第一節(jié)    我國薄煤層開采現(xiàn)狀

一、我國薄煤層開采現(xiàn)狀

我國的煤炭資源豐富，儲存量大，且賦存多樣化，根據(jù)我國煤層厚度劃分，厚度0.8～1.3m屬于薄煤層，小于0.8m屬于極薄煤層。我國煤炭儲量中薄煤層的可采儲量約為60多億ｔ，約占全國煤炭總儲量的18%。然而據(jù)1996年統(tǒng)計，我國薄煤層的產(chǎn)量只占全國煤炭總產(chǎn)量的7.32%，而且這個比例還在呈逐步下降的趨勢。

我國薄煤層的開采經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段。20世紀50年代薄煤層開采主要使用炮采工藝。60年代開始使用深截煤機掏槽，爆破落煤；70年代薄煤層機組得到較大發(fā)展，分別研制出不同類型的刨煤機，包括鋼絲繩牽引刨煤機、全液壓驅(qū)動刨煤機和刮斗刨煤機等。

目前，我國薄煤層開采的機械化程度還比較低，大多還是采用炮采，產(chǎn)量低、事故多、工人的工作環(huán)境惡劣。薄煤層采煤機作為薄煤層開采機械，由于受其本身結(jié)構(gòu)的限制，0.8ｍ已是其開采下限，而且維修、操作不便，工人需在極低的工作面條件下跟機作業(yè)。1974年研制成功BM-100型薄煤層滾筒采煤機。在20世紀80～90年代，我國曾研制了多種型號的刨煤機（包括滑行刨煤機和拖鉤刨煤機），以解決薄煤層的開采問題，并在一些局礦的使用中取得了不俗的成績。

90年代，天府礦務(wù)局和徐州礦務(wù)局，分別從俄羅斯和烏克蘭引進了螺旋鉆采煤機，2003年新汶礦業(yè)集團也引進了2臺三鉆頭的螺旋鉆采煤機，用于薄與極薄煤層的開采，使一些用傳統(tǒng)采煤工藝不能開采的薄煤層、極薄煤層得到有效開采利用。然而由于推廣的力度不夠大，以及用戶對這種形式的采煤機種也有一個逐步認識的過程，因此國內(nèi)使用刨煤機的工作面還不多。

近年來，刨煤機技術(shù)的開發(fā)取得了很大的進展，國產(chǎn)刨煤機在一些局礦的成功使用以及采用德國DBT公司生產(chǎn)的刨煤機主機與國內(nèi)設(shè)備配套使用，在我國鐵法、晉城、西山等地取得的一些成功經(jīng)驗，使國內(nèi)同行對采用刨煤機開采薄煤層有了許多新的認識。

二、 滾筒采煤機

1、種類

煤層的開采先后出現(xiàn)了多種多樣形式的采煤機。如今采煤機大都向適應(yīng)能力強，自動化程度高的方向發(fā)展，并取得了很大的成就。當前適合于薄煤層開采的采煤機有下列四種：

第一種是MDY—150型采煤機，此機適采高為1.2~2.5m，煤質(zhì)中硬（f=2-3），頂板穩(wěn)定的煤層，并且煤質(zhì)較軟，傾角在0-25·之間；

第二種為BM—100型采煤機，它的適應(yīng)高度為0.9-1.3m，f≤2.5，頂板中等穩(wěn)定的煤層，傾角也在0-25·之間；

第三種為MLS3P—170矮型雙滾筒采煤機，該機適合采高為1.2-2.2m，f=2-3之間，頂板中等穩(wěn)定，底板不能過于松軟，傾角在0-30·之間；

第四種是K—103型爬底板式薄煤層采煤機，該機適應(yīng)與0.6-1.2m厚薄煤層的開采，煤質(zhì)中等穩(wěn)定以下，傾角小于35·。

2、滾筒采煤機的優(yōu)點

滾筒采煤機與其他采煤機相比具有它獨特的優(yōu)勢：

a.適應(yīng)能力強，尤其是煤層厚度變化較大的工作面；

b.對煤層頂、底板起伏變化適應(yīng)能力強，在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，可以通過大的裝機功率強行通過；

c.適用于含有夾矸的煤層回采，煤層中若含有矸石滾筒采煤機可以直接切割矸石回采，不影響回采的時間和產(chǎn)量；

d.對工作面的長度要求較低，尤其與刨煤機相比更為突出。

總之滾筒采煤機具有適應(yīng)能力強、切割效益高、對地質(zhì)條件要求不高等特點，特別適用薄煤層自動蝦工作面開采，尤其是當煤層賦存條件變化大、斷層多時，滾筒采煤機的優(yōu)勢更為明顯，它可以直接切割頂、底板強行通過，免去了搬家的工序，提高了回采效益。

3、滾筒采煤機的缺點

滾筒采煤機的系統(tǒng)復(fù)雜，一般都是采用液壓控制，制造困難，造價高，維修不方便，工人不容易掌握；

工作面的煤塵大，塊煤產(chǎn)出率低，經(jīng)濟效益不高，同時工作面設(shè)備多，通風阻力大，嚴重影響著工人的身心健康。

工作空間小。

三、刨煤機的特點和適用范圍

刨煤機是以刨頭為工作機構(gòu)，采用刨削方式破煤的采煤機械，可用在長壁采煤工作面實現(xiàn)破煤、裝煤和運煤。刨頭由安裝在采煤工作面兩端的驅(qū)動裝置通過刨鏈在工作面全長上往復(fù)牽引，刨刀以給定的刨削深度將煤從煤壁上刨落下來，通過刨頭的犁形斜面將刨落下來的煤裝入輸送部，然后由輸送部將煤運出采煤工作面。刨煤機通?？煞譃?個基本部分，即：刨煤部、輸送部、液壓系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)、電氣控制裝置和輔助裝置。

1、刨煤機的特點

近年來，刨煤機得到了不斷改進和發(fā)展，性能日益完善。歸納起來，現(xiàn)代刨煤機具有以下的特點：

1）結(jié)構(gòu)簡單，操作和維護方便；

2）人員不必跟機移動作業(yè)，改善了工人的安全條件及勞動強度，這對于薄煤層開采尤其重要；

3）采出的原煤塊率較高，粉塵量少；

4）充分利用地壓采煤，能耗較低；

5）采用淺截深開采，煤層中的瓦斯釋放均勻，尤其適用于有瓦斯突出可能的煤層開采；

6）易于實現(xiàn)工作面自動化管理。

2、刨煤機的適用范圍

在比較穩(wěn)定的地質(zhì)條件下，開采薄煤層或1.8～2.0ｍ以下煤層，刨煤機是一種相當經(jīng)濟和有效的采煤機械。這一點，無論從西德、美國等國外經(jīng)驗，還是根據(jù)我國使用刨煤機的情況來看都得到了充分的證明。

比較穩(wěn)定的地質(zhì)條件，是指煤層中沒有較大的斷層構(gòu)造，煤層的傾角一般在25°以下，工作面沒有太大起伏，煤不粘頂?shù)?。刨煤機不僅可以成功地用于薄煤層開采，而且中厚煤層的開采也有不少高產(chǎn)的例子。例如德國在1.5～1.8ｍ的煤層中使用刨煤機開采，平均日產(chǎn)原煤在2312～4899ｔ之間。在較厚的煤層中，刨煤機工作面的最高工效可達37ｔ/工。我國的新汶礦業(yè)集團華豐煤礦在大傾角厚煤層傾斜分層開采中采用國產(chǎn)刨煤機開采，平均采高2.1ｍ，煤層平均傾角31º，5個月共產(chǎn)煤11.84萬ｔ，平均月產(chǎn)超過2萬ｔ。

目前，全世界已經(jīng)有20多個國家的煤礦在使用刨煤機，刨煤機的總使用臺數(shù)已超過1000臺，日產(chǎn)萬噸的刨煤機工作面也不乏其例。近年來，隨著刨煤機功率的不斷增大，以及大規(guī)格、高強度礦用圓環(huán)鏈的采用，刨煤機刨削硬煤的能力得到不斷提高。德國的刨煤機功率已達2×400ｋＷ和2×800ｋＷ，刨鏈直徑可達Φ38ｍｍ和Φ42ｍｍ，這就使得刨煤機的適用范圍不斷擴大，隨著技術(shù)的進步，刨煤機開采硬煤和極硬煤層已不再是困難的事情。

3、刨煤機的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，國外刨煤機技術(shù)有了較大的發(fā)展。刨煤機的主要結(jié)構(gòu)型式有拖勾刨、滑行刨、拖勾滑行刨、緊湊式刨煤機等。

（1）工作面向自動化和無人化方向發(fā)展

目前，國外全自動刨煤機工作面最高日產(chǎn)原煤已達萬噸以上，全自動刨煤機生產(chǎn)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的刨煤機生產(chǎn)系統(tǒng)相比，開機率提高到70%以上，產(chǎn)量增加約60%。

4、刨煤功率朝大功率的方向發(fā)展

目前，德國DBT公司研制刨煤機的刨煤功率一般可達2×315KW和2×400KW，新型的GH42型滑行刨，刨煤功率達到了2×800KW，目前正在德國一個煤礦400m長的工作面開采硬煤。刨煤機刨頭的重量也在增加，由原來的2t增加至5～6t，最重的可達9t。功率的提高還帶來了刨速的提高。目前，德國刨煤機基本上都采用快速刨，刨頭速度可達2.25～2.4m/s，3m/s刨速也已經(jīng)出現(xiàn)。刨鏈的直徑也在相應(yīng)增大，由Φ38mm增大到Φ42mm。

四、選擇

實現(xiàn)薄煤層安全高效的開采，關(guān)鍵在于裝備自動化設(shè)備的高低程度，歷年來的經(jīng)驗證明，綜合機械化采煤是薄煤層長壁工作面高效高產(chǎn)的唯一途徑。目前，薄煤層自動化綜采成套設(shè)備主要有兩種較為成熟：一種就是滾筒采煤機配套機組；另一種就是刨煤機配套機組。這兩種設(shè)備在不同的環(huán)境下所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也是大不相同的。德國通過多年來的實踐經(jīng)驗得出了他們各自適用的條件（如圖3—所示）。

第二節(jié)   無人工作面采煤概述及分類

一.無人工作面采煤概念

什么叫無人工作面采煤

工人不長時間在工作面跟機操作，而是在巷道或其它地點控制或操縱工作面機械，完成采煤、裝煤、運煤、頂板管理及采空區(qū)處理等工序的一種采煤方法。簡稱無人采煤或無人開采。

二、發(fā)展無人工作面采煤技術(shù)的必要性

1．生產(chǎn)的需要

綜采對采煤工藝和煤炭生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展起了很大的推動作用。但煤層厚度小于0.7m時，工人很難操作，故障很難排除，炮采、普采工人的勞動條件也十分艱苦，因此必須把工人從繁重的體力勞動和惡劣的作業(yè)環(huán)境中解放出來，發(fā)展了人不進工作面的無人采煤法

2．安全的需要

工作面頂板裸露面積大,頂板事故多，難處理，人不進工作面對安全有利。

3．科技發(fā)展的趨勢

無人采煤目前已發(fā)展到中厚煤層和厚煤層，程控采煤機、支架、閉路電視監(jiān)測，機器人處理機械故障已在發(fā)達國家開始研制和開發(fā)。因此無人采煤技術(shù)是標志一個國家煤炭發(fā)展技術(shù)的尺度，是技術(shù)密集型的產(chǎn)物，是代替勞動力密集型的好方法之一，世界各國都十分重視，并相繼投入了大批的人力、物力、財力來從事這一領(lǐng)域的研究。

美國、前西德、在50年代初就開始研制有關(guān)設(shè)備

前蘇聯(lián)50年代末開始研制，70年代以后大力發(fā)展無人采煤技術(shù)，目前也正在不斷提高，89年召開了全蘇無人開采的全國性學術(shù)大會，對中厚、厚煤層都有方案，對設(shè)備也有很好的想法。

三、我國無人采煤技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展新技術(shù)的迫切性及趨勢

1．我國現(xiàn)狀

60年代我國在江西、徐州、廣東等地試驗過煤鋸采煤，原始的無人采煤。由于設(shè)備可靠性差，頂板管理問題沒有解決，仃止了。

2.  我國發(fā)展無人采煤技術(shù)的迫切性

無人開采目前主要適用于薄煤層中，重點解決工人的勞動環(huán)境問題，我國薄煤層約占總儲量的20%左右，而產(chǎn)量只占10.4%，而且產(chǎn)量有逐年下降的趨勢。我國的薄煤層開采一直不景氣。

全國86個統(tǒng)配礦務(wù)局586處礦井中，有80個局455處賦存有薄煤層。雙鴨山局、雞西、七臺河、淄博比重較大，峰峰、焦作、西山也有相當比重，徐州、兗州、大同、新汶、棗莊及華北、華東的許多地區(qū)都賦存有薄煤層。研究薄煤層開采是具有戰(zhàn)略意義的課題，我們在這方面應(yīng)趕上世界發(fā)展水平，也是每個采礦工作者的義不容辭的任務(wù)。

四.無人工作面采煤方法的分類

采煤方法是回采巷道布置和回采工藝的組合，分類應(yīng)考慮各種因素在內(nèi)，包括落煤、運煤、支護、礦壓控制，工作面推進方向，開采方式和有無改變煤的聚集狀等，這樣比較全面。

第三節(jié)  煤鋸無人工作面采煤

一. 煤鋸采煤及其裝置

（一）、煤鋸的產(chǎn)生及發(fā)展

1910年首先在德國出現(xiàn)，開采急傾斜煤層，獲得成功

30年代末前蘇聯(lián)第一次實驗，50年代擴大應(yīng)用

我國50年代末60年代初先后在四川魚田堡煤礦、京西大臺煤礦、廣東曲仁煤礦、江西樂平礦務(wù)局、徐州的旗山等地進行了實驗，取得了一些經(jīng)驗

（二）、煤鋸的結(jié)構(gòu)

煤鋸種類繁多，但工作原理大致相近。一般都是由雙向割煤的碎煤刀組成，碎煤刀每0.5~1m安裝一組，碎煤刀上有截齒、截齒鉗有合金鋼片，在鋼絲繩或鋼鏈的牽引下，由上下絞車驅(qū)動，往復(fù)切割煤壁破煤。一般在煤壁下方拉出一個橫溝，隨橫溝的加深，在礦山壓力和自重的作用下垮落，靠自重遇運出工作面。如圖2-3所示  ,煤鋸結(jié)構(gòu)圖

（三）、煤鋸采煤法的種類

分為 ：  走向長壁—工作面較長    40~130m

              傾斜長壁—工作面較短    10~40m

二. 走向長壁煤鋸無人工作面采煤

（一）．巷道布置：如圖2-1所示

特點：

①采區(qū)布置同急傾斜的上山采區(qū)，布置大致相同。

②上山也一般為三條：  溜煤、運料、行人、也可四條

③區(qū)段高（斜長）40~130m

④區(qū)段巷道可采用單巷或雙巷布置，運輸巷一般有超前平巷

⑤采用U型通風系統(tǒng)

（二）．回采工藝系統(tǒng)如圖所示2—2

1.  設(shè)備布置 : 上下平巷各一部絞車，在10m外，并有導(dǎo)向滑輪;

     工作面安裝煤鋸，由鋼絲繩牽引，或鏈牽引,

    煤鋸長3~7m。

2．回采工藝過程

  ①先鋸工作面下方1~3m，再鋸上端1~3m，使工作面成弧形；

  ②正常割煤；

  ③采空區(qū)不支護；

  ④ 當工作面推進到接近頂板垮落步距時，仃采留下2~3的小煤柱，搬到新開切眼內(nèi)采煤，頂板管理采用刀柱式管理。

(三)實例  江西樂平礦務(wù)局涌山礦煤鋸采煤

條件 ： α=55～62°，平均56°，m=1.8～2.4m,不粘頂，頂板10m厚的細砂巖,瘦煤,煤中有夾矸0.2m，高沼氣，有煤和瓦斯突出危險。上下2~5m開有輔助平巷，解決瓦斯超限，工作面長33~38m，每20~25m開一新開切眼，煤鋸長7m，碎煤刀為六角十二刃形式，小煤柱為3m，上下平巷安裝有電聲訊號，三班出煤。

工作面主要經(jīng)濟技術(shù)指標為：

  采高          2m

  傾角          58°

  工作面長度    33～38m

  日推進度      2m

  日產(chǎn)量        224t/天

  月推進度      56m

  月產(chǎn)量        6720t

  回采工效      4.51t/工

  坑木消耗     51.4m3/萬t

（四）效果及評價

優(yōu)點： 設(shè)備簡單，便于管理，容易操作，    體力勞動強度小，生產(chǎn)環(huán)境良好，材料消耗少，成本低，效果良好。

缺點： 對頂?shù)装暹m應(yīng)性差，斷繩處理困難，   煤損大，采區(qū)回采率底。

三.傾斜長壁煤鋸無人工作面采煤

（一）巷道布置如圖2—5所示

特點：   

 1.先劃區(qū)段再劃條帶；

 2.在條帶頂部布置回風巷,在條帶下部布置運輸巷；

3.條帶兩側(cè)設(shè)回采斜巷（或大直徑鉆孔眼）；

4.運輸巷頂部設(shè)放煤口，將工作面的煤放出外運；

5.條帶斜長、條帶寬度與煤層頂?shù)装鍡l件有關(guān)。

（二）回采工藝系統(tǒng)

1．首先完成條帶準備，ДГИ鉆機鉆透上下平巷；

2．在靠近運輸巷處開開切眼，安裝好放煤口；

3．安裝設(shè)備進行采煤；

4．工作面采空區(qū)不支護。

此采煤方法在前蘇聯(lián)廣泛使用，頓巴斯、別丘爾、庫茲巴斯等礦區(qū)使用，效果較好。

（三）條帶采煤放煤方式

1.采空區(qū)儲存煤炭，利用破碎下來的煤控制頂板，將煤逐漸放出，類似倉諸采煤法。對控制頂板有利。如圖2—6所示

2.采煤的同時煤炭直接通過采空區(qū)放出，工作面無任何支護。當工作面推進一定距離后，對放煤口沖擊太大，不易控制。如圖2—7所示

3．利用笨溜槽等專門設(shè)備放煤，不太成功 。  圖示2—8所示

第一種方法較好，使用較多，對控制頂板有利。

四. 對煤鋸采煤的評價

    1.優(yōu)點：設(shè)備相對簡單,造價低 ,工人易操作 ,勞動強度小,

        材料消耗少，工人作業(yè)環(huán)境好  ,巷道內(nèi)操作機械，曾一度廣泛被采用。

     2.存在問題：

        煤鋸工作性能差，可靠性低，常出現(xiàn)斷繩、卡繩現(xiàn)象,處理事故困難。

        關(guān)鍵問題是頂板管理沒解決，除頂板冒落外，底板也會滑落。煤拄支撐法煤損較大，開切眼開切工作量大，仰斜條帶也是如些。

    3.適用條件

      煤厚0.3~5m，圍巖穩(wěn)定，α＞35°,

      煤層較軟，煤層節(jié)理裂隙發(fā)育，不粘頂。

      發(fā)展方向:

      高效、可靠、強動力煤鋸，解決斷繩問題。

      大直徑、大功率鉆機用于開開切眼。

      新型支護設(shè)備的發(fā)展，如氣垛支架等。

第四節(jié)  螺旋鉆機無人工作面采煤

一．螺旋鉆機無人工作面采煤概述

1、起源與發(fā)展

      最早發(fā)展的是美國卡爾托克斯單軸螺旋鉆機，回收房間煤柱，在50年代初。隨后是原西德也研制出單軸螺旋鉆機。

       前蘇聯(lián)58年以后第一次在井下使用，70年以后大量使用，年產(chǎn)500多萬噸，從單軸到雙軸到多軸。

2、特點

①是比較成熟的一種方法；

②可采出用其它方法不能采出的煤炭；

③徹底改善和解放了工人的勞動環(huán)境和條件，安全大有改善；

④向更完善的方向發(fā)展，與刨煤機、水采聯(lián)合使用，向綜合技術(shù)發(fā)展。

（一）螺旋鉆機的種類

 1.按結(jié)構(gòu)分：單軸螺旋鉆機 ：如 美國的卡普頓，奧蓋爾馬依溫爾；

多軸螺旋鉆機 如 蘇БYГ-3，БШУ多軸螺旋鉆機；

圖形3-1，3-2，3-5， 3-6所示

2.按切削方式分：

     鉆削式:   美奧蓋爾—馬依涅爾,蘇БYГ-3，БШУ ;

     切削式 :  美國卡普頓

3.按工作方式分：

     單向鉆進式 : 蘇ΑШΚ

     雙向鉆進式  :БШУ

(二)螺旋鉆機的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.結(jié)構(gòu)

 鉆頭 ， 螺旋節(jié)式鉆桿，鉆機 ， 電機，減速器 ， 液壓部等；

     千斤頂 ， 單軌吊，  運輸機等組成。還有附屬設(shè)備等。

  圖3-2是美國的奧蓋爾馬依涅爾單軸鉆機

  1.鉆頭  2.螺旋葉片 3.導(dǎo)向架4.導(dǎo)向座  5.千斤頂  6.液壓部  7.電機  8.減速器  9.鉆桿

2.工作原理及過程

①鉆頭破煤鉆進;

②螺旋鉆桿不斷接長，推進鉆頭鉆采，煤由鉆桿自動運出；

③千斤頂可調(diào)整角度和穩(wěn)固鉆機 ；  圖3-6

④單軌吊為接長鉆桿和撤出鉆桿服務(wù)，鉆桿放在鉆桿倉內(nèi)或巷道內(nèi)；

⑤鉆孔的煤由運輸巷內(nèi)的輸送機運出；

⑥鉆機移動可用絞車或 自動行走（履帶或邁步滑靴等）；

⑦工人在巷道內(nèi)操縱機器即可鉆進采煤。

如圖3-3所示

3、螺旋鉆機目前的發(fā)展狀況

①美國奧蓋爾—馬依涅爾 單軸鉆機；卡普頓鉆機，可向兩幫鉆進采煤，履帶行走，功率大，鉆進深度可達25～38M；

②美國安捷爾哥勞德,奧蓋爾—馬依涅爾鉆機；

③蘇БУГ系列鉆機，基洛夫機械廠制造；

④　БШУ　鉆機更好，性能優(yōu)越。

趨勢：單軸　　　雙軸　　　多軸；大功率,自動行走,性能更可靠,擴鉆孔,長鉆進。

⑤目前在烏克蘭頓巴斯已使用更為先進的三軸螺旋鉆機，型號為：БЗМ，可以充填矸石，自動行走，單機產(chǎn)量1噸/分鐘。由鉆機本身自帶的局扇通過風筒向鉆孔內(nèi)送風。如圖1-12和1-13所示。

三． 螺旋鉆機采煤的開采方案

（一）形式

在同一條回采巷道內(nèi)常用的有以下幾種方式：

1、單機單向鉆進后退式開采  ；    圖3-7a上

2、單機雙向鉆進后退式開采；       圖3-7b

3、雙機單向鉆進后退式開采， 雙機錯開一定距離同時后退；

4、單機單向鉆進混合式（前進、后退混合式）；圖3-7a上下

5、分段作業(yè)式 。   圖 3-10

（二）分析

1、單機單向鉆進后退式開采（一般上下平巷各一臺單向鉆進）

   工作單一，比較簡單，設(shè)備少；

   設(shè)備利用率低，但巷道維護量大，需保留區(qū)段平巷，維護費高。

2、單機雙向鉆進后退式（西德 瓦里祖姆礦使用此方法）

   工作復(fù)雜，設(shè)備較多，需經(jīng)常換向開采；

   但巷道不需維護。

3、雙機單向鉆進后退回采

   設(shè)備多，兩臺運輸機，前后兩機有干擾；

   產(chǎn)量高，巷道維護量小，只維護一段。

4、單機單向鉆進混合式，同第一種。

5、分段作業(yè)方式

   產(chǎn)量高，生產(chǎn)集中，設(shè)備多，利用率高；

   巷道維護量稍大，但一般薄煤巷道好維護。

（三）鉆機在平巷中的設(shè)置

有兩種方式：

    ①鉆架車朝向采空區(qū)方向，輔助設(shè)備在煤體方向，不影響撤鉆桿，生產(chǎn)效率高，工序影響少，較多采用。

   ②鉆架車朝向煤體方向，后方撤支架時可采用這種方式。

四、螺旋鉆機采煤的通風系統(tǒng)

   局扇通風—無瓦斯礦井和瓦斯涌出量小的礦井，回收煤柱等。

  全礦井負壓通風—瓦斯涌出量大的礦井，可用U型通風，鉆孔內(nèi)可用風筒通風。

五、螺旋鉆機采煤的巷道形狀及支護

   形狀：可采用拱型，且較為多用，需臥底和挑頂；巷道斷面一般為6.5-7.2m2 。如圖3-6,圖3-4

  支護：①支護：注意棚距與鉆孔尺寸的匹配，相同或成倍數(shù)    ② 最好用錨桿支護

六、螺旋鉆機采煤鉆孔間的煤柱形狀及尺寸

1.煤柱的作用：

控制頂板，控制礦山壓力，代替支架；便于運煤，防止煤涌向舊鉆孔；保證鉆機的正常鉆進，不夾鉆。圖3-11，圖3-9

（二）煤柱的形狀及尺寸

1、形狀:工字形，實際是矩形，雙軸之間不連續(xù)。圖3-7，圖3-11

2、煤柱尺寸

①影響因素：煤層厚度、煤體的硬度、頂?shù)装鍘r性、鉆孔的形狀等。

②尺寸：每一特定條件下煤柱有其最佳尺寸，煤損小，又能支撐和控制頂板，保證鉆機的正常鉆進采煤。

雙軸雙孔的經(jīng)驗數(shù)據(jù)：煤厚0.5～0.7m，煤柱最窄部分0.15～0.25m.

煤厚0.8m，煤柱最窄部分0.2～0.3m . 圖3-9

單軸單孔的經(jīng)驗數(shù)據(jù):煤柱尺寸還可再小些。

③鉆機鉆進深度:30～40m，ВЗМ三軸鉆機可達60m.

④回采率：60～70%

（三）擴鉆孔技術(shù)

為了提高煤炭采出率，降低煤炭損失，世界各國都在應(yīng)用擴鉆孔技術(shù)。

擴鉆孔一般有三種形式：

1、先鉆小直徑的基本孔，然后擴孔：小鉆孔鉆進，后退擴孔（換鉆頭）；兩臺鉆機，有專門擴孔機。 圖3-11

2、沿煤層厚度擴鉆孔，西德鉆機螺旋葉片上安有刀具，先向上擴再向下擴。 圖3-12

3、沿煤層層面擴孔

在鉆到預(yù)定深度后，采用遠距離控制，將端頭鉆桿向一側(cè)（兩側(cè)雙軸）偏轉(zhuǎn)一定角度，在回程式中將鉆孔間的煤柱采出。圖3-13

七、螺旋鉆機采煤法頂板管理與礦山壓力控制

1、煤柱支撐頂板,0.15～0.35.在周期來壓時留大煤柱控頂板;

2、用矸石充填采空區(qū)（鉆孔）：可減少矸石提升量；

充填可使有效鉆進深度提高；

提高回采率，留大煤柱充填后再鉆采。

圖3-14 掘進用矸石風力充填鉆孔，沿平巷布置80M。較復(fù)雜，有干擾。

采用專門鉆頭，后退時將矸石填入鉆孔。

八．螺旋鉆機采煤法的適用條件及評價

（一）、適用條件

1、a≤15°；

2、煤層厚度0.45～1.5m；

3、煤的切割阻力≤250KN/m；

4、煤層不會黃鐵礦結(jié)核；

5、煤層無自燃、無突出危險，無沖擊地壓危險；

6、頂板條件隨意；

7、正常布置工作面采煤，回收邊角煤、各種煤柱，三下采煤。

（二）、評價

優(yōu)點： 該方法為薄煤層開采創(chuàng)出了一條新路；

        為薄和極薄煤層開采開辟了廣闊的前景；

        改善了工人的勞動條件，提高了勞動生產(chǎn)率；

        多回收地下資源，提高了人類開發(fā)資源的能力，延長了礦井服          服務(wù)年限；用人少，效益好，省掉工作面支架、運輸機，經(jīng)濟效益顯著；

缺點： 巷道掘進率高，有一定的煤損（但總比不采出好），巷道臥底挑頂出矸量大。

第五節(jié)   刨煤機無人工作面采煤

一． 刮刨機刀柱式無人工作面采煤

（一）、刮刨機簡介

薄煤層厚度、空間小，無法安裝運輸機，刮刨機是一種采煤、運煤為一體的采煤機械，形狀似耙斗裝巖機的耙斗，截齒朝向煤壁，上下巷道設(shè)牽引裝置驅(qū)動，沿煤壁往返運行采煤，并將煤運出。

（二）、巷道布置    如圖4-1所示

上有回風平巷，下有進風運輸平巷，從開切眼安裝刮刨機；

頓巴斯真理報煤管局應(yīng)用情況：

工作面長：100～120m;

頂板砂頁巖:8～9m;

采空區(qū)跨距：13～20m;

煤柱：3～5m , 還試驗了從開切眼向兩個方面開采的方案，可減少開切眼工作量.

（三）、效果

工作面日產(chǎn)：150T；

工作面效率：12T/工。

二．  螺旋鉆機—刮刨機聯(lián)合采煤

（一）、問題的提出

1、螺旋鉆機孔間小煤柱丟煤；

2、刮刨機開切眼工作量大，為克服以上缺點，提出鉆刮聯(lián)合采煤方案。

（二）、巷道布置

如圖4-2所示

工作面上有回風平巷:安裝一臺螺旋鉆機，刮刨機動力鉆，輸送機，回風；

工作面下有運輸平巷:安裝一臺螺旋鉆機，刮刨機動力鉆，運輸機 , 進風;

開切割眼:工作面采用U型通風系統(tǒng)，工作面長為兩臺鉆機的有效鉆進長度。

（三）、回采工藝

1、上下螺旋鉆機錯開一定距離，相向鉆進采煤，運輸巷鉆機稍滯后一定距離；

2、根據(jù)頂板來壓及煤柱壓酥情況，滯后鉆機10-15m，安裝刮刨機采出孔間煤柱，刮刨機可雙向采煤，雙向運煤；

3、工作面不支護，頂板緩慢下沉；

4、 沿空留巷，一巷兩次使用。

（四）、重要參數(shù)的確定

1、根據(jù)礦壓觀測，在不同條件下，確定刮刨機的滯后距離；

2、鉆孔間的煤柱尺寸；

3、煤柱的殘余高度，與刮刨機的正常工作空間相適應(yīng)，

一般不小于0.4～0.5m；

三.刮刨機—楔型支架無人工作面采煤

（一）、刮刨機采煤存在的主要問題

頂板管理方法采用無支護：頂板管理困難；

有支護：一次性支架  楔形支架；

               工作面的移動的支架—氣垛,移動困難。

（二）、楔形支架的結(jié)構(gòu)

如圖4—3所示:有上楔塊、下楔塊、木墊塊

以中間木塊實現(xiàn)可縮，楔形支架材料：水泥十矸石、粉煤灰等。

（三）、楔形支架的安裝

利用支架安裝機從回風巷下放，由下向上，順序安裝；

①安裝步距依頂板壓力而定，  一般工作面推進1~1.5m后安裝 ；

②安裝要求:成排 ， 有一定的初撐力，安裝支架時不采煤。

支架安裝機如圖4—5

（四）、楔形支架的應(yīng)用

①極薄煤層；

②刨煤機采煤機工作面都可以用；

③傾角大時 ：自動下滑。  雙滾筒絞車牽引，工作面下部設(shè)滑輪。

四.刮刨機氣垛支架綜合機組無人工作面采煤

（一）、設(shè)備

  采煤:   刮刨機 ；

  運煤:   刮刨機；

  支護:  氣垛支架 ， 兩排， 交錯布置 ， 超前間距0.2m ， 支架間用鋼絲連接； 長1340 mm, 寬740 mm, 高600~700mm;  繞在導(dǎo)內(nèi)器的繩輪上.氣壓800Kpa  工作阻力:450KN。

（二）、巷道布置：

走向長壁 ，設(shè)上下順槽。  如圖4-6所示

（三）  回采工藝

1．刮刨機沿工作面往返采煤  采下的煤靠刮刨機運出工作面；

2．煤壁推進0.4m后，把導(dǎo)向架的卡箍連在刮刨機的側(cè)幫上；

3．后排支架放氣,刮刨機沿工作面運動,把導(dǎo)向器拉向煤壁，放氣后的氣垛隨之前移；

4.充氣支撐頂板,撤掉卡箍， 刮刨機正常采煤。

（四）、應(yīng)用實例

頓巴斯礦 ： h2煤層 ， 煤厚0.42~0.55m，

                   α=3~4°，  頂板8~9砂頁巖。

存在問題：移架力不足 ， 氣垛漏氣 ， 中間空頂距加大，1.7~2.2（2.4）m。

五．我國刨煤機綜合機械化無人工作面采煤發(fā)展現(xiàn)狀

刨煤機液壓支架綜合機械化無人工作面采煤在鐵法煤業(yè)集團公司小青礦實驗成功，在中國實現(xiàn)了無人工作面開采技術(shù)歷史性突破。

(一)綜采設(shè)備及工藝

1.工作面簡況

703B刨煤機無人工作面位于該井田西部的WE采區(qū)，工作面走向長度905m,傾斜面長150m,回采推進625m后，面長變?yōu)?95m。煤層厚度1.00~1.58m,平均厚度1.3m,煤層傾角5~8°，局部起伏變化比較頻繁，巷道為錨桿支護。兩順槽之間有邊切巷道，并與WE采區(qū)煤倉相連，構(gòu)成運煤系統(tǒng)，采區(qū)運輸方式為3噸底卸式礦車單軌運輸，運輸能力為150萬t/a；運輸順槽通過WE進風行人斜巷與西翼—425m回風石門相連，構(gòu)成回風系統(tǒng)。如圖1-30所示

2.工作面主要設(shè)備技術(shù)特征

該工作面的按自動控制的隸屬關(guān)系，設(shè)備分為兩類：

第一類為自動化控制系統(tǒng)設(shè)備：即PROMOS系統(tǒng)和VRT32系統(tǒng)，分別由德國PROMOS公司、德國DBT公司制造并提供。它們分別與所對應(yīng)的受控設(shè)備有著復(fù)雜的智能聯(lián)系。在人工指令下或在接受受控設(shè)備反饋信息的過程中，自動監(jiān)控工作面設(shè)備的工作狀況。

第二類為受控設(shè)備：即PROMS系統(tǒng)和VRT32系統(tǒng)的控制下自動工作設(shè)備，它們分別向所對應(yīng)的控制系統(tǒng)連續(xù)反饋工作狀態(tài)及條件信息。受控設(shè)備主要有：德國產(chǎn)刨煤機1臺，額定生產(chǎn)能力900t/h；德國產(chǎn)工作面輸送機1部，額定生產(chǎn)能力900t/h，刨頭滑行軌道可彎曲角度：水平1.10,垂直6.00；國產(chǎn)ZY6400-0.9/2.0液壓支架135架；國產(chǎn)SZZ-764/160轉(zhuǎn)載機1部；國產(chǎn)PEM650×1000破碎機一部等 。

3.回采工藝

工作面采煤由刨煤機完成，刨煤機采用Z型進刀方式，采高1.3m。刨煤機上行刨深120mm，刨速1.76m/S.。下行刨深70mm，刨速0.88m/S。

刨煤機在PROMOS的控制下，沿刨頭的滑行道自動往返刨煤，刨削的煤塊自動落進溜槽運走；工作面運輸機的推移和支架的動作分別受PROMOS和PM4控制，尾隨刨煤機同步向煤壁方向推移，推移量等于刨煤機刨深。液壓支架每三架由一套PM4控制，并接受PROMOS傳輸?shù)呐兕^當前位置信息，結(jié)合自身傳感元件使支架完成推溜、降柱、拉架、升柱等功能。刨煤機工作期間的電動機、減速機的冷卻及跟蹤刨體定長噴霧，由PROMOS系統(tǒng)監(jiān)控。刨煤機工作面的技術(shù)配置真正實現(xiàn)了計算機遠程控制和自動化控制，在正常工作狀態(tài)下，工作面實現(xiàn)了無人作業(yè)。操作人員在控制室對MCU主控臺、PM4服務(wù)器、PROMOS控制器及控制盤進行監(jiān)控，遙控現(xiàn)場作業(yè)。設(shè)備布置如圖1-32所示。

4.故障處理

在設(shè)備出現(xiàn)故障和遇到設(shè)備不適應(yīng)條件時，須人工停機，并派人到工作現(xiàn)場處理，使之符合采、運、支、移自動化條件。

在刨煤機刨煤過程中，遇到底板縱向起伏大，需指令停機，派工作面巡檢員和有關(guān)技術(shù)人員，到現(xiàn)場對工作面輸送機上的調(diào)斜千斤頂進行調(diào)整，及時調(diào)整刨削參數(shù)以適應(yīng)新的工作條件。

（二）技術(shù)突破

鐵法刨煤機綜合機械化無人工作面開采的成功，實現(xiàn)了無人開采三項關(guān)鍵技術(shù)的突破與創(chuàng)新，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會效益，推動了中國無人開采技術(shù)的發(fā)展。

1.頂板管理與控制技術(shù)突破與創(chuàng)新

鐵法刨煤機綜合機械化無人工作面使用了由北京煤機廠生產(chǎn)的ZY6400——0.9/2.0D型薄煤層掩護式液壓支架與德國產(chǎn)刨煤機和德國產(chǎn)工作面運輸機配套,工作面共安裝液壓支架135架.每三架支架為一組,受一套PM4控制,，而PM4接受PROMOS傳輸?shù)呐兕^當前位置，在自身的傳感元件控制與操縱下自動實現(xiàn)推溜、降架、拉架、升架、支撐頂板等功能，有效地控制了工作面頂板，防止冒頂事故發(fā)生，保證了工作面機械的正常運行。因此它是實現(xiàn)刨煤機綜合機械化無人采煤成功的關(guān)鍵保證，在頂板管理與控制技術(shù)上實現(xiàn)了突破與創(chuàng)新。

2．采、運、支、移設(shè)備自動運行技術(shù)的突破

工作面的設(shè)備實現(xiàn)了計算機遠程控制和自動控制，體現(xiàn)了機、電、智能一體化。在正常狀態(tài)下，刨煤機在PROMOS的控制下，沿刨頭滑行軌道自動往返刨煤，采用Z型進刀方式，刨削的煤塊由工作面運轉(zhuǎn)機運出工作面，工作面運轉(zhuǎn)機推移和支架的動作分別受PRDMOS和PM4控制，隨刨煤機采煤向煤壁方向同步進行。操作人員在控制室對MCU主控臺、PM4服務(wù)器、PROMOS控制器及控制盤監(jiān)控，工作面無人，設(shè)備可靠性好，運行正常，一切按設(shè)計程序進行，達到了無人開采的技術(shù)要求，在自動控制上實現(xiàn)了技術(shù)突破。

3．實現(xiàn)了薄煤層無人工作面高產(chǎn)高效技術(shù)的突破

該刨煤機綜合機械化無人工作面管理水平高，職工隊伍全部由大、中專畢業(yè)生組成，綜合素質(zhì)高，生產(chǎn)效率高，平均日產(chǎn)3417t，最高日產(chǎn)5300t，達到了年產(chǎn)120~150萬t的薄煤層高產(chǎn)高效水平，創(chuàng)中國薄煤層單產(chǎn)最高紀錄。并且工作面用人少，設(shè)備故障率低，開機率高，配件、油耗、材耗少，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)九個月創(chuàng)直接經(jīng)濟效益1700多萬元，為薄煤層高產(chǎn)高效開辟了廣闊前景。

（三）．中國無人開采技術(shù)的展望

中國在無人開采技術(shù)方面一直在不停的努力發(fā)展和積極探索試驗。鐵法刨煤機綜合機械化無人開采的成功，給中國無人開采帶來了希望，推動了中國無人開采技術(shù)的發(fā)展，推動了煤炭開采技術(shù)的發(fā)展，為改善煤礦工人的勞動環(huán)境、勞動條件提供了機會與可能，技術(shù)經(jīng)濟效益和社會效益十分巨大，使人們越來越重視薄煤層的開采問題。同時為縮小中國與世界先進開采技術(shù)的差距起到了積極作用。目前西山、晉城、兗州等礦區(qū)都在準備或已經(jīng)上馬刨煤機無人開采。

同時頂板管理與控制技術(shù)的突破，以及采、支、運設(shè)備的高度自動化與自動控制技術(shù)為無人開采向中厚煤層和厚煤層發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。相信液壓支架、滾筒采煤機無人工作面開采不久將在中國問世，無人開采技術(shù)將會在中國更上一個新臺階，會有更大發(fā)展，更好地推動世界煤炭開采技術(shù)的發(fā)展。

第六節(jié) 綜合機械化無人工作面采煤

一．緩傾斜煤層短壁綜合機械化無人采煤

蘇制KTΠ綜合機組采煤  圖5—1

1．設(shè)備組成

采煤機：兩個垂直煤層頂?shù)装宓臐L筒，可以向兩側(cè)擴展，帶有擋煤板。

輸送機：節(jié)式螺旋輸送機，運煤 ， 把采煤機送往工作面，傳動力矩給采煤機。

導(dǎo)向臺：安裝螺旋輸送機。

轉(zhuǎn)載機： 運煤。

2．采煤工藝

從平巷向兩側(cè)采煤，房式采煤法， 留煤柱支撐頂板。

①采煤機滾筒合擾，前進采煤；

②不斷接長螺旋轉(zhuǎn)送機 ；

③到達預(yù)定距離后，放下?lián)趺喊?，展開滾筒后退擴寬煤房；

④到達下平巷前幾米收攏滾筒，撤出采煤機；

⑤煤房不支護。

3．工作指標

m=0.45~0.9m ， α=18~20°。

 0.6m 厚時：   日產(chǎn)615t  效率20t/工，

 煤損22%  ，     煤柱寬  0.5m，

 前進采煤房寬1.24m  ，后退  2.64m；

 煤房長50m。

二．傾斜煤層綜合機械化無人工作面采煤

（一）蘇ΚБВ機組    

1.設(shè)備： 

采煤機兩臺,一臺工作,一臺準備；  水平滾筒兩個；

螺旋輸送機,給采煤機傳動動力,送采煤機到工作面；

傳動導(dǎo)向臺,控制方向， 供給動力。

2.回采工藝   圖5-4

一臺鉆進;

一臺擴孔采煤;

螺旋輸送機運煤.

3.指標

 鉆進 75m ， 煤房擴寬到3m ， 煤柱  0.3~0.5m，

α=35°以下，m=0.6M，日產(chǎn)450t  效率＞15.5t/工。

（二）蘇金捷克綜采機組

   1.設(shè)備     圖5-5

                       鉆機

                       采煤機

                       螺旋輸送機

   2.工藝

        ①先鉆進；

        ②鋼絲繩通過鉆孔牽引采煤機采煤；

        ③螺旋輸送機把煤運到平巷；

        ④螺旋輸送機傳送力炬給采煤機；

        ⑤到回風巷輔加滾筒，上行1.2米,下行2.4米.；

       ⑥改進運輸機,可彎曲90度。

3.指標

m=0.8m,日產(chǎn)570噸，效率46噸/工。

       4．改進后的金捷克2k型   圖5-6

   從平巷向兩個方向采煤 , 日產(chǎn)800~1200t 效率20~30t/工,

   利用輸送機頂梁支撐頂板;

   輸送機帶膠輪, 頂部帶托滾,用于支撐頂板.

三．急傾斜煤層短壁綜合機械化無人工作面采煤

（一）、設(shè)備КМД機組   圖5-7

        采煤機，  傳動桿，每10m一個支撐連接器，保證方向，并給煤機傳送動力；

        受煤倉帶閘門，  控制臺。

（二）、采煤工藝

①設(shè)備定位；

②向煤房內(nèi)采煤 ， 可達120m ， 采寬1.2m;

③透到回風平巷后安裝擴寬器,自上而下擴寬煤房到3.6m~4.2m;

④回收設(shè)備，移動地點,重新采煤.

(三)、工藝系統(tǒng)  圖5-8

①留 0.8m煤柱 , 煤損17.5~20%;

②矸石充填 , 提高回采率。

  （四）、應(yīng)用

頓巴斯 、 庫茲巴斯 ， 整機性能良好，方向性好；

圍巖中等穩(wěn)定以上，M=0.45~1.2m ， 日產(chǎn)580~600t。

四．有支架的急傾斜煤層綜合機械化無人工作面采煤

（一）、蘇КБК綜采機組    圖5—9

1．設(shè)備

隔離型支架；

刨煤機—鋼鏈牽引；

平巷機站—牽引、動力裝置 ， 支架支點；

千廳頂—用來移動工作站；

2．回采工藝

①刨煤機沿工作面往返采煤；

②把隔離型支架和刨煤機移向煤壁；

③采空區(qū)自行垮落

3．實用

在盧門捷夫礦、 耶娜基也夫斯卡婭 礦使用；

存在問題 ： 支架不穩(wěn)定，向煤壁傾倒，影響刨煤機通過，上下出口支護不好；下口堵煤，通風不暢。

（二）、蘇КБТ機組  圖5—10

1.設(shè)備 ： 采煤機 ， 滾筒截深900mm,絞車牽引;

                    支架安裝機,  楔型支架.

2.工藝：

①工作面人工開下缺口；

②采煤機單向采煤 , 從下缺口開始；

③采煤機割兩刀后,支架安裝機安裝支架，在自重的作用下，  由下向上安裝支架；

④安裝支架時采煤工作仃止；

⑤支架安裝排距1.8m,上下出口排距0.9m；

⑥工作面是正偽斜 。

3.使用

煤厚0.3~0.5m；

日產(chǎn)250~300t；

效率17~20t/工；

對底板要求平穩(wěn)；

楔形支架初撐力不足。

五．采煤機-氣垛支架長壁無人采煤

（一）2K ЭБ   機組      圖5－11

1.設(shè)備

采煤機;

氣垛支架;

絞車三部 ： 一部牽引采煤機;

                    一部下放支架;

                    一部回采絞支架;

工作面兩排主要支架： 

煤壁排支架

                                         由運輸巷供風;

放頂排支架 

輔助排支架——由回風巷供風;

氣垛支架采用撤回到回風巷重新安裝的方式，  此時采煤機位于上出口附近。

2.回采工藝

①滾筒采煤機單向采煤，從下缺口開始；

②支架安裝；

安裝順序：

a.首先把氣垛與鋼絲繩連上，氣垛滑靴也與采煤機鋼絲繩連上；

b.利用采煤機自重下滑支架，把支架引向工作面；

到達一個支架安裝步距步距后仃車，把第二組氣垛連上鋼絲繩，滑靴與采煤機鋼絲繩連上再下放，該項工作依次進行，直到工作面全部安裝完氣垛，采煤機到達下缺口。

c.第一排支架安裝完，摘掉滑靴，充氣；

d.采煤上行采煤；

e.采夠一個排距后，安裝第二排，乃至第三排；

f.到達最大控頂距后，把輔助排和放頂排支架的鋼絲繩連上，先放輔助排，上拉，放頂排順序放氣，轉(zhuǎn)180度回撤。

工序：

采煤—下放采煤機—輔助排支架卸載—放頂排支架順序卸載—支架撤回到回風巷—下放支架—支撐頂板。

3.應(yīng)用

 阿爾諾尼斯基局;

阿里哈娃茲卡亞礦應(yīng)用;

拆除工作量大，氣垛軟管易壞。

（二）、涅瓦綜合機組  圖5—12 列寧革勒礦業(yè)學院研制

1．設(shè)備  采煤機探索—2型，  氣垛兩排，  四聯(lián)桿相互鏈接。

2．應(yīng)用：斯達漢諾夫礦

煤厚0.85m，應(yīng)用成功。

                          小              結(jié)

         1.無人采煤方法很多,如水采、氣化、液化、重液采煤、液壓脈沖采煤等，因時間關(guān)系，就不再介紹。可參考《無人工作面采煤》一書,劉過兵編著,煤炭工業(yè)出版社,1993年。

          2．我國在刨煤機綜合機械化采煤方面已有突破，應(yīng)繼續(xù)發(fā)展和完善；并向中厚、厚煤層采煤機綜合機械化無人工作面方向進展，盡快實現(xiàn)突破。

        3.各位應(yīng)積極支持新技術(shù)的實驗和開發(fā)研究，不斷創(chuàng)新，為煤炭科技發(fā)展作出貢獻。

         

        謝   謝！