采礦新技術制作人：丁國榮時間：2010年8月概述

煤炭是上億年形成的不可再生資源。據測算我國目前煤炭資源回收率平均僅為30%，鄉鎮煤礦僅為10%。提高煤炭資源回收應采要研制各種條件下開采方法及機械與裝備。①薄煤層高效開采技術；②厚煤層高效開采技術；③地下氣化技術；

無人工作面采煤技術無人工作面采煤指：工人不出現在回采工作面內，而是在回采工作面以外地點操作和控制機電設備，完成破煤、裝煤、運煤、支護和處理采空區等各項工序。無人工作面最大特點：1.使工人擺脫較危險的工作地點，把工人從繁重的體力勞動和惡劣的工作環境中解放出來。2.能使一些普通方法無法開采或很難開采的煤層得以開發，提高資源利用程度。無人工作面分類：1、按采煤機設備的種類分為：煤鋸采煤、水力采煤、刨煤機采煤、鉆機采煤、綜合機械化采煤。

2、按開采時是否改變煤的聚集狀態分為：（1）改變煤的聚集狀態化學方法：如煤的地下氣化、地下分餾等（2）不改變煤的聚集狀態物理方法（機械方法）第一節煤鋸無人工作面開采煤鋸采煤是1910年在德國出現的。煤鋸主要用來開采厚度0.3~5m的圍巖穩定的傾斜和急傾斜煤層。第一節煤鋸無人工作面開采煤鋸一般是由雙向割煤的碎煤刀組成，碎煤刀上有截尺，截尺上鉗有合金鋼片。一般每0.5~1m安裝一組碎煤刀，煤鋸與牽引鋼絲繩相連接，鋼絲繩通過兩個出口繞過導向滑輪，與位于巷道中的絞車相連接。絞車帶動牽動引鋼絲繩，使鋸繩壓緊煤壁，做往復切割運動，煤鋸就拉出一個槽溝，隨著槽溝的加深，煤壁在礦山壓力的作用下，自行垮落破碎，然后靠煤炭自溜運出工作面，再由巷道中的輸送機將煤運出。煤鋸采煤工人不進人工作面工作，只是在巷道中開動絞車和移動導向滑輪，大大減輕了工人的勞動強度，而且設備簡單，所以曾一度得到廣泛應用。煤鋸采煤的缺點首先是設備，尚沒有理想的可靠的煤鋸，現有的煤鋸工作性能差、可靠性低，經常出現卡繩和斷繩事故。其次是煤鋸采煤中的頂板管理問題沒有得到解決。即使在頂板穩定的條件下，也經常發生冒頂事故，頂板的冒落和底板的滑落都使回采工作不能正常進行。螺旋鉆采煤法的概況：螺旋鉆采煤法是無人采煤工作面中較為成熟的一種方法。該采煤法廣泛地用于開采圍巖不穩定的薄煤層和極薄煤層，還可用于開采邊角煤和回收各種煤柱。我國徐州礦務局2000年從烏克蘭購回一套螺旋鉆采煤機組，在韓橋礦使用，年產在4-5萬噸左右。山東新汶礦務局引進烏克蘭機組。機組價格在300萬元人民幣左右。安徽國投新集、河北金牛集團（邢臺局）、邯鄲局等企業均引進了該機組。目前山東新汶已實現了機組的國產化。

第二節螺旋鉆機無人工作面開采井下常用螺旋鉆機開采厚度為0.45~1.5m的緩傾斜煤層。鉆頭直徑比煤厚小50mm一般為0.4~1.45m，每節螺旋鉆桿的長度1.2~1.9m，啟動功率一般為30~200kW。按切削方式不同螺旋鉆機可分為正面鉆進和側面鉆進螺旋鉆機。井下采煤多用側面鉆進螺旋鉆機。1－螺旋鉆桿；2－中間通風管；3－軸承座；4－鉆頭；5－變速器；6－控制箱螺旋鉆機鉆頭割煤鉆機在順槽中工作狀態后退式工作面主要設備布置

適用條件（1）煤層較穩定，構造較簡單；（2）頂板一般穩定，底板較完整；（3）煤層厚度在0.6～1.5m之間。新汶南治煤礦工作面的主要設備為：BSHK-2DM型螺旋鉆采煤機，其主要技術參數為：鉆高0.65m，鉆寬1905mm；鉆深（上山方向）85m；下山方向鉆深45m；電機功率110×2+15kW；鉆進速度1.0m/min。目前世界各國都在對螺旋鉆機進行改進和完善研究工作，其主要研究方向是：研制出性能更加可靠的鉆機，保證能全部或部分地采出鉆孔間的煤柱，以減少煤炭損失；研制出根據煤層厚度可控制鉆頭的各種裝置；研制出在煤層能安全地鉆進更大的長度，能連續地接長鉆桿的螺旋鉆機等。螺旋鉆機采煤的條件及評價螺旋鉆機采煤法適用于傾角15°以下、厚度0.5~1.5m的煤層，煤的切割阻力不大于250kN／m。同時要求煤層中不含黃鐵礦和石英石結核，煤層無自然發火傾向，煤層無突出危險，無沖擊地壓危險。一般不適用于開采無煙煤。當煤層頂底板起伏較大時螺旋鉆機采煤也比較困難。螺旋鉆機采煤法對開采圍巖不穩定的薄和極薄煤層是一種有效的方法，在這種條件下用綜采很困難。螺旋鉆機還可以用來開采邊角煤和回收各種煤柱。在極薄煤層中，其他機械化采煤很困難，勞動條件和工人的工作環境、安全問題都較突出。盡管螺旋鉆機采煤巷道掘進效率高，丟煤較多，但用人少，效益較好，同時還可以使一些平衡表外的儲量得到開采，提高了工業儲量，多回收了地下資源，延長了礦井的服務年限。螺旋鉆機采煤隨著擴孔鉆頭的應用和完善，必將有一個較大的發展。刨煤機采煤法刨煤機是一種截深淺而牽引速度快的采煤機械。它與工作面刮板輸送機組成一體而成為一套具備落煤、裝煤和運煤的機組。煤刨上的刨刀從煤壁落煤，同時利用煤刨的犁面把刨落的煤裝人輸送機。第三節刨煤機無人工作面開采從1971年開始，頓涅茨克煤管局利用刮刨機開采傾角3°~5°的極薄煤層，煤層的直接頂為裂隙發育的厚度的8~9m的砂質頁巖，底板為砂質頁巖，采用不支護采空區的刮刨機刀柱式采煤系統。刀柱式采煤工藝系統中工作面長100~120m，由刮刨機采煤，采空區不支護。在工作面與巷道的連接處架設木垛保護巷道，采煤工作在頂板冒落前結束。當采空區寬度達到13~20m之后，重新開切割眼，從工作面拆除刮刨機，安裝在新的開切眼內。新開切眼應提前準備出。在采空區之間留下3~5m的煤柱。我國刨煤機的概況:

從1976年我國成功試制出第一臺MBJ-1型拖鉤式刨煤機后，在其后30余年時間里，我國共開發了兩種型式（拖鉤式和滑行式）8種規格的刨煤機。刨煤機的優點：（1）刨煤機實現了落煤、裝煤、運煤的聯合機械化。（2）刨煤機動力部分放在兩側巷道中。刨頭較低，適用薄煤層工作面。（3）刨煤機結構簡單，使用、維修方便。（4）可開采有突出危險的煤層。（5）操作安全，司機可在順槽里操作，無須在工作面內跟機作業。（6）同電液控制的液壓支架配套后，可實現由井下無人工作面作業。刨煤機的應用條件：

（1）煤層硬度：煤層越硬，刨煤機的刨削阻力和橫向反力越大，刨頭穩定性越差，設備壽命越短。煤層夾矸的位置、硬度、厚度對刨煤機都有較大的影響。煤層節理的發育程度和發育方向對刨煤機刨削阻力影響極大。（2）圍巖條件：底板平整、硬度較大；直接頂穩定；礦山壓力作用有利于刨煤機刨煤。（3）煤層賦存情況：煤厚0.6m-2.5m，采高越大，刨頭穩定性差，需增加輔助導向裝置。（4）工作面傾斜長度：刨煤機的切割速度已達3m/s，在工作面兩端需留15～20m減速段。第四節綜合機械化無人工作面開采

滾筒采煤機配液壓支架綜合機械化采煤頓涅茨克煤礦機械設計研究院首先研制出了用于緩傾斜薄煤層的KTⅡ型綜采機組。這種綜采設備專門適用于厚度0.45~0.9m、傾角18°~20°的煤層。薄煤層滾筒采煤機特點：①適應于煤層厚度變化較大的工作面；②對煤層頂底板起伏變化適應性強；③適用于含有夾矸煤層的回采；④過斷層能力強；⑤對工作面長度要求比刨煤機短。薄煤層滾筒采煤機要求：（1）機面高度低。（2）新一代薄煤層滾筒采煤機的總裝機功率不應小于400kW，（3）采煤機常用截深為0.63m、0.8m。最大的截深已達1.0m。常用開采速度為2～4m/min，最大牽引速度可按6m/min。當工作面實現遠程控制自動化作業開采速度可達10～15m/min，最大牽引速度可達20m/min。（4）可雙向采煤，自開缺口。（5）故障少，可靠性高，檢修維護方便。（6）過煤空間大，要求機身下面過煤空間不小于250mm，以保證煤流能順利通過。大同礦務局云崗煤礦—薄煤層滾筒采煤機應用實例

工作面概況：煤層平均厚度小于1.3m，煤層傾角為2～6.6°，平均4°，直接頂和底板分別為12m和13m厚的粉細砂巖互層，工作面長150m。工作面主要設備及性能：①采煤機：IMC-200型雙滾筒采煤機，生產能力245t/h；②輸送機：SGB-630/220型可彎曲刮板輸送機，運輸能力450t/h；③轉載機：SZB-730/75型橋式轉載機，運輸能力630t/h；④膠帶輸送機：DSP-1063/1000型，運輸能力630t/h；⑤液壓支架：BZY-520型支撐掩護式液壓支架，支撐高度1.0～1.75m，初撐力3958kN，工作阻力5100kN；⑥端頭支架：ZY-560型，支撐高度1.65～2.65m，初撐力4736kN，工作阻力5600kN；⑦乳化液泵：MRB-125/31.5型，壓力31.5MPa，流量125L/min。

第五節水力采煤水力采煤是利用高壓水射流破落煤體，并利用水力來完成運煤和提煤的采煤方法。水采礦井的主要生產過程是：水力落煤、水力運輸、水力提升和地面脫水四個環節組成。水力采煤的適用條件旱采機械化開采有困難的傾斜、急斜煤層以及煤層傾角在7°以上，地質構造復雜，煤層厚度中厚以上的不穩定煤層。頂板穩定或中等穩定，瓦斯含量小，煤質中硬或中硬以下（不含硬而厚的夾矸），底板遇水不泥化，傾角7°~35°，煤厚3~8m的緩斜、傾斜煤層。煤塵危害較大，工作面淋水嚴重或丟失殘煤較多需復采的井區。第六節煤炭地下氣化煤炭的地下氣化原理是由俄國著名化學家門捷列夫在1888年提出的，我國1958年起進行了煤的地下氣化試驗。采用有控制地燃燒處于地下的煤炭,使煤在熱作用及化學作用下產生可燃氣體,并將建井、采煤、氣化三大工藝合而為一，變物理采煤為化學采煤。

第六節煤炭地下氣化原理由通地表的進風斜巷、排煤氣斜巷和底部的開切眼切割出的待氣化煤體稱為氣化盤區。用注入高溫物質或其他方法將開切眼處的煤體升溫到煤的燃點，使煤體燃燒；燃燒的煤體形成集中完成氣化過程的燃燒工作面。在完成準備工作形成燃燒工作面后，從進風斜巷進入的空氣，在燃燒工作面處與煤產生一系列的化學反應并轉化為煤氣，從排煤氣斜巷排到地面。隨著地下煤炭資源的逐漸被燃燒和氣化為煤氣，燃燒工作面也逐漸上移，直到采完整個氣化盤區。工作面下方已燃燒后的采空區則被燒剩下的煤灰和垮落的頂板碎石所填滿。煤層地下氣化分類分為礦井式和無井式氣化方法。礦井式方法是從地面向煤層鑿出井筒后，用煤層平巷連通，點燃煤層，產生煤氣。這種方法的缺點：避免不了井下作業；密閉井巷工作復雜，漏氣性大；氣化過程不易控制。無井式氣化方法就是用鉆孔代替井筒，然后貫通兩個鉆孔，并點燃形成火道，進行燃燒。火道的貫通方法1.火力貫通2.電力貫通3.定向鉆進貫通4.水力壓裂貫通

中梁山高瓦斯礦井殘煤地下導控氣化試驗基地，生產了優質穩定水煤氣1580萬m3，最高熱值達14.2MJ/m3，取得經濟效益470萬元;復采回收了高瓦斯礦井殘煤資源1.3萬t，提高礦井區段煤炭資源回采率35%;減少瓦斯排放65萬m3，環保效益顯著;整個試驗與生產過程杜絕了傷亡事故，確保了安全生產。第七節煤炭液化簡介一、水煤漿燃料技術水煤漿是20世紀80年代初出現的一種新型煤基流體燃料，它含煤約70%，化學添加劑約1%，其余為水。1982年我國開始自主研制，中國礦業大學負責制漿技術開發。第七節煤炭液化簡介一、水煤漿燃料優點水煤漿像油一樣可以泵送、霧化、儲存、與穩定著火點；2t水煤漿可以代替1t油，以水煤漿代替油具有顯著的經濟效益；燃用水煤漿比直接燃煤燃燒效率高、負荷易調控、環保等；水煤漿能經長距離管道運輸是解決我國煤炭運力不足的重要運輸方式之一。第七節煤炭液化簡介水煤漿的質量特征：1.為了利于燃燒，水煤漿含煤濃度要高。通常在62%—70%左右。2.為便于泵送和霧化，粘度要低。3.為防止在儲存過程中產生沉淀，應有良好的穩定性；一般要求能靜置存放一個月不生產不可恢復的硬沉淀。4.為提高煤炭的燃燒效率煤粒要達到一定細度。第七節煤炭液化簡介二、煤炭液化

1.直接液化法向煤的有機結構中加氫，破壞煤結構產生可蒸餾液體。

1997年，中國煤炭科學研究總院進行了5000t/d的示范廠可行性研究2.共同液化法同時對煤和非煤烴類液體（如瀝青、超重質原油、焦油）的提質加工。由于非煤烴類液體供氫能力弱，導致煤轉化成液體產品的轉化率低。第二章放頂煤開采技術放頂煤采煤法是沿煤層底板或煤層某一厚度范圍內的底部布置一個長臂工作面，利用礦山壓力的作用或輔以人工松動方法，使工作面上方的頂煤破碎，在工作面支架上方（或后方）落煤，并將落煤運出工作面的一種采煤方法。運輸系統頂煤頂板巖層工作面支架裂隙擴展貫通階段散煤流動巖層冒落裂隙發育階段原巖應力狀態krHrH裂隙閉合階段軟煤層頂煤的破壞過程3.1.3放頂煤工作面典型布置方式一次采全高放頂煤開采預采頂