煤礦綜合機械化采煤工藝及安全生產研究

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。

關鍵詞：煤炭開采；綜合機械化采煤工藝；安全生產

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，對于國家經濟建設與社會發展都有重要作用。我國是世界上煤炭儲量最豐富的國家之一，是煤炭開發和利用大國。盡管國內煤炭企業實施機械化采煤的時間很長，但很多煤炭企業仍采取傳統的人工采煤形式，采煤效率低且安全性差。隨著科技的進步，現代信息技術、新型設備在煤炭企業的應用逐漸增加，這不但有助于煤炭企業進行機械化采煤作業，而且有助于提高采煤效率，且更加安全。

近年來，煤炭企業逐步嘗試引進先進采煤工藝與設備，綜合機械化采煤工藝的應用愈加廣泛，極大地提高了煤炭企業的采煤效率與安全性[1]。煤炭企業要高度重視綜合機械化采煤工藝的應用，引導先進的采煤技術與設備，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，實現煤炭企業經濟效益與社會效益的最大化[2]。

1 機械化采煤概述

隨著信息技術的發展，煤炭開采也逐步朝機械化與智能化方向發展。機械化采煤是在采煤過程中，利用功能不同的各類機械設備，替代傳統人工采煤方式，如借助新能源或電力等采煤設備，采取人工或自動化控制采煤設備采煤[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，能有效提高采煤效率。在實際采煤中，機械化采煤要根據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]。

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

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，再加之地下地質環境復雜，開采條件惡劣，傳統的人工開采存在極大的危險，加之在采煤過程中作業面空間狹小，所以煤炭人工開采安全系數低，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，尤其是隨著科學技術的進步，煤炭開采設備的機械化、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，導致開發進程相對緩慢。工業生產、日常生活都離不開煤炭的輔助，所以煤炭企業要加大研發力度，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，煤炭企業經過不斷實踐，通過更新傳統的采煤設備，研究出長壁綜合采煤技術。該技術可應用于大型、成型化的傾斜煤層的煤面，其優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，一般以煤炭生產的最高成本或最低成本為基礎。

在采煤過程中，工作面長度易受到多類因素的影響，如工作面的地質環境、刮板鋪設及輸送機長度等。回采巷道的支護與開采、工作面地質構造及鋪設可伸縮輸送機的長度等因素，也會影響工作面長度及走向。所以在應用長壁采煤工藝采煤過程中，要根據煤礦的實際地質環境確定工作面長度，確保煤炭開采的順利進行。

長壁采煤設備包括采煤機、破碎機、刮板運輸機、液壓支架、轉載機等。長壁采煤設備安裝過程復雜，且一般安裝完成后不再變動，所以在安裝長壁采煤設備前，技術人員要先勘探及評估煤礦地質情況，全面分析煤炭儲量、開采難度等情況，計劃預期收益，盡量減少設備投資支出[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備。這些設備都屬輕型采煤設備，便于靈活調整采煤位置，且能重裝設備或改變采煤工藝的操作模式，采煤效率高，被廣泛應用于我國的煤炭開采中。

短壁采煤工藝是“三下”壓煤技術的有益補充，并能應用于不規則煤炭資源的回收利用，合理調節采煤失調比率，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，應用于各類地質條件的煤炭開采，采煤效率更高。但若采煤單元相對復雜，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條件等因素的影響，這類煤層開采率較低，并且經濟效益低下。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的重視。

薄煤層開采存在產量低、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，從而確保企業獲取一定的經濟效益。

2.5 液壓支架采煤工藝

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

落煤時采取震動爆破方法，避免頂板發生嚴重破損。若采煤區域煤層相對松軟，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，要在頂部設置長木梁，并且設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

地質構造會對機械化煤炭開采產生顯著影響。隨著煤炭開采深度的增加，礦井下的地質構造更加復雜，不但需要輔助支架支撐，還需要提前進行地質結構勘探，根據地質情況選擇適當的開采設備，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，會損害機械設備，所以在煤炭開采中要根據地質條件調整開采高度，確保機械設備順利經過斷層帶。

瓦斯濃度對煤炭安全開采的影響也很大。若瓦斯濃度超限，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，及時疏散、稀釋有毒有害氣體，保持良好的采煤環境。

4 煤礦安全生產的策略

4.1 更新、升級現有采煤設備

煤炭企業需要更新、升級現有采煤設備，尤其是對于煤炭開采產生的粉塵問題。要在優化機械化采煤設備的基礎上采取防塵措施，提高設備自身的除塵效果，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 學習國內外先進的采煤技術

盡管我國煤炭企業應用機械化煤炭開采的歷史很早，但因種種原因發展較為緩慢，導致機械化采煤程度較低，經驗、技術相對落后。為此，需要提高煤炭企業機械化采煤進程。煤炭企業要借鑒國外發達國家先進的采煤技術與經驗。如德國、美國在煤礦機械化開采方面積累了豐富的經驗與技術，其機械化程度已達90%以上。煤炭企業可以通過借鑒學習，根據本企業實際情況引進先進的設備與煤炭開采技術，并做好設備測試工作，確保設備的正常使用[10]。

4.3 加快機械化采煤工藝研究步伐

應用機械化采煤技術能提高煤炭生產的安全性，加快煤炭企業機械化生產步伐，保障生產的安全性。

首先，煤炭企業管理人員要提高安全生產意識，制定科學合理的安全生產管理制度，并切實貫徹落實好。

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

最后，煤炭企業要量力而行，盡量購置相對完善的采煤設備，淘汰本企業落后采煤設備，或把企業相對落后的技術進行升級，從而滿足安全生產需求。同時要制定規范的操作、保養、維護措施，確保煤炭生產的安全性。

4.4 改善采煤工作環境

在采煤過程中，選擇機械化采煤生產，難免發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，煤炭企業要改善采煤環境與條件，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、減少粉塵污染。如選擇機械化采煤設備時要采取防塵措施，提高設備自身除塵效益，減少粉塵污染，盡量降低粉塵對一線采煤人員的身體傷害。要降低生產中的共振問題，科學設計機械化生產環境，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，煤炭企業要提高一線采煤人員的安全意識，制定科學合理的作息制度。配備充足、符合質量要求的生產物資，定期排查設備隱患，確保設備的安全運行。

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

4.5 提高采煤工人素質

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直接關系到安全生產的落實，煤炭企業要采取措施提高一線采煤人員素質。

首先，煤炭企業要加強一線采煤人員安全教育，引導其樹立安全生產意識。其次，煤炭企業要強化一線采煤人員技術教育，使其熟練掌握機械化生產技能，嚴格按操作規范操作。最后，煤炭企業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的重要性，樹立安全生產意識，從而確保煤炭開采的安全性，提高煤炭企業的經濟效益與社會效益。

5 結束語

煤炭企業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，減少安全事故發生的概率與人員傷亡。對此，煤炭企業要從安全生產角度著手，學習國內外先進煤炭開采技術，加快煤炭開采綜合機械化進程，改善煤炭開采的工作環境與條件，提高一線采煤人員的綜合素質，從而提高煤炭開采的安全性，在提高企業經濟效益與社會效益的基礎上，確保煤炭行業的持續發展。

參考文獻

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