背景下，采煤企業(yè)將承擔(dān)極大的損失?；诖耍ぷ魅藛T應(yīng)科學(xué)開展支護(hù)管理工作，其可選擇的支護(hù)方法包括單體支柱支護(hù)和液壓支架支撐等，針對(duì)順槽巷道可使用的支護(hù)方法包括梯形、拱形支架支護(hù)等形式。

(2)綜采工作面的組織模式

綜采工作面的組織模式主要分為作業(yè)模式、工作人員管理和開采率。首先在作業(yè)模式中綜采作業(yè)的模式較為靈活，通常實(shí)行三班制輪換，8小時(shí)工作，8小時(shí)休息，8小時(shí)工作，這需要兩個(gè)班組互相進(jìn)行配合工作，一個(gè)班組待命準(zhǔn)備。

其次在工作人員方面，由于綜采工作較為繁復(fù)，工人的分配方式也多種多樣，一般情況下都是按照工種進(jìn)行分組工作，但工作核心依舊是在保障生命安全的前提下提高生產(chǎn)效率。

最后在開采率方面，提高開機(jī)率往往是提高采礦效率最好的方法，這樣便可以使設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和采煤量達(dá)成正增長，降低開采浪費(fèi)的時(shí)間、交班時(shí)間。

盡管綜采工作面采煤工藝技術(shù)中的自動(dòng)化機(jī)械比例越來越高，但是依舊存在著許多問題。要保證開采的不間斷性，則一定要注重平日里對(duì)于機(jī)械設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，避免開采過程中出現(xiàn)設(shè)備故障，零件缺失等問題，進(jìn)而浪費(fèi)時(shí)間維修設(shè)備，大幅降低效率。與此同時(shí)，也要發(fā)展人工遠(yuǎn)程操控技術(shù)，降低風(fēng)險(xiǎn)，保障工人們的生命安全。除此以外，各煤礦產(chǎn)業(yè)企業(yè)還應(yīng)當(dāng)合理控制開采發(fā)掘速度。一方面，避免因速度過快而引發(fā)事故。另一方面，理應(yīng)重視國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針。

3.綜采工作面采煤工藝技術(shù)特點(diǎn)

據(jù)實(shí)踐，綜采工作面采煤工藝技術(shù)包含很多技術(shù)特點(diǎn)。其一，綜采工作面高度和開采高度均是由低至高同向變化。通常情況下，綜采工作面高度達(dá)到5m左右工作人員應(yīng)合理采用采煤工藝將其推至向后塌陷，在達(dá)到20m左右便可滿足開采高度標(biāo)準(zhǔn)。其二，在綜采工作面施工中合理應(yīng)用采煤工藝技術(shù)不僅能提升工作面的產(chǎn)量，還能將作業(yè)質(zhì)量、效果大幅增強(qiáng)，正因如此，采煤工藝技術(shù)受到了廣大采煤企業(yè)的關(guān)注與青睞。其三，采煤工藝技術(shù)所需的成本費(fèi)用相對(duì)較低，工作人員無需大范圍鋪設(shè)頂板、采掘巷道，基于各設(shè)備存在的聯(lián)系便可進(jìn)行分層開采作業(yè)，也可基于同異向完成開采。而要想將采煤工藝技術(shù)的作用、價(jià)值最大限度的發(fā)揮，采礦企業(yè)可在煤層穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡單的環(huán)境中應(yīng)用此技術(shù)，在這一過程中還要確保工作面作業(yè)的傾斜角低于12°。

4.綜采工作面采煤工藝技術(shù)的應(yīng)用

(1)割煤方式的控制

在采煤作業(yè)面的施工中，應(yīng)該根據(jù)工作面的條件選擇采煤的方式。常見的割煤方式有：單向割煤和雙向割煤。如果選擇單向割煤的施工方式，那么在施工過程中必須注意下列幾點(diǎn)：①進(jìn)刀時(shí)的方向，必須從上到下，但是清理的方向則截然相反，要求從下到上。②在采煤施工作業(yè)時(shí)，時(shí)常發(fā)生輸送機(jī)下滑事故，為了盡可能的避免事故的發(fā)生，在開工之前，務(wù)必校對(duì)工作面的傾斜角度。③在工作面時(shí)，如果要進(jìn)刀，則必須掌握好進(jìn)刀的深度，深度在90cm左右即可。

(2)液壓支架的控制

在進(jìn)行開采作業(yè)時(shí)，中液壓支架由于重心的原因，可能出現(xiàn)側(cè)倒的情況，威脅工人的生命健康安全。所以想要消除安全隱患，則必須將防護(hù)作為液壓支架控制的重要內(nèi)容。如果是固定支架，可以放置千斤頂解決。如果是移動(dòng)支架，則要在保證支架堅(jiān)固的前提下，再使用移動(dòng)整體的方法來進(jìn)行控制。除此以外，還要根據(jù)開采現(xiàn)場(chǎng)來規(guī)劃高效、科學(xué)、安全的采煤方式，正常情況下，液壓支架的重心點(diǎn)不能大于3m。

(3)相關(guān)技術(shù)的運(yùn)用

①檢測(cè)技術(shù)。如今，社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)展促使綜采機(jī)械化和自動(dòng)化成為了主要發(fā)展趨勢(shì)，而且綜采自動(dòng)化系統(tǒng)普遍應(yīng)用到了煤礦作業(yè)中，系統(tǒng)剖析綜采工作面采煤工藝技術(shù)不僅能提高開采作業(yè)的質(zhì)量、效率，還能將施工難度大幅度降低。實(shí)際工作中為了確保開采工作順利、有序地進(jìn)行，采煤企業(yè)應(yīng)先明確煤礦資源具體位置，在此背景下，很多企業(yè)常會(huì)使用導(dǎo)航技術(shù)自動(dòng)定位采煤部位。雖然這一技術(shù)方法的便捷性強(qiáng)、效率高，但企業(yè)也應(yīng)考慮將此技術(shù)與其他技術(shù)手段融合到一起，以此降低開采作業(yè)的失誤率，這樣工作人員無需過多開展人工檢測(cè)工作，再使用自動(dòng)化采煤技術(shù)替代人工采煤，還能將開采的質(zhì)量、效率大幅提高，人員的生命安全也能得到保障。

②識(shí)別技術(shù)。以往開展的采煤工作都是由工作人員憑借經(jīng)驗(yàn)并不斷嘗試，以此辨識(shí)煤巖界面，但要想推動(dòng)煤礦開采工作向著機(jī)械化、智能化方向發(fā)展，企業(yè)還應(yīng)使用自動(dòng)化技術(shù)辨識(shí)煤巖界面。目前應(yīng)用最為廣泛的識(shí)別技術(shù)是熱紅外識(shí)別技術(shù)，這一技術(shù)的誤差率低，使用也很便捷，所以在很多煤礦開采工作中都得到了運(yùn)用。

③保障技術(shù)。開采工作的核心目標(biāo)是進(jìn)行連續(xù)性生產(chǎn)，然而要想達(dá)到這一效果，采煤企業(yè)應(yīng)將自身的應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)能力大幅提高。日常工作期間，企業(yè)不僅要提升輸送平衡控制技術(shù)水平，合理管控開采速度規(guī)避危險(xiǎn)；還應(yīng)大力發(fā)展防撞技術(shù)，這可防止設(shè)備設(shè)施運(yùn)行環(huán)節(jié)發(fā)生碰撞或摩擦，至于煤礦開采風(fēng)險(xiǎn)也能大幅降低。不僅如此，工作人員還應(yīng)合理應(yīng)用遠(yuǎn)程技術(shù)，由工作人員遠(yuǎn)程操作，使用機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化施工，這也可對(duì)人員的安全進(jìn)行保障。

④記憶技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用需由技術(shù)人員、綜采工作面全面支撐。實(shí)際工作的過程中，技術(shù)人員應(yīng)先掌握記憶技術(shù)方法和使用流程，再予以操作，將指令輸入到系統(tǒng)中，借助指令完成采礦工作，這不僅能提高開采工作的效率與安全性，還能減輕工作人員的工作量。

(4)裝運(yùn)煤注意事項(xiàng)

參照施工現(xiàn)場(chǎng)的裝運(yùn)煤情況，在采煤時(shí)，最好采用滾筒式采煤機(jī)，而在開采浮煤時(shí)，應(yīng)采用刮板輸送機(jī)，兩者同時(shí)進(jìn)行。運(yùn)煤裝煤的過程中，會(huì)因?yàn)轭嶔さ仍虻袈涿禾?，需要派遣工人及時(shí)的掃集散落的煤炭，放進(jìn)刮板輸送機(jī)中。整體流程為，在帶式輸送機(jī)、支架、刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)的協(xié)同下，把綜采工作面產(chǎn)出的煤炭運(yùn)輸出去。

5.綜采工作面應(yīng)用采煤工藝技術(shù)的案例解析

（1）工程情況。本文以我集團(tuán)公司下屬的某礦為例，在15504綜采工作面配備了設(shè)備列車、膠帶機(jī)等設(shè)備，由于該礦巷道的地勢(shì)呈現(xiàn)里高外低，所以該區(qū)將綜采工作面煤柱長度預(yù)設(shè)為30m，采面走向長度是1600m，傾斜長度為214m。

（2）采煤機(jī)工作模式及采煤工藝生產(chǎn)流程。結(jié)合該工程的生產(chǎn)情況與條件，企業(yè)使用了采煤機(jī)工作模式。借助后滾筒切割底部煤、余煤，再用前滾筒切割頂部煤，這一切割形式不僅十分穩(wěn)定，而且實(shí)用性較強(qiáng)，正因其具備這些優(yōu)勢(shì)，所以深受采煤企業(yè)的青睞。

圖2為該工程采煤工藝流程圖，實(shí)際工作中企業(yè)使用的是斜切進(jìn)刀形式，結(jié)合工作面傾斜度確定進(jìn)刀距離是35m。在裝運(yùn)煤的過程中，因其操作流程相對(duì)復(fù)雜，企業(yè)需經(jīng)過前后密切與銜接才能完成。實(shí)際操作期間需用采煤機(jī)割煤，再用刮板輸送機(jī)裝載煤炭，在工作面前需用刮板輸送機(jī)承接煤壁的側(cè)浮煤，在工作面后方還要使用刮板輸送機(jī)裝載頂煤，再將煤炭輸送到轉(zhuǎn)載機(jī)開展破碎處理，使用膠帶機(jī)將其運(yùn)輸出去。移架工作中企業(yè)需使用4架支架追機(jī)移架，為了避免頂板發(fā)生破碎情況，企業(yè)可利用超前移架保護(hù)頂板。

圖2 A礦區(qū)采煤工藝生產(chǎn)流程

至于采煤效果，此綜采工作面的整體采煤作業(yè)效果較佳，煤礦的日產(chǎn)量高達(dá)3500余噸，可將當(dāng)?shù)厣鐣?huì)的煤炭需求有效滿足[3]。而且設(shè)備在長期運(yùn)行后的磨損程度極低，這也縮減了企業(yè)調(diào)試設(shè)備并檢修的成本，而設(shè)備的使用壽命也得以延長。由此可見，企業(yè)工作人員嚴(yán)格按照工程標(biāo)準(zhǔn)使用采煤工藝技術(shù)開展施工作業(yè)，不僅將該工藝技術(shù)的作用全面發(fā)揮，還進(jìn)一步擴(kuò)大了其應(yīng)用范疇，這對(duì)于我國很多同類型的采礦工程都可提供技術(shù)應(yīng)用指導(dǎo)，也能推進(jìn)我國煤礦開采行業(yè)的發(fā)展。

6.結(jié)束語

總而言之，社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展帶動(dòng)了我國產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，煤礦企業(yè)應(yīng)把握轉(zhuǎn)型契機(jī)并加大對(duì)新工藝技術(shù)的研究力度。由于傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)存在回采率低、無法保障人員安全等問題，所以煤礦企業(yè)應(yīng)將保障技術(shù)、識(shí)別技術(shù)等先進(jìn)、高效的采煤工藝技術(shù)應(yīng)用到綜采工作面中，這不僅能提高綜采工作面的自動(dòng)化與機(jī)械化水平，還能為作業(yè)人員提供安全、良好的工作環(huán)境，這可規(guī)避很多隱患與危險(xiǎn)。同時(shí)科技水平的提升帶動(dòng)了我國采煤工藝技術(shù)的發(fā)展與革新，我國科研部門也應(yīng)加大對(duì)開采技術(shù)的研發(fā)力度，再將新型工藝應(yīng)用到綜采工作面中，勢(shì)必會(huì)帶動(dòng)我國煤礦開采工作的發(fā)展。