煤礦綜合機械化采煤工藝及安全生產(chǎn)研究

劉坦 徐豐 馮超

摘 要：對機械化采煤進行簡要概述，介紹機械化采煤的工藝類型，就煤炭安全生產(chǎn)提出策略建議，以期為采煤機械化提供有益的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：煤炭開采；綜合機械化采煤工藝；安全生產(chǎn)

中圖分類號：TD823.97? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）06-0039-03

0 引言

煤炭是一種重要的儲備能源，對于國家經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展都有重要作用。我國是世界上煤炭儲量最豐富的國家之一，是煤炭開發(fā)和利用大國。盡管國內(nèi)煤炭企業(yè)實施機械化采煤的時間很長，但很多煤炭企業(yè)仍采取傳統(tǒng)的人工采煤形式，采煤效率低且安全性差。隨著科技的進步，現(xiàn)代信息技術(shù)、新型設(shè)備在煤炭企業(yè)的應(yīng)用逐漸增加，這不但有助于煤炭企業(yè)進行機械化采煤作業(yè)，而且有助于提高采煤效率，且更加安全。

近年來，煤炭企業(yè)逐步嘗試引進先進采煤工藝與設(shè)備，綜合機械化采煤工藝的應(yīng)用愈加廣泛，極大地提高了煤炭企業(yè)的采煤效率與安全性[1]。煤炭企業(yè)要高度重視綜合機械化采煤工藝的應(yīng)用，引導(dǎo)先進的采煤技術(shù)與設(shè)備，并嚴格按機械化采煤工藝要求操作，確保一線采煤人員的人身安全，實現(xiàn)煤炭企業(yè)經(jīng)濟效益與社會效益的最大化[2]。

1 機械化采煤概述

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，煤炭開采也逐步朝機械化與智能化方向發(fā)展。機械化采煤是在采煤過程中，利用功能不同的各類機械設(shè)備，替代傳統(tǒng)人工采煤方式，如借助新能源或電力等采煤設(shè)備，采取人工或自動化控制采煤設(shè)備采煤[3]。

當前，綜合機械化采煤是采煤的主要形式，借助計算機等先進的操控技術(shù)，能有效提高采煤效率。在實際采煤中，機械化采煤要根據(jù)煤礦的煤炭分布情況選擇合適的采煤方式，從而提高采煤效率[4]。

煤炭企業(yè)在采煤過程中，使用機械設(shè)備替代人工作業(yè)，能提高生產(chǎn)力，并有效降低人工開采難度，有效提高采煤效率，滿足工業(yè)、生活等方面的煤炭需求，并提高企業(yè)的經(jīng)濟效益與社會效益。

機械化采煤還能提高開采安全性。因煤炭資源埋藏在幾百米深的地下，甚至深埋在地下幾千米的位置，再加之地下地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，開采條件惡劣，傳統(tǒng)的人工開采存在極大的危險，加之在采煤過程中作業(yè)面空間狹小，所以煤炭人工開采安全系數(shù)低，稍有不慎就會造成人員傷亡。而采取機械化采煤不僅能提高采煤效率，而且能減少人員傷亡，提高采煤安全性，尤其是隨著科學(xué)技術(shù)的進步，煤炭開采設(shè)備的機械化、智能化程度更高，使得煤炭開采更加安全[5]。

當前，盡管我國部分煤炭企業(yè)認識到機械化采煤有助于提高采煤效率，并且更加安全，也積極開展實踐探索，但因其機械化采煤時間較短，導(dǎo)致開發(fā)進程相對緩慢。工業(yè)生產(chǎn)、日常生活都離不開煤炭的輔助，所以煤炭企業(yè)要加大研發(fā)力度，強化機械化采煤工藝的研究，選擇先進的采煤工藝，滿足各行各業(yè)對煤炭的需求[6]。

2 機械化采煤工藝

2.1 長壁工藝

在煤炭資源長期開采過程中，煤炭企業(yè)經(jīng)過不斷實踐，通過更新傳統(tǒng)的采煤設(shè)備，研究出長壁綜合采煤技術(shù)。該技術(shù)可應(yīng)用于大型、成型化的傾斜煤層的煤面，其優(yōu)勢是利用采煤機一次性開采更多的煤炭，減少在斜切工作面的工作時長，降低煤炭開采成本。長壁采煤工藝需要花費大量的時間，為了減少斜切刀等采礦流程的影響，在實際采煤過程中要盡量增加工作面長度，從而增加采煤機采煤量。煤炭工作面的長度計算，一般以煤炭生產(chǎn)的最高成本或最低成本為基礎(chǔ)。

在采煤過程中，工作面長度易受到多類因素的影響，如工作面的地質(zhì)環(huán)境、刮板鋪設(shè)及輸送機長度等?；夭上锏赖闹ёo與開采、工作面地質(zhì)構(gòu)造及鋪設(shè)可伸縮輸送機的長度等因素，也會影響工作面長度及走向。所以在應(yīng)用長壁采煤工藝采煤過程中，要根據(jù)煤礦的實際地質(zhì)環(huán)境確定工作面長度，確保煤炭開采的順利進行。

長壁采煤設(shè)備包括采煤機、破碎機、刮板運輸機、液壓支架、轉(zhuǎn)載機等。長壁采煤設(shè)備安裝過程復(fù)雜，且一般安裝完成后不再變動，所以在安裝長壁采煤設(shè)備前，技術(shù)人員要先勘探及評估煤礦地質(zhì)情況，全面分析煤炭儲量、開采難度等情況，計劃預(yù)期收益，盡量減少設(shè)備投資支出[7]。

2.2 短壁工藝

短壁采煤工藝常被用于煤炭工作面較短的煤面上，所需設(shè)備和長壁采煤工藝類似，其中采煤機、刮板運輸機、液壓支架等是必備設(shè)備。這些設(shè)備都屬輕型采煤設(shè)備，便于靈活調(diào)整采煤位置，且能重裝設(shè)備或改變采煤工藝的操作模式，采煤效率高，被廣泛應(yīng)用于我國的煤炭開采中。

短壁采煤工藝是“三下”壓煤技術(shù)的有益補充，并能應(yīng)用于不規(guī)則煤炭資源的回收利用，合理調(diào)節(jié)采煤失調(diào)比率，有利于解決煤炭工作面連接挖掘緊張等問題。該工藝在采煤過程中有著較強的實用性，常用于回采地段小、煤層較厚及長壁采煤工藝不能實施的煤礦中，但相較于長壁采煤工藝，該技術(shù)涉及煤面小，僅適用于40～90 m的煤面。

2.3 長短壁綜合工藝

長壁、短壁采煤工藝各有優(yōu)劣，其中長壁采煤工藝適用在工作面較長的煤炭開采中，一旦采煤設(shè)備安裝完畢就不能自由移動，且安裝前要精準確定采煤位置。為提高采煤的效率與安全性，還要綜合考慮煤礦的地形分布。所以，對于工作面介于長壁與短壁采煤工藝之間的煤面，可以選擇長短壁綜合工藝作為采煤的過渡方法。長短壁綜合工藝能靈活，應(yīng)用于各類地質(zhì)條件的煤炭開采，采煤效率更高。但若采煤單元相對復(fù)雜，該工藝的開采效率也會受到影響。究其原因是采煤單元增加對設(shè)備要求更嚴格，并且空間范圍的掌控難度更大，所以該工藝在我國煤炭開采中未得到大范圍應(yīng)用。

2.4 薄煤層采煤工藝

薄煤層指的是厚度在0.8～1.3 m的煤層，是煤炭開采的重難點。因采煤工藝限制及地質(zhì)條件等因素的影響，這類煤層開采率較低，并且經(jīng)濟效益低下。隨著采煤工藝的進步，為了滿足日益增長的煤炭需要，薄煤層開采受到了煤炭企業(yè)的重視。

薄煤層開采存在產(chǎn)量低、難度大、巷道消耗量高、接替緊張等問題，即使是探明含量豐富的薄煤層，也會因條件限制而暫時不開采。隨著薄煤層機械化采煤工藝的應(yīng)用，薄煤層開采率逐步提高，在實施該工藝時要考慮成本問題，從而確保企業(yè)獲取一定的經(jīng)濟效益。

2.5 液壓支架采煤工藝

在煤炭運輸中，要提前在巷道內(nèi)固定好支架，確保巷道穩(wěn)定，必要時可增加臺棚，以確保巷道穩(wěn)定。使用支柱時，盡量使用單體液壓支柱。若巷道發(fā)現(xiàn)冒頂，可采用木垛接頂方法予以處理。分層開采時，可在開采位置架設(shè)頂網(wǎng)，確保煤炭開采的安全性。若舊巷道內(nèi)發(fā)生圍巖不穩(wěn)定的情況，或工作面和舊巷道存在傾斜現(xiàn)象，可采取漸進通過的處理方式。在二者交界處使用木垛，并強化內(nèi)部支護性能。

落煤時采取震動爆破方法，避免頂板發(fā)生嚴重破損。若采煤區(qū)域煤層相對松軟，在開采過程中要盡量使用鎬具，以減少振動。若綜合開采面上面是舊巷道，要在頂部設(shè)置長木梁，并且設(shè)置要比舊巷道要寬闊，以提高液壓支架支護強度。

3 影響煤炭安全開采的因素

地質(zhì)構(gòu)造會對機械化煤炭開采產(chǎn)生顯著影響。隨著煤炭開采深度的增加，礦井下的地質(zhì)構(gòu)造更加復(fù)雜，不但需要輔助支架支撐，還需要提前進行地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探，根據(jù)地質(zhì)情況選擇適當?shù)拈_采設(shè)備，從而提高采煤的效率與安全性[8]。

煤層厚度、硬度及賦存條件也會影響煤炭開采機械化煤炭開采的煤層適宜厚度是2～6 m之間，煤層賦存條件良好有利于提高開采進度[9]。

機械化開采要重視斷層勘探。若對斷層帶處置不當，會損害機械設(shè)備，所以在煤炭開采中要根據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整開采高度，確保機械設(shè)備順利經(jīng)過斷層帶。

瓦斯?jié)舛葘γ禾堪踩_采的影響也很大。若瓦斯?jié)舛瘸?，會影響一線采煤人員的正常呼吸，甚至造成瓦斯爆炸，嚴重威脅一線采煤人員的身體健康。所以在煤炭開采中礦井中要保持良好的通風(fēng)，及時疏散、稀釋有毒有害氣體，保持良好的采煤環(huán)境。

4 煤礦安全生產(chǎn)的策略

4.1 更新、升級現(xiàn)有采煤設(shè)備

煤炭企業(yè)需要更新、升級現(xiàn)有采煤設(shè)備，尤其是對于煤炭開采產(chǎn)生的粉塵問題。要在優(yōu)化機械化采煤設(shè)備的基礎(chǔ)上采取防塵措施，提高設(shè)備自身的除塵效果，避免粉塵對采煤工作的影響，從而提高我國煤炭開采水平，確保開采過程的安全性。

4.2 學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進的采煤技術(shù)

盡管我國煤炭企業(yè)應(yīng)用機械化煤炭開采的歷史很早，但因種種原因發(fā)展較為緩慢，導(dǎo)致機械化采煤程度較低，經(jīng)驗、技術(shù)相對落后。為此，需要提高煤炭企業(yè)機械化采煤進程。煤炭企業(yè)要借鑒國外發(fā)達國家先進的采煤技術(shù)與經(jīng)驗。如德國、美國在煤礦機械化開采方面積累了豐富的經(jīng)驗與技術(shù)，其機械化程度已達90%以上。煤炭企業(yè)可以通過借鑒學(xué)習(xí)，根據(jù)本企業(yè)實際情況引進先進的設(shè)備與煤炭開采技術(shù)，并做好設(shè)備測試工作，確保設(shè)備的正常使用[10]。

4.3 加快機械化采煤工藝研究步伐

應(yīng)用機械化采煤技術(shù)能提高煤炭生產(chǎn)的安全性，加快煤炭企業(yè)機械化生產(chǎn)步伐，保障生產(chǎn)的安全性。

首先，煤炭企業(yè)管理人員要提高安全生產(chǎn)意識，制定科學(xué)合理的安全生產(chǎn)管理制度，并切實貫徹落實好。

其次，煤炭企業(yè)要制定切實可行的應(yīng)急處理預(yù)案，在采煤過程中極易發(fā)生各類突發(fā)事故。只有提前做好預(yù)警才能保障開采的安全性，確保一線采煤人員安全。

最后，煤炭企業(yè)要量力而行，盡量購置相對完善的采煤設(shè)備，淘汰本企業(yè)落后采煤設(shè)備，或把企業(yè)相對落后的技術(shù)進行升級，從而滿足安全生產(chǎn)需求。同時要制定規(guī)范的操作、保養(yǎng)、維護措施，確保煤炭生產(chǎn)的安全性。

4.4 改善采煤工作環(huán)境

在采煤過程中，選擇機械化采煤生產(chǎn)，難免發(fā)生粉塵問題與噪音污染，機械化采煤過程中的機械振動也會造成安全事故。所以，煤炭企業(yè)要改善采煤環(huán)境與條件，充分考慮粉塵與噪音污染及振動帶來的危害等問題，并采取有效方法降低噪音出現(xiàn)、減少粉塵污染。如選擇機械化采煤設(shè)備時要采取防塵措施，提高設(shè)備自身除塵效益，減少粉塵污染，盡量降低粉塵對一線采煤人員的身體傷害。要降低生產(chǎn)中的共振問題，科學(xué)設(shè)計機械化生產(chǎn)環(huán)境，避免機械振動造成的安全事故，提高采煤的安全性。

煤炭開采勞動強度大，煤炭企業(yè)要提高一線采煤人員的安全意識，制定科學(xué)合理的作息制度。配備充足、符合質(zhì)量要求的生產(chǎn)物資，定期排查設(shè)備隱患，確保設(shè)備的安全運行。

在井下采煤過程中，光源充足不僅能起到照明作用，還能及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。所以礦井巷道要配備充足的光源，并準備適量的備用光源，確保生產(chǎn)的安全性[11]。

4.5 提高采煤工人素質(zhì)

不論是人工開采還是機械化采煤，都需要一線采煤人員操作，所以一線采煤人員的綜合素質(zhì)直接關(guān)系到安全生產(chǎn)的落實，煤炭企業(yè)要采取措施提高一線采煤人員素質(zhì)。

首先，煤炭企業(yè)要加強一線采煤人員安全教育，引導(dǎo)其樹立安全生產(chǎn)意識。其次，煤炭企業(yè)要強化一線采煤人員技術(shù)教育，使其熟練掌握機械化生產(chǎn)技能，嚴格按操作規(guī)范操作。最后，煤炭企業(yè)要強化一線采煤人員思想教育，使其從思想上認識到安全生產(chǎn)的重要性，樹立安全生產(chǎn)意識，從而確保煤炭開采的安全性，提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益與社會效益。

5 結(jié)束語

煤炭企業(yè)選擇綜合機械化采煤工藝能有效提高采煤效率，確保煤炭開采的安全性，減少安全事故發(fā)生的概率與人員傷亡。對此，煤炭企業(yè)要從安全生產(chǎn)角度著手，學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進煤炭開采技術(shù)，加快煤炭開采綜合機械化進程，改善煤炭開采的工作環(huán)境與條件，提高一線采煤人員的綜合素質(zhì)，從而提高煤炭開采的安全性，在提高企業(yè)經(jīng)濟效益與社會效益的基礎(chǔ)上，確保煤炭行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

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