一次采全高綜采采煤工藝及設備研究

傅本斌

（兗礦能源集團股份有限公司濟寧二號煤礦，山東 濟寧 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，同時能夠保障礦井的安全和環境的保護。然而，仍需進一步研究和改進，以適應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

在進行割煤裝煤前，需要對采煤機、運輸設備等進行檢查和準備工作，確保設備的正常運行。采煤機開始對煤層進行割斷作業。采煤機通過刀盤上的刀具對煤層進行切割，將煤層割斷成可裝運的小塊。割煤后，運輸設備將煤炭從采煤機輸送到運輸通道，通常采用皮帶輸送機等設備進行煤炭的運輸。煤炭到達運輸通道后，工人進行裝煤操作。這一步驟中，工人將煤炭倒入礦車或其他運輸工具中，并確保煤炭的穩定和安全裝載。裝煤后，需要對裝煤區域進行清理和設備維護，以確保下次作業的順利進行。在割煤裝煤作業中，關鍵的技術數值包括切割速度、切割力和裝煤效率。切割速度是指采煤機在單位時間內完成切割的能力，它決定了采煤的效率和產量。切割力是指采煤機切割煤層時所施加的力量，它需要根據煤層的硬度和堅固程度來進行調整，以確保高效切割。裝煤效率是指將煤炭裝入運輸設備的速度和效果，它直接關系到采煤的效率和成本。

1.2 頂板支護

在采煤前，需要對煤層的頂板進行預處理，包括清理雜物、加固薄弱部位等，以確保頂板的穩定性。接下來，選擇合適的支護材料，如鋼支撐、錨桿等，根據煤層的特點和采煤條件來確定最佳的支護方案。然后，進行支護設備的安裝，確保支護材料能夠有效地支撐煤層，防止坍塌。最后，進行支護管理，包括定期檢查支護設備的狀態、及時更換損壞的支護材料等，以保證支護系統的穩定性和可靠性。在頂板支護的技術設備方面，全高綜采采煤工藝采用了一系列先進的設備來實現高效支護。其中，自動化支架是一項重要的技術創新，它可以根據需要自動調整高度和傾角，提供穩定的支撐力。此外，錨桿和錨索等也是常用的支護設備，通過將錨桿固定在煤層頂板和基巖之間，提供額外的支撐力，增強頂板的穩定性。另外，還有巖石自動化預裂爆破技術，可以預先在頂板巖石中布置爆破孔，通過爆破來控制頂板的移動和坍塌，進一步提高頂板支護效果。

1.3 采煤工藝

一次采全高綜采采煤工藝作為現代煤礦開采的一種高效、安全的方式，主運順槽、巷道支護、液壓支護和輸送機運作作為其中關鍵的環節，在煤礦開采中扮演著重要的角色。主運順槽是指在煤層下方開挖的通道，用于順利將采煤機械和運輸設備送入煤礦工作面，以及將采出的煤炭順利地運送出去。主運順槽的作用是確保采煤機械和煤炭運輸設備的順暢通行，提高開采效率。此外，主運順槽還承擔著瓦斯抽放和通風的重要任務，保障礦井的安全運營。因此，在一次采全高綜采采煤工藝中，主運順槽的開挖和管理必須嚴格執行，確保礦井的安全穩定。

在采煤過程中，巷道支護起到了支撐和保護礦井巷道的作用，防止巷道因采煤活動而發生坍塌和變形。采用適當地巷道支護措施，如鋼架、錨桿等，可以有效地提高巷道的穩定性和安全性。巷道支護的實施不僅要考慮到煤層的物理特性和地質條件，還需要根據采煤機械和運輸設備的尺寸和工作要求進行合理設計。巷道支護的有效實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行。

液壓支護利用液壓力將支護裝置穩定地壓緊到煤層和巷道的技術。液壓支護具有靈活性、可靠性和適應性強的特點，可以根據煤層的變化和工作面的需求進行調整和變化。液壓支護能夠提供強大地支撐力，保護巷道的穩定和安全，同時還可以減少人工勞動和提高采煤效率。在一次采全高綜采采煤工藝中，液壓支護的運作必須精確可靠，以確保礦井的穩定性和安全性。輸送機的作用是將采出的煤炭從工作面運輸到地面或其他處理設備。輸送機運作的關鍵在于保證其穩定性、高效性和安全性。在采煤工作中，輸送機需要經常面對煤層變化、巷道條件等各種不確定因素，因此，對于輸送機的操作和維護要求十分嚴格。同時，輸送機的布局和設計也需要考慮煤炭流量、傾角和運行速度等因素，以保證煤炭的順利運輸和采煤工作的連續進行。

1.4 移架處理

根據煤層的情況和工作面的需求，確定需要進行移架處理的支架。針對每個支架，進行水平標準數值和角度標準數值的調整。根據實際情況，使用專業的儀器和工具進行精確測量和調整?？刂浦Ъ芨鞫嗣娴拈g距標準數值。根據支架的設計和煤層的特點，確保各端面之間的距離符合要求。完成移架處理后，對支架進行檢查和確認，確保其穩定性和合理性。進行采煤機械的重新布置和調整，使其能夠順利工作。要求支架原始的支撐水平超過25MPa，頂梁構件和頂板形成的角度不能超過7°，支架各端面的間距最大值是34cm，移架和設備滾筒的間距不能達到10m。

1.5 清煤工藝

清煤作業可以有效去除煤炭頂板和支架底部的浮煤覆蓋，保持清晰的作業面，有利于采煤機械的順利運行和煤炭的采出。浮煤覆蓋的存在會影響采煤機械的正常工作，增加煤炭的損耗，甚至可能導致設備故障和安全事故。通過清煤作業，可以最大程度地減少這些問題的發生，提高煤炭的采出率和礦井的生產效率。浮煤覆蓋的存在容易導致煤層頂板的不穩定，增加冒頂、坍塌等事故的風險。通過清煤作業，可以及時發現和清除煤層頂板的問題，保障礦井的安全運營。此外，清煤作業還有利于檢測和控制煤層頂板的變化，提前采取預防措施，減少礦井事故的發生。根據標準要求，每2m3內的浮煤覆蓋厚度不能達到3cm，這個標準的制定考慮了煤炭采煤的需求和礦井安全的要求。嚴格執行清煤標準，可以保證清煤作業的質量和效果，減少浮煤的積累，保持作業面的清晰度和平整度。

2 一次采全高綜采采煤設備

2.1 采煤機

采煤機通過切割和采掘煤層，將煤炭從煤層中分離出來，并將其輸送到后續的處理設備或運輸系統。采煤機的連續采煤功能是保障采煤工藝地高效進行和煤炭生產的關鍵所在。此外，采煤機設備還具有其他重要的功能，如煤層定位和煤層預處理。采煤機通過傳感器和定位系統，可以精確地確定煤層的位置和傾角，從而在采煤過程中保持適當的切割角度和深度。預處理功能包括對煤層進行切割、破碎和解固作業，以提高煤炭的采出率和后續處理的效果。

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

輸送帶速度一般在1.5 ～5m/s 之間，根據煤炭產量和輸送距離進行調整。輸送帶寬度通常在800 ～1600mm 之間，根據煤炭產量和輸送能力進行選擇。

2.2 破碎機

破碎機的主要功能是將采取的煤炭進行初步的破碎。破碎機通過旋轉的錘頭或刀片等裝置對煤炭進行沖擊、壓碎或剪切，將較大的煤塊分解為更小的顆粒，方便后續的輸送和處理。初步破碎的效果直接影響到后續工藝的順利進行和煤炭的利用效率。在破碎過程中，破碎機通常配備有篩網或篩孔，可以將不同尺寸的煤炭進行分級，使得煤炭顆粒的大小符合后續處理工藝的要求。分級篩分的功能可以提高煤炭的利用效率和產品質量，減少廢料和資源的浪費。在一次采全高綜采采煤工藝中，破碎機需要具備高產量、低能耗和穩定的工作性能。高產量可以提高煤炭的處理能力和生產效率，低能耗可以降低能源消耗和生產成本，穩定的工作性能可以保障工藝的連續運行和煤炭的穩定供應。根據煤炭地產量和工作面地要求，通常在100 ～1000t/h 進行選擇。破碎機的破碎比通常在4:1 ～10:1，具體數值根據煤炭的硬度和工藝要求進行調整。破碎機的功耗通常在30 ～300kW，具體數值根據煤炭的硬度和處理能力進行選擇。根據后續工藝的需求，出料粒度可以在1 ～100mm 進行調整。這些具體的專項指標數值是根據實際情況和工藝要求給出的，可根據具體煤礦的條件和需求進行調整。

2.3 轉載機

轉載機的主要功能是從采煤工作面將采取的煤炭轉運到運輸設備或其他地點。轉載機通過其裝載桶或斗進行煤炭的裝載和卸載，實現快速、高效的煤炭轉運。轉載機的裝載能力和卸載速度直接影響煤炭轉運的效率和連續性。轉載機可以清理工作面上的煤層碎片、殘渣和廢料，保持工作面的整潔和安全。同時，轉載機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，提高資源的利用效率。轉載機需要具備高載重能力和快速的裝卸速度，以滿足煤炭轉運的需求。高效率地工作能力可以提高煤炭的轉運效率和生產效率，減少運輸成本和時間。轉載機的裝載能力通常在3 ～20t，具體數值根據煤炭的密度和裝載桶的設計進行選擇。卸載速度一般在2 ～8m3/m，具體數值根據煤炭的裝卸要求和工作面的情況進行調整。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行噴霧降塵。在采煤過程中，會產生大量的煤塵和顆粒物，對礦工的健康和安全構成威脅，同時也會影響礦井的通風質量。噴霧泵通過噴灑水霧或化學降塵劑，有效地抑制煤塵的揚塵和飛揚，降低煤塵對環境和人體的危害。在礦井開采過程中，由于機械設備的運行和煤炭的燃燒，會產生大量的熱量，導致礦井溫度升高。噴霧泵可以通過噴灑水霧或化學濕化劑，降低礦井的溫度，改善工作環境，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煤炭工作面進行支護。液壓支架通過液壓系統的作用，使支架的液壓缸伸縮，支撐煤層的頂板，防止頂板塌落和發生冒頂事故。液壓支架的穩定性和支撐能力直接影響煤炭工作面的安全性和穩定性。液壓支架可以通過調整液壓缸的伸縮長度，控制工作面的高度和傾角，以適應不同的煤層厚度和工作面的需求。這種調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換為適合煤礦使用的低電壓電能。煤礦中的設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變換器的作用，將輸電線路上的高電壓轉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中，可以將低電壓電能分配給各個用電設備和系統，同時通過配電開關等裝置進行電力控制和保護。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安全穩定，保障設備的正常運行和礦井的生產效率。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

刮板輸送機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輸車輛或其他運輸設備。刮板輸送機通過其刮板鏈或橡膠帶等裝置，將煤炭推送或拉動至輸送線上，實現快速、高效的煤炭運輸。刮板輸送機的輸送能力和速度直接影響煤炭的生產效率和運輸效率。在一次采全高綜采采煤工藝中，刮板輸送機可以實現連續的煤炭運輸，避免了間歇性的停頓和等待，提高了生產的連續性和效率。刮板輸送機還具有較好的適應性，可以適應不同傾角和彎曲條件下的煤炭輸送，滿足復雜煤炭輸送線路的需求。刮板輸送機的通常在50 ～500t/h，輸送速度一般在0.5 ～2.5m/s，刮板輸送機的功率消耗通常在5 ～10kW，輸送距離通常在10 ～500m。

3 結語

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勢。然而，該工藝仍面臨一些挑戰，如煤炭層厚度、煤質變化等因素對設備的適應性要求提高，同時在環境保護方面也需要更多地關注。因此，未來的研究方向應包括改進設備性能、優化工藝流程、加強綠色環保等方面。只有不斷進行創新和改進，才能更好地適應煤礦開采的需求，實現煤炭資源的可持續利用。