短壁連續化開采技術淺析

毛利忠

(華北科技學院，北京 101601)

長壁綜采礦井均存在邊角煤、殘采煤、“三下”壓煤及不規則塊段煤的回收問題，而短壁連續化開采技術用于解放大量的呆滯煤量,最大限度的回收不可再生煤炭資源，延長礦井服務年限，提高煤炭企業的經濟效益，對保持煤炭工業的可持續發展有著極其重要的意義。

從神東礦區使用短壁連續化開采技術所取得的短壁式開采產量和掘進速度以及二者的效率來看，只要強化管理、加強設備的維護檢修和采掘工人的技術培訓工作，采用以連續采煤機-給料輸送機-轉載機-帶式輸送機構成的連續工藝系統對我國高產高效礦井的發展和提高有重大實際意義。

1 短壁開采工藝參數與采場布置

1.1 短壁連續化開采工作面布置

短壁開采工作面布置主要有以下三種方式，經過技術比較，確定最佳短壁采場布置方式：

方案一：工作面布置如圖1 所示。主巷單巷布置，在主巷兩側直接布置與主巷成35°～45°的工作面。這種布置的優點是系統簡單，投產快，便于掌握工作面地質情況，適合于試驗性開采。缺點是設備搬遷頻繁，只能采用局扇通風，一次采煤寬度僅為20～30 m。

方案二：工作面布置如圖2 所示。主巷單巷布置，在主巷兩側布置與主巷成60°的回采支巷，回采支巷兩側再布置與支巷成45°的開采工作面。這種布置方式的優點是設備搬遷少，便于工作面組織生產，一次采煤寬度達140 m左右。缺點是通風系統復雜，開采面地質情況不易提前搞清。

方案三：工作面布置如圖3 所示。與方案二相比，主巷雙巷布置，一條為膠運主巷，一條輔運主巷。主要優點是便于通風，輔運系統順暢。缺點是巷道掘進率高。

α.采巷與主巷的夾角，35°～45°；1.主巷(膠帶輸送機巷)寬4.5m，高3m；2.采巷寬度為5.5～6m，長度L為10～15m；3.煤柱2～2.5m； 4.回采支巷長80m，寬D為4.5m

α.采巷與支巷巷的夾角，35°～45°；α1.回采支巷與主巷夾角， 60°1.主巷(膠帶輸送機巷)寬4.5m，高3m；2.采硐寬度為5.5～6m，長度L為10～15m；3.煤柱2～2.5m；4.回采支巷長80m，寬D為4.5m

α.采巷與支巷巷的夾角，35°～45°；α1.回采支巷與主巷夾角，60°1.主巷(膠帶輸送機巷)寬4.5m，高3m；2.采硐寬度為5.5～6m，長度L為10～15m；3.煤柱2～2.5m；4.回采支巷長80m，寬D為4.5m；5.輔助運輸巷，寬4.5m，高3m

應根實際地質情況選擇合適的方案，提高掘進和回采速度，保證了工作面安全生產。

1.2 開采參數的確定

在開采工藝上，采寬的確定取決于采硐寬度、采硐長度及隔離煤柱寬度。這里首先以開采工藝為依據，確定采硐長度、寬度、隔離煤柱寬度，進而確定采寬。再根據保護地表建筑物的要求，確定保護煤柱的寬度。

1.2.1 采硐的寬度

1.2.1.1 巖梁載荷分析

根據巷道兩側煤柱對頂巖梁的約束條件,頂板巖梁可按簡支梁或固定梁的情況進行分析。一般當煤層賦存深度較淺,開掘巷道或煤房后在兩側煤柱中產生的支承壓力不太大,或者煤柱兩側為大面積采空區,煤柱對頂板的“夾持”作用較小,巖梁可按簡支梁處理。反之,若煤層埋藏較深,煤柱兩側未被采空,煤柱對頂板巖梁的“夾持”作用較大,則按“固定梁”處理較為合理。

1.2.1.2 煤房寬度確定

若按簡支梁和固定梁考慮,可求得煤房的極限寬度，再考慮一定的安全性,就可確定煤房寬度。

1.2.2 確定采硐長度

影響采硐長度確定的主要因素有煤層頂板(直接頂)自穩時間及機械設備配套長度。根據觀測，煤層采寬5.5 m左右時的自穩時間為4～5 h，遇構造時還會縮短。由于一個采硐開采時間一般2 h左右，因此頂板穩定性不會制約采硐長度的選擇。

1.2.3 隔離煤柱寬度

通常所見到的巷道煤柱的形狀, 一般為正方形或矩形, 也有菱形, 以使設備易于在巷道間轉彎。邊界煤柱位于每條主巷兩側, 或在采區之間,用以分離已采區或相鄰的未采區。理論計算所得的合理的煤柱寬度。

1.2.4 支巷長度確定

支巷長度可按噸煤費用最低的準則求解，根據平巷掘進費用、巷內運輸費用、巷道的維護費用等來確定。

1.3 短壁連續化開采工作面設備布置

連續采煤工藝系統適用于中等穩定頂板，對頂板的完整性要求較高；底板要求穩固、平整、無積水。對設備選型要滿足生產需要、適應性、可靠性、節能性、耐用性等要求。連續采煤工藝系統的工作面設備布置如圖4 所示。

圖4 連續采煤工藝系統的工作面設備布置

1.3.1 連續采煤機

連續采煤機通常由截割機構、裝運機構、履帶行走機構等組成?，F在礦區的連續采煤機主要是從國外引進。

1.3.2 連續采煤機主要配套設備

連續采煤機掘進成套掘進設備配備列于表1。

表1 連續采煤機掘進成套掘進設備配備表

運煤車。蓄電池運煤車適用于底板好、運輸沒有坡度的條件；而梭車就適用于使用環境差、水大、地板松軟、有一定運輸傾角的工況，可以讓其優勢得到發揮。

給料破碎機。給料破碎機與連續采煤機、運煤車和帶式輸送機配套, 實現落煤、裝煤、運煤機械化，以滿足帶式輸送機的運輸能力及要求，完成運輸作業。

錨桿機。錨桿機作為連續采煤機完成掘進、裝運等工序之后的配套頂板支護設備,對頂板及時支護。從某種意義上講, 錨桿支護是保證安全高產的技術關鍵。在選擇錨桿機時應考慮巷道高度、坡度、頂底板以及錨桿支護速度等因素。

鏟車。鏟車作為高產高效井下的輔助運輸設備，是連續采煤機的主要配套設備之一, 具有運輸煤炭、清理工作面和輔助運輸等多種功能。

1.3.3 連續運輸系統

神東公司結合自身特點自行研制了一整套適用于短壁機械化采煤的連續采煤機運輸系統，主要由給料破碎機、行走轉載機、跨騎橋式轉載機等多個單元組成。它與連續采煤機和帶式輸送機配套使用，實現了了落煤、裝煤和和運煤的機械化。

1.3.4 履帶行走式液壓支架

履帶行走式液壓支架集行走、支護于一體, 主要與連續采煤機相配套。支架在進行煤柱回收時, 可以有效保護人員及設備的安全, 在工作循環中, 不必再專門架設支架或錨桿支護, 可省去在回收煤柱過程中耗時的輔助工序, 并可大大消除連續采煤機因頂板冒落受阻的可能性。

1.4 壁連續化采煤回采工藝

1)落煤：采用連續采煤機完成落煤工序。割煤方式與掘進時相同。

2)裝煤、轉載：裝煤采用高效掘進機裝煤方式，連續采煤機割煤時，煤落到采煤機鏟板上，將煤裝入采煤機上的中部刮板輸送機，中部刮板輸送機將煤卸裝到后面配套給料運輸機，給料運輸機卸載到轉載膠帶上，實行裝煤、轉載過程。

3)運煤：采出的煤炭通過掘進機后部的轉載膠帶把煤卸到膠帶輸送機上，運輸到刮板運輸機，由采區膠帶運出。

4)支護：落煤、裝煤工序均在采硐內進行，并由激光指示儀指向，采硐外段回采時人員隨機操作；當連續采煤機操作室接近或進入采硐時，人員離機遙控操作。

5)通風：采用局扇壓入式通風，后退回采時，在主巷內，每隔一定距離要打密閉。

2 短壁連續化開采技術的適用條件

文獻[2]中總結了短壁機械化開采技術適用條件，主要有以下幾個：

1)埋藏深度較淺的煤層。對于上覆巖層比較厚的，由于采場靜壓力大，支護也相對困難，對短壁開采影響較大，因此適用于埋藏較淺的煤層。

2)煤層厚度適中，賦存較為穩定的煤層。連續采煤機及其配套設備對煤層條件要求比較高，當煤層厚度低于1.5m時，各類設備的運行高度就受限，降低其效率。

3)開采近水平煤層。短壁機械化工作面宜布置在小于8°的近水平煤層中，在1°～3°的煤層中更好。

4)煤質堅硬、頂板中等穩定、底板不易軟化的煤層。連續采煤機采煤工藝特點決定了對煤層條件的特殊要求。設備對巷道斷面要求大，非穩定頂板和松軟煤層不能達到巷道的有效寬度。

5)作為大型井田的邊角煤塊段和不適宜布置綜采工作面的小型井田的采煤方法。由于短壁采煤工作面的布置較為靈活，基本上不受地質條件的影響，對于邊角塊段和不適宜布置綜采工作面的小型井田利用此方法更易實現高產高效。

3 結論

隨著我國煤炭資源大規模粗放性開采，適合長壁開采的資源正在逐漸減少，而且長壁開采留下的殘留煤柱、殘缺煤區、邊角煤等煤炭資源卻在逐年上升，短壁開采在這方面發揮重要作用，提高了煤炭的回收率。短壁連續化開采技術雖然有采出率低、通風條件差、對地質條件要求嚴格等缺點，但是卻具有設備投資少、采掘合一、開采速度快、出矸少、礦山壓力小、巷道和采煤空間便于維護的優點，在巷道的長距離快速掘進中已經取的了很好的應用實例。

同時連續化開采設備的配套是否合理，以及使用過程中設備的維修、更新，都給我國的短壁連續化開采提出了挑戰。

[1] 劉克功，徐金海，繆協興.短壁連續開采技術及其應用[M].北京:煤炭工業出版社，2007.

[2] 王安.現代億噸礦區生產技術[M].北京:煤炭工業出版社，2005.

[3] 金毅.連續采煤機工藝系統設備配套分析[J].中國煤炭，2007,33(8): 39-40.

[4] 李曉豁.我國發展連續采煤機的前景[J].礦山機械,2007,35(12):11-12.

[5] 周茂普.連續采煤機短壁機械化開采礦壓顯現特征[J].煤炭科學技術，2007,35(9):35-39.

[6] 周炳杰.連續采煤機在中小煤礦應用的前景[J].機械管理開發,2005(2):50-51.