无人工作面采煤技

采矿新技术制作人：丁国荣时间：2010年8月概述

煤炭是上亿年形成的不可再生资源。据测算我国目前煤炭资源回收率平均仅为30%，乡镇煤矿仅为10%。提高煤炭资源回收应采要研制各种条件下开采方法及机械与装备。①薄煤层高效开采技术；②厚煤层高效开采技术；③地下气化技术；

无人工作面采煤技术无人工作面采煤指：工人不出现在回采工作面内，而是在回采工作面以外地点操作和控制机电设备，完成破煤、装煤、运煤、支护和处理采空区等各项工序。无人工作面最大特点：1.使工人摆脱较危险的工作地点，把工人从繁重的体力劳动和恶劣的工作环境中解放出来。2.能使一些普通方法无法开采或很难开采的煤层得以开发，提高资源利用程度。无人工作面分类：1、按采煤机设备的种类分为：煤锯采煤、水力采煤、刨煤机采煤、钻机采煤、综合机械化采煤。

2、按开采时是否改变煤的聚集状态分为：（1）改变煤的聚集状态化学方法：如煤的地下气化、地下分馏等（2）不改变煤的聚集状态物理方法（机械方法）第一节煤锯无人工作面开采煤锯采煤是1910年在德国出现的。煤锯主要用来开采厚度0.3~5m的围岩稳定的倾斜和急倾斜煤层。第一节煤锯无人工作面开采煤锯一般是由双向割煤的碎煤刀组成，碎煤刀上有截尺，截尺上钳有合金钢片。一般每0.5~1m安装一组碎煤刀，煤锯与牵引钢丝绳相连接，钢丝绳通过两个出口绕过导向滑轮，与位于巷道中的绞车相连接。绞车带动牵动引钢丝绳，使锯绳压紧煤壁，做往复切割运动，煤锯就拉出一个槽沟，随着槽沟的加深，煤壁在矿山压力的作用下，自行垮落破碎，然后靠煤炭自溜运出工作面，再由巷道中的输送机将煤运出。煤锯采煤工人不进人工作面工作，只是在巷道中开动绞车和移动导向滑轮，大大减轻了工人的劳动强度，而且设备简单，所以曾一度得到广泛应用。煤锯采煤的缺点首先是设备，尚没有理想的可靠的煤锯，现有的煤锯工作性能差、可靠性低，经常出现卡绳和断绳事故。其次是煤锯采煤中的顶板管理问题没有得到解决。即使在顶板稳定的条件下，也经常发生冒顶事故，顶板的冒落和底板的滑落都使回采工作不能正常进行。螺旋钻采煤法的概况：螺旋钻采煤法是无人采煤工作面中较为成熟的一种方法。该采煤法广泛地用于开采围岩不稳定的薄煤层和极薄煤层，还可用于开采边角煤和回收各种煤柱。我国徐州矿务局2000年从乌克兰购回一套螺旋钻采煤机组，在韩桥矿使用，年产在4-5万吨左右。山东新汶矿务局引进乌克兰机组。机组价格在300万元人民币左右。安徽国投新集、河北金牛集团（邢台局）、邯郸局等企业均引进了该机组。目前山东新汶已实现了机组的国产化。

第二节螺旋钻机无人工作面开采井下常用螺旋钻机开采厚度为0.45~1.5m的缓倾斜煤层。钻头直径比煤厚小50mm一般为0.4~1.45m，每节螺旋钻杆的长度1.2~1.9m，启动功率一般为30~200kW。按切削方式不同螺旋钻机可分为正面钻进和侧面钻进螺旋钻机。井下采煤多用侧面钻进螺旋钻机。1－螺旋钻杆；2－中间通风管；3－轴承座；4－钻头；5－变速器；6－控制箱螺旋钻机钻头割煤钻机在顺槽中工作状态后退式工作面主要设备布置

适用条件（1）煤层较稳定，构造较简单；（2）顶板一般稳定，底板较完整；（3）煤层厚度在0.6～1.5m之间。新汶南治煤矿工作面的主要设备为：BSHK-2DM型螺旋钻采煤机，其主要技术参数为：钻高0.65m，钻宽1905mm；钻深（上山方向）85m；下山方向钻深45m；电机功率110×2+15kW；钻进速度1.0m/min。目前世界各国都在对螺旋钻机进行改进和完善研究工作，其主要研究方向是：研制出性能更加可靠的钻机，保证能全部或部分地采出钻孔间的煤柱，以减少煤炭损失；研制出根据煤层厚度可控制钻头的各种装置；研制出在煤层能安全地钻进更大的长度，能连续地接长钻杆的螺旋钻机等。螺旋钻机采煤的条件及评价螺旋钻机采煤法适用于倾角15°以下、厚度0.5~1.5m的煤层，煤的切割阻力不大于250kN／m。同时要求煤层中不含黄铁矿和石英石结核，煤层无自然发火倾向，煤层无突出危险，无冲击地压危险。一般不适用于开采无烟煤。当煤层顶底板起伏较大时螺旋钻机采煤也比较困难。螺旋钻机采煤法对开采围岩不稳定的薄和极薄煤层是一种有效的方法，在这种条件下用综采很困难。螺旋钻机还可以用来开采边角煤和回收各种煤柱。在极薄煤层中，其他机械化采煤很困难，劳动条件和工人的工作环境、安全问题都较突出。尽管螺旋钻机采煤巷道掘进效率高，丢煤较多，但用人少，效益较好，同时还可以使一些平衡表外的储量得到开采，提高了工业储量，多回收了地下资源，延长了矿井的服务年限。螺旋钻机采煤随着扩孔钻头的应用和完善，必将有一个较大的发展。刨煤机采煤法刨煤机是一种截深浅而牵引速度快的采煤机械。它与工作面刮板输送机组成一体而成为一套具备落煤、装煤和运煤的机组。煤刨上的刨刀从煤壁落煤，同时利用煤刨的犁面把刨落的煤装人输送机。第三节刨煤机无人工作面开采从1971年开始，顿涅茨克煤管局利用刮刨机开采倾角3°~5°的极薄煤层，煤层的直接顶为裂隙发育的厚度的8~9m的砂质页岩，底板为砂质页岩，采用不支护采空区的刮刨机刀柱式采煤系统。刀柱式采煤工艺系统中工作面长100~120m，由刮刨机采煤，采空区不支护。在工作面与巷道的连接处架设木垛保护巷道，采煤工作在顶板冒落前结束。当采空区宽度达到13~20m之后，重新开切割眼，从工作面拆除刮刨机，安装在新的开切眼内。新开切眼应提前准备出。在采空区之间留下3~5m的煤柱。我国刨煤机的概况:

从1976年我国成功试制出第一台MBJ-1型拖钩式刨煤机后，在其后30余年时间里，我国共开发了两种型式（拖钩式和滑行式）8种规格的刨煤机。刨煤机的优点：（1）刨煤机实现了落煤、装煤、运煤的联合机械化。（2）刨煤机动力部分放在两侧巷道中。刨头较低，适用薄煤层工作面。（3）刨煤机结构简单，使用、维修方便。（4）可开采有突出危险的煤层。（5）操作安全，司机可在顺槽里操作，无须在工作面内跟机作业。（6）同电液控制的液压支架配套后，可实现由井下无人工作面作业。刨煤机的应用条件：

（1）煤层硬度：煤层越硬，刨煤机的刨削阻力和横向反力越大，刨头稳定性越差，设备寿命越短。煤层夹矸的位置、硬度、厚度对刨煤机都有较大的影响。煤层节理的发育程度和发育方向对刨煤机刨削阻力影响极大。（2）围岩条件：底板平整、硬度较大；直接顶稳定；矿山压力作用有利于刨煤机刨煤。（3）煤层赋存情况：煤厚0.6m-2.5m，采高越大，刨头稳定性差，需增加辅助导向装置。（4）工作面倾斜长度：刨煤机的切割速度已达3m/s，在工作面两端需留15～20m减速段。第四节综合机械化无人工作面开采

滚筒采煤机配液压支架综合机械化采煤顿涅茨克煤矿机械设计研究院首先研制出了用于缓倾斜薄煤层的KTⅡ型综采机组。这种综采设备专门适用于厚度0.45~0.9m、倾角18°~20°的煤层。薄煤层滚筒采煤机特点：①适应于煤层厚度变化较大的工作面；②对煤层顶底板起伏变化适应性强；③适用于含有夹矸煤层的回采；④过断层能力强；⑤对工作面长度要求比刨煤机短。薄煤层滚筒采煤机要求：（1）机面高度低。（2）新一代薄煤层滚筒采煤机的总装机功率不应小于400kW，（3）采煤机常用截深为0.63m、0.8m。最大的截深已达1.0m。常用开采速度为2～4m/min，最大牵引速度可按6m/min。当工作面实现远程控制自动化作业开采速度可达10～15m/min，最大牵引速度可达20m/min。（4）可双向采煤，自开缺口。（5）故障少，可靠性高，检修维护方便。（6）过煤空间大，要求机身下面过煤空间不小于250mm，以保证煤流能顺利通过。大同矿务局云岗煤矿—薄煤层滚筒采煤机应用实例

工作面概况：煤层平均厚度小于1.3m，煤层倾角为2～6.6°，平均4°，直接顶和底板分别为12m和13m厚的粉细砂岩互层，工作面长150m。工作面主要设备及性能：①采煤机：IMC-200型双滚筒采煤机，生产能力245t/h；②输送机：SGB-630/220型可弯曲刮板输送机，运输能力450t/h；③转载机：SZB-730/75型桥式转载机，运输能力630t/h；④胶带输送机：DSP-1063/1000型，运输能力630t/h；⑤液压支架：BZY-520型支撑掩护式液压支架，支撑高度1.0～1.75m，初撑力3958kN，工作阻力5100kN；⑥端头支架：ZY-560型，支撑高度1.65～2.65m，初撑力4736kN，工作阻力5600kN；⑦乳化液泵：MRB-125/31.5型，压力31.5MPa，流量125L/min。

第五节水力采煤水力采煤是利用高压水射流破落煤体，并利用水力来完成运煤和提煤的采煤方法。水采矿井的主要生产过程是：水力落煤、水力运输、水力提升和地面脱水四个环节组成。水力采煤的适用条件旱采机械化开采有困难的倾斜、急斜煤层以及煤层倾角在7°以上，地质构造复杂，煤层厚度中厚以上的不稳定煤层。顶板稳定或中等稳定，瓦斯含量小，煤质中硬或中硬以下（不含硬而厚的夹矸），底板遇水不泥化，倾角7°~35°，煤厚3~8m的缓斜、倾斜煤层。煤尘危害较大，工作面淋水严重或丢失残煤较多需复采的井区。第六节煤炭地下气化煤炭的地下气化原理是由俄国著名化学家门捷列夫在1888年提出的，我国1958年起进行了煤的地下气化试验。采用有控制地燃烧处于地下的煤炭,使煤在热作用及化学作用下产生可燃气体,并将建井、采煤、气化三大工艺合而为一，变物理采煤为化学采煤。

第六节煤炭地下气化原理由通地表的进风斜巷、排煤气斜巷和底部的开切眼切割出的待气化煤体称为气化盘区。用注入高温物质或其他方法将开切眼处的煤体升温到煤的燃点，使煤体燃烧；燃烧的煤体形成集中完成气化过程的燃烧工作面。在完成准备工作形成燃烧工作面后，从进风斜巷进入的空气，在燃烧工作面处与煤产生一系列的化学反应并转化为煤气，从排煤气斜巷排到地面。随着地下煤炭资源的逐渐被燃烧和气化为煤气，燃烧工作面也逐渐上移，直到采完整个气化盘区。工作面下方已燃烧后的采空区则被烧剩下的煤灰和垮落的顶板碎石所填满。煤层地下气化分类分为矿井式和无井式气化方法。矿井式方法是从地面向煤层凿出井筒后，用煤层平巷连通，点燃煤层，产生煤气。这种方法的缺点：避免不了井下作业；密闭井巷工作复杂，漏气性大；气化过程不易控制。无井式气化方法就是用钻孔代替井筒，然后贯通两个钻孔，并点燃形成火道，进行燃烧。火道的贯通方法1.火力贯通2.电力贯通3.定向钻进贯通4.水力压裂贯通

中梁山高瓦斯矿井残煤地下导控气化试验基地，生产了优质稳定水煤气1580万m3，最高热值达14.2MJ/m3，取得经济效益470万元;复采回收了高瓦斯矿井残煤资源1.3万t，提高矿井区段煤炭资源回采率35%;减少瓦斯排放65万m3，环保效益显著;整个试验与生产过程杜绝了伤亡事故，确保了安全生产。第七节煤炭液化简介一、水煤浆燃料技术水煤浆是20世纪80年代初出现的一种新型煤基流体燃料，它含煤约70%，化学添加剂约1%，其余为水。1982年我国开始自主研制，中国矿业大学负责制浆技术开发。第七节煤炭液化简介一、水煤浆燃料优点水煤浆像油一样可以泵送、雾化、储存、与稳定着火点；2t水煤浆可以代替1t油，以水煤浆代替油具有显著的经济效益；燃用水煤浆比直接燃煤燃烧效率高、负荷易调控、环保等；水煤浆能经长距离管道运输是解决我国煤炭运力不足的重要运输方式之一。第七节煤炭液化简介水煤浆的质量特征：1.为了利于燃烧，水煤浆含煤浓度要高。通常在62%—70%左右。2.为便于泵送和雾化，粘度要低。3.为防止在储存过程中产生沉淀，应有良好的稳定性；一般要求能静置存放一个月不生产不可恢复的硬沉淀。4.为提高煤炭的燃烧效率煤粒要达到一定细度。第七节煤炭液化简介二、煤炭液化

1.直接液化法向煤的有机结构中加氢，破坏煤结构产生可蒸馏液体。

1997年，中国煤炭科学研究总院进行了5000t/d的示范厂可行性研究2.共同液化法同时对煤和非煤烃类液体（如沥青、超重质原油、焦油）的提质加工。由于非煤烃类液体供氢能力弱，导致煤转化成液体产品的转化率低。第二章放顶煤开采技术放顶煤采煤法是沿煤层底板或煤层某一厚度范围内的底部布置一个长臂工作面，利用矿山压力的作用或辅以人工松动方法，使工作面上方的顶煤破碎，在工作面支架上方（或后方）落煤，并将落煤运出工作面的一种采煤方法。运输系统顶煤顶板岩层工作面支架裂隙扩展贯通阶段散煤流动岩层冒落裂隙发育阶段原岩应力状态krHrH裂隙闭合阶段软煤层顶煤的破坏过程3.1.3放顶煤工作面典型布置方式一次采全高放顶煤开采预采顶