一次采全高綜采采煤工藝及設(shè)備研究

傅本斌

（兗礦能源集團(tuán)股份有限公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦，山東 濟(jì)寧 272072）

研究表明，一次采全高綜采采煤工藝具有較高的采煤效率和資源利用率，同時(shí)能夠保障礦井的安全和環(huán)境的保護(hù)。然而，仍需進(jìn)一步研究和改進(jìn)，以適應(yīng)不同煤層和礦井條件下的采煤需求。

1 一次采全高綜采采煤工藝

1.1 割煤裝煤

在進(jìn)行割煤裝煤前，需要對(duì)采煤機(jī)、運(yùn)輸設(shè)備等進(jìn)行檢查和準(zhǔn)備工作，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。采煤機(jī)開(kāi)始對(duì)煤層進(jìn)行割斷作業(yè)。采煤機(jī)通過(guò)刀盤上的刀具對(duì)煤層進(jìn)行切割，將煤層割斷成可裝運(yùn)的小塊。割煤后，運(yùn)輸設(shè)備將煤炭從采煤機(jī)輸送到運(yùn)輸通道，通常采用皮帶輸送機(jī)等設(shè)備進(jìn)行煤炭的運(yùn)輸。煤炭到達(dá)運(yùn)輸通道后，工人進(jìn)行裝煤操作。這一步驟中，工人將煤炭倒入礦車或其他運(yùn)輸工具中，并確保煤炭的穩(wěn)定和安全裝載。裝煤后，需要對(duì)裝煤區(qū)域進(jìn)行清理和設(shè)備維護(hù)，以確保下次作業(yè)的順利進(jìn)行。在割煤裝煤作業(yè)中，關(guān)鍵的技術(shù)數(shù)值包括切割速度、切割力和裝煤效率。切割速度是指采煤機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)完成切割的能力，它決定了采煤的效率和產(chǎn)量。切割力是指采煤機(jī)切割煤層時(shí)所施加的力量，它需要根據(jù)煤層的硬度和堅(jiān)固程度來(lái)進(jìn)行調(diào)整，以確保高效切割。裝煤效率是指將煤炭裝入運(yùn)輸設(shè)備的速度和效果，它直接關(guān)系到采煤的效率和成本。

1.2 頂板支護(hù)

在采煤前，需要對(duì)煤層的頂板進(jìn)行預(yù)處理，包括清理雜物、加固薄弱部位等，以確保頂板的穩(wěn)定性。接下來(lái)，選擇合適的支護(hù)材料，如鋼支撐、錨桿等，根據(jù)煤層的特點(diǎn)和采煤條件來(lái)確定最佳的支護(hù)方案。然后，進(jìn)行支護(hù)設(shè)備的安裝，確保支護(hù)材料能夠有效地支撐煤層，防止坍塌。最后，進(jìn)行支護(hù)管理，包括定期檢查支護(hù)設(shè)備的狀態(tài)、及時(shí)更換損壞的支護(hù)材料等，以保證支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在頂板支護(hù)的技術(shù)設(shè)備方面，全高綜采采煤工藝采用了一系列先進(jìn)的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)高效支護(hù)。其中，自動(dòng)化支架是一項(xiàng)重要的技術(shù)創(chuàng)新，它可以根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整高度和傾角，提供穩(wěn)定的支撐力。此外，錨桿和錨索等也是常用的支護(hù)設(shè)備，通過(guò)將錨桿固定在煤層頂板和基巖之間，提供額外的支撐力，增強(qiáng)頂板的穩(wěn)定性。另外，還有巖石自動(dòng)化預(yù)裂爆破技術(shù)，可以預(yù)先在頂板巖石中布置爆破孔，通過(guò)爆破來(lái)控制頂板的移動(dòng)和坍塌，進(jìn)一步提高頂板支護(hù)效果。

1.3 采煤工藝

一次采全高綜采采煤工藝作為現(xiàn)代煤礦開(kāi)采的一種高效、安全的方式，主運(yùn)順槽、巷道支護(hù)、液壓支護(hù)和輸送機(jī)運(yùn)作作為其中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，在煤礦開(kāi)采中扮演著重要的角色。主運(yùn)順槽是指在煤層下方開(kāi)挖的通道，用于順利將采煤機(jī)械和運(yùn)輸設(shè)備送入煤礦工作面，以及將采出的煤炭順利地運(yùn)送出去。主運(yùn)順槽的作用是確保采煤機(jī)械和煤炭運(yùn)輸設(shè)備的順暢通行，提高開(kāi)采效率。此外，主運(yùn)順槽還承擔(dān)著瓦斯抽放和通風(fēng)的重要任務(wù)，保障礦井的安全運(yùn)營(yíng)。因此，在一次采全高綜采采煤工藝中，主運(yùn)順槽的開(kāi)挖和管理必須嚴(yán)格執(zhí)行，確保礦井的安全穩(wěn)定。

在采煤過(guò)程中，巷道支護(hù)起到了支撐和保護(hù)礦井巷道的作用，防止巷道因采煤活動(dòng)而發(fā)生坍塌和變形。采用適當(dāng)?shù)叵锏乐ёo(hù)措施，如鋼架、錨桿等，可以有效地提高巷道的穩(wěn)定性和安全性。巷道支護(hù)的實(shí)施不僅要考慮到煤層的物理特性和地質(zhì)條件，還需要根據(jù)采煤機(jī)械和運(yùn)輸設(shè)備的尺寸和工作要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。巷道支護(hù)的有效實(shí)施可以保證煤礦巷道的通暢和安全，確保采煤工作的正常進(jìn)行。

液壓支護(hù)利用液壓力將支護(hù)裝置穩(wěn)定地壓緊到煤層和巷道的技術(shù)。液壓支護(hù)具有靈活性、可靠性和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以根據(jù)煤層的變化和工作面的需求進(jìn)行調(diào)整和變化。液壓支護(hù)能夠提供強(qiáng)大地支撐力，保護(hù)巷道的穩(wěn)定和安全，同時(shí)還可以減少人工勞動(dòng)和提高采煤效率。在一次采全高綜采采煤工藝中，液壓支護(hù)的運(yùn)作必須精確可靠，以確保礦井的穩(wěn)定性和安全性。輸送機(jī)的作用是將采出的煤炭從工作面運(yùn)輸?shù)降孛婊蚱渌幚碓O(shè)備。輸送機(jī)運(yùn)作的關(guān)鍵在于保證其穩(wěn)定性、高效性和安全性。在采煤工作中，輸送機(jī)需要經(jīng)常面對(duì)煤層變化、巷道條件等各種不確定因素，因此，對(duì)于輸送機(jī)的操作和維護(hù)要求十分嚴(yán)格。同時(shí)，輸送機(jī)的布局和設(shè)計(jì)也需要考慮煤炭流量、傾角和運(yùn)行速度等因素，以保證煤炭的順利運(yùn)輸和采煤工作的連續(xù)進(jìn)行。

1.4 移架處理

根據(jù)煤層的情況和工作面的需求，確定需要進(jìn)行移架處理的支架。針對(duì)每個(gè)支架，進(jìn)行水平標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值和角度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的調(diào)整。根據(jù)實(shí)際情況，使用專業(yè)的儀器和工具進(jìn)行精確測(cè)量和調(diào)整?？刂浦Ъ芨鞫嗣娴拈g距標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。根據(jù)支架的設(shè)計(jì)和煤層的特點(diǎn)，確保各端面之間的距離符合要求。完成移架處理后，對(duì)支架進(jìn)行檢查和確認(rèn)，確保其穩(wěn)定性和合理性。進(jìn)行采煤機(jī)械的重新布置和調(diào)整，使其能夠順利工作。要求支架原始的支撐水平超過(guò)25MPa，頂梁構(gòu)件和頂板形成的角度不能超過(guò)7°，支架各端面的間距最大值是34cm，移架和設(shè)備滾筒的間距不能達(dá)到10m。

1.5 清煤工藝

清煤作業(yè)可以有效去除煤炭頂板和支架底部的浮煤覆蓋，保持清晰的作業(yè)面，有利于采煤機(jī)械的順利運(yùn)行和煤炭的采出。浮煤覆蓋的存在會(huì)影響采煤機(jī)械的正常工作，增加煤炭的損耗，甚至可能導(dǎo)致設(shè)備故障和安全事故。通過(guò)清煤作業(yè)，可以最大程度地減少這些問(wèn)題的發(fā)生，提高煤炭的采出率和礦井的生產(chǎn)效率。浮煤覆蓋的存在容易導(dǎo)致煤層頂板的不穩(wěn)定，增加冒頂、坍塌等事故的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)清煤作業(yè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和清除煤層頂板的問(wèn)題，保障礦井的安全運(yùn)營(yíng)。此外，清煤作業(yè)還有利于檢測(cè)和控制煤層頂板的變化，提前采取預(yù)防措施，減少礦井事故的發(fā)生。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，每2m3內(nèi)的浮煤覆蓋厚度不能達(dá)到3cm，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定考慮了煤炭采煤的需求和礦井安全的要求。嚴(yán)格執(zhí)行清煤標(biāo)準(zhǔn)，可以保證清煤作業(yè)的質(zhì)量和效果，減少浮煤的積累，保持作業(yè)面的清晰度和平整度。

2 一次采全高綜采采煤設(shè)備

2.1 采煤機(jī)

采煤機(jī)通過(guò)切割和采掘煤層，將煤炭從煤層中分離出來(lái)，并將其輸送到后續(xù)的處理設(shè)備或運(yùn)輸系統(tǒng)。采煤機(jī)的連續(xù)采煤功能是保障采煤工藝地高效進(jìn)行和煤炭生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。此外，采煤機(jī)設(shè)備還具有其他重要的功能，如煤層定位和煤層預(yù)處理。采煤機(jī)通過(guò)傳感器和定位系統(tǒng)，可以精確地確定煤層的位置和傾角，從而在采煤過(guò)程中保持適當(dāng)?shù)那懈罱嵌群蜕疃取ｎA(yù)處理功能包括對(duì)煤層進(jìn)行切割、破碎和解固作業(yè)，以提高煤炭的采出率和后續(xù)處理的效果。

切割高度通常在1.5 ～3.5m 之間，根據(jù)煤層的厚度和工作面的要求進(jìn)行調(diào)整。切割速度一般在2 ～10m/s之間，根據(jù)煤層的硬度和切割裝置的性能進(jìn)行調(diào)整。

輸送帶速度一般在1.5 ～5m/s 之間，根據(jù)煤炭產(chǎn)量和輸送距離進(jìn)行調(diào)整。輸送帶寬度通常在800 ～1600mm 之間，根據(jù)煤炭產(chǎn)量和輸送能力進(jìn)行選擇。

2.2 破碎機(jī)

破碎機(jī)的主要功能是將采取的煤炭進(jìn)行初步的破碎。破碎機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)的錘頭或刀片等裝置對(duì)煤炭進(jìn)行沖擊、壓碎或剪切，將較大的煤塊分解為更小的顆粒，方便后續(xù)的輸送和處理。初步破碎的效果直接影響到后續(xù)工藝的順利進(jìn)行和煤炭的利用效率。在破碎過(guò)程中，破碎機(jī)通常配備有篩網(wǎng)或篩孔，可以將不同尺寸的煤炭進(jìn)行分級(jí)，使得煤炭顆粒的大小符合后續(xù)處理工藝的要求。分級(jí)篩分的功能可以提高煤炭的利用效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減少?gòu)U料和資源的浪費(fèi)。在一次采全高綜采采煤工藝中，破碎機(jī)需要具備高產(chǎn)量、低能耗和穩(wěn)定的工作性能。高產(chǎn)量可以提高煤炭的處理能力和生產(chǎn)效率，低能耗可以降低能源消耗和生產(chǎn)成本，穩(wěn)定的工作性能可以保障工藝的連續(xù)運(yùn)行和煤炭的穩(wěn)定供應(yīng)。根據(jù)煤炭地產(chǎn)量和工作面地要求，通常在100 ～1000t/h 進(jìn)行選擇。破碎機(jī)的破碎比通常在4:1 ～10:1，具體數(shù)值根據(jù)煤炭的硬度和工藝要求進(jìn)行調(diào)整。破碎機(jī)的功耗通常在30 ～300kW，具體數(shù)值根據(jù)煤炭的硬度和處理能力進(jìn)行選擇。根據(jù)后續(xù)工藝的需求，出料粒度可以在1 ～100mm 進(jìn)行調(diào)整。這些具體的專項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值是根據(jù)實(shí)際情況和工藝要求給出的，可根據(jù)具體煤礦的條件和需求進(jìn)行調(diào)整。

2.3 轉(zhuǎn)載機(jī)

轉(zhuǎn)載機(jī)的主要功能是從采煤工作面將采取的煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)到運(yùn)輸設(shè)備或其他地點(diǎn)。轉(zhuǎn)載機(jī)通過(guò)其裝載桶或斗進(jìn)行煤炭的裝載和卸載，實(shí)現(xiàn)快速、高效的煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)。轉(zhuǎn)載機(jī)的裝載能力和卸載速度直接影響煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)的效率和連續(xù)性。轉(zhuǎn)載機(jī)可以清理工作面上的煤層碎片、殘?jiān)蛷U料，保持工作面的整潔和安全。同時(shí)，轉(zhuǎn)載機(jī)還可以將煤層回填到已采空的空間中，減少煤層剩余的浪費(fèi)，提高資源的利用效率。轉(zhuǎn)載機(jī)需要具備高載重能力和快速的裝卸速度，以滿足煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)的需求。高效率地工作能力可以提高煤炭的轉(zhuǎn)運(yùn)效率和生產(chǎn)效率，減少運(yùn)輸成本和時(shí)間。轉(zhuǎn)載機(jī)的裝載能力通常在3 ～20t，具體數(shù)值根據(jù)煤炭的密度和裝載桶的設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇。卸載速度一般在2 ～8m3/m，具體數(shù)值根據(jù)煤炭的裝卸要求和工作面的情況進(jìn)行調(diào)整。最大爬坡能力通常在10°～30°，燃油消耗率一般在10 ～30L/h。

2.4 噴霧泵

噴霧泵的主要功能是進(jìn)行噴霧降塵。在采煤過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的煤塵和顆粒物，對(duì)礦工的健康和安全構(gòu)成威脅，同時(shí)也會(huì)影響礦井的通風(fēng)質(zhì)量。噴霧泵通過(guò)噴灑水霧或化學(xué)降塵劑，有效地抑制煤塵的揚(yáng)塵和飛揚(yáng)，降低煤塵對(duì)環(huán)境和人體的危害。在礦井開(kāi)采過(guò)程中，由于機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行和煤炭的燃燒，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致礦井溫度升高。噴霧泵可以通過(guò)噴灑水霧或化學(xué)濕化劑，降低礦井的溫度，改善工作環(huán)境，提高礦工的工作舒適度和安全性。噴霧泵的流量通常在10 ～100L/m，噴射距離一般在10 ～50m，壓力通常在0.5 ～2.5MPa，噴霧泵的能耗通常在1 ～10kW。

2.5 液壓支架

液壓支架的主要功能是對(duì)煤炭工作面進(jìn)行支護(hù)。液壓支架通過(guò)液壓系統(tǒng)的作用，使支架的液壓缸伸縮，支撐煤層的頂板，防止頂板塌落和發(fā)生冒頂事故。液壓支架的穩(wěn)定性和支撐能力直接影響煤炭工作面的安全性和穩(wěn)定性。液壓支架可以通過(guò)調(diào)整液壓缸的伸縮長(zhǎng)度，控制工作面的高度和傾角，以適應(yīng)不同的煤層厚度和工作面的需求。這種調(diào)整和控制的功能可以提高采煤效率和安全性，確保采煤工作地順利進(jìn)行。液壓支架的承載能力通常在300 ～2000t，工作高度一般在2 ～5m，工作面傾角通常在0 ～20°支架重量一般在30 ～100t。

2.6 變壓裝置

變壓裝置的主要功能是將高電壓輸電線路的電能轉(zhuǎn)換為適合煤礦使用的低電壓電能。煤礦中的設(shè)備和照明等電力需求通常需要較低的電壓，而變壓裝置可以通過(guò)變換器的作用，將輸電線路上的高電壓轉(zhuǎn)換為適合煤礦使用的低電壓，滿足礦井的電力需求。變壓裝置通常連接到煤礦的電力配電系統(tǒng)中，可以將低電壓電能分配給各個(gè)用電設(shè)備和系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)配電開(kāi)關(guān)等裝置進(jìn)行電力控制和保護(hù)。變壓裝置的電力分配和控制功能可以確保煤礦的電力供應(yīng)安全穩(wěn)定，保障設(shè)備的正常運(yùn)行和礦井的生產(chǎn)效率。變壓裝置的額定容量通常在100 ～5000kV 安，額定電壓一般在6 ～35kV，調(diào)壓范圍通常在±5%，變壓裝置的效率通常在90%以上。

2.7 刮板輸送機(jī)

刮板輸送機(jī)的主要功能將采煤工作面上的煤炭從工作面輸送至煤炭運(yùn)輸車輛或其他運(yùn)輸設(shè)備。刮板輸送機(jī)通過(guò)其刮板鏈或橡膠帶等裝置，將煤炭推送或拉動(dòng)至輸送線上，實(shí)現(xiàn)快速、高效的煤炭運(yùn)輸。刮板輸送機(jī)的輸送能力和速度直接影響煤炭的生產(chǎn)效率和運(yùn)輸效率。在一次采全高綜采采煤工藝中，刮板輸送機(jī)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的煤炭運(yùn)輸，避免了間歇性的停頓和等待，提高了生產(chǎn)的連續(xù)性和效率。刮板輸送機(jī)還具有較好的適應(yīng)性，可以適應(yīng)不同傾角和彎曲條件下的煤炭輸送，滿足復(fù)雜煤炭輸送線路的需求。刮板輸送機(jī)的通常在50 ～500t/h，輸送速度一般在0.5 ～2.5m/s，刮板輸送機(jī)的功率消耗通常在5 ～10kW，輸送距離通常在10 ～500m。

3 結(jié)語(yǔ)

一次采全高綜采采煤工藝在提高采煤效率、保障礦井安全和資源利用方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，該工藝仍面臨一些挑戰(zhàn)，如煤炭層厚度、煤質(zhì)變化等因素對(duì)設(shè)備的適應(yīng)性要求提高，同時(shí)在環(huán)境保護(hù)方面也需要更多地關(guān)注。因此，未來(lái)的研究方向應(yīng)包括改進(jìn)設(shè)備性能、優(yōu)化工藝流程、加強(qiáng)綠色環(huán)保等方面。只有不斷進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，才能更好地適應(yīng)煤礦開(kāi)采的需求，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的可持續(xù)利用。