煤矿综合机械化采煤工艺及安全生产研究

刘坦 徐丰 冯超

摘 要：对机械化采煤进行简要概述，介绍机械化采煤的工艺类型，就煤炭安全生产提出策略建议，以期为采煤机械化提供有益的借鉴与参考。

关键词：煤炭开采；综合机械化采煤工艺；安全生产

中图分类号：TD823.97                            文献标识码：A                                文章编号：2096-6903（2023）06-0039-03

0 引言

煤炭是一种重要的储备能源，对于国家经济建设与社会发展都有重要作用。我国是世界上煤炭储量最丰富的国家之一，是煤炭开发和利用大国。尽管国内煤炭企业实施机械化采煤的时间很长，但很多煤炭企业仍采取传统的人工采煤形式，采煤效率低且安全性差。随着科技的进步，现代信息技术、新型设备在煤炭企业的应用逐渐增加，这不但有助于煤炭企业进行机械化采煤作业，而且有助于提高采煤效率，且更加安全。

近年来，煤炭企业逐步尝试引进先进采煤工艺与设备，综合机械化采煤工艺的应用愈加广泛，极大地提高了煤炭企业的采煤效率与安全性[1]。煤炭企业要高度重视综合机械化采煤工艺的应用，引导先进的采煤技术与设备，并严格按机械化采煤工艺要求操作，确保一线采煤人员的人身安全，实现煤炭企业经济效益与社会效益的最大化[2]。

1 机械化采煤概述

随着信息技术的发展，煤炭开采也逐步朝机械化与智能化方向发展。机械化采煤是在采煤过程中，利用功能不同的各类机械设备，替代传统人工采煤方式，如借助新能源或电力等采煤设备，采取人工或自动化控制采煤设备采煤[3]。

当前，综合机械化采煤是采煤的主要形式，借助计算机等先进的操控技术，能有效提高采煤效率。在实际采煤中，机械化采煤要根据煤矿的煤炭分布情况选择合适的采煤方式，从而提高采煤效率[4]。

煤炭企业在采煤过程中，使用机械设备替代人工作业，能提高生产力，并有效降低人工开采难度，有效提高采煤效率，满足工业、生活等方面的煤炭需求，并提高企业的经济效益与社会效益。

机械化采煤还能提高开采安全性。因煤炭资源埋藏在几百米深的地下，甚至深埋在地下几千米的位置，再加之地下地质环境复杂，开采条件恶劣，传统的人工开采存在极大的危险，加之在采煤过程中作业面空间狭小，所以煤炭人工开采安全系数低，稍有不慎就会造成人员伤亡。而采取机械化采煤不仅能提高采煤效率，而且能减少人员伤亡，提高采煤安全性，尤其是随着科学技术的进步，煤炭开采设备的机械化、智能化程度更高，使得煤炭开采更加安全[5]。

当前，尽管我国部分煤炭企业认识到机械化采煤有助于提高采煤效率，并且更加安全，也积极开展实践探索，但因其机械化采煤时间较短，导致开发进程相对缓慢。工业生产、日常生活都离不开煤炭的辅助，所以煤炭企业要加大研发力度，强化机械化采煤工艺的研究，选择先进的采煤工艺，满足各行各业对煤炭的需求[6]。

2 机械化采煤工艺

2.1 长壁工艺

在煤炭资源长期开采过程中，煤炭企业经过不断实践，通过更新传统的采煤设备，研究出长壁综合采煤技术。该技术可应用于大型、成型化的倾斜煤层的煤面，其优势是利用采煤机一次性开采更多的煤炭，减少在斜切工作面的工作时长，降低煤炭开采成本。长壁采煤工艺需要花费大量的时间，为了减少斜切刀等采矿流程的影响，在实际采煤过程中要尽量增加工作面长度，从而增加采煤机采煤量。煤炭工作面的长度计算，一般以煤炭生产的最高成本或最低成本为基础。

在采煤过程中，工作面长度易受到多类因素的影响，如工作面的地质环境、刮板铺设及输送机长度等。回采巷道的支护与开采、工作面地质构造及铺设可伸缩输送机的长度等因素，也会影响工作面长度及走向。所以在应用长壁采煤工艺采煤过程中，要根据煤矿的实际地质环境确定工作面长度，确保煤炭开采的顺利进行。

长壁采煤设备包括采煤机、破碎机、刮板运输机、液压支架、转载机等。长壁采煤设备安装过程复杂，且一般安装完成后不再变动，所以在安装长壁采煤设备前，技术人员要先勘探及评估煤矿地质情况，全面分析煤炭储量、开采难度等情况，计划预期收益，尽量减少设备投资支出[7]。

2.2 短壁工艺

短壁采煤工艺常被用于煤炭工作面较短的煤面上，所需设备和长壁采煤工艺类似，其中采煤机、刮板运输机、液压支架等是必备设备。这些设备都属轻型采煤设备，便于灵活调整采煤位置，且能重装设备或改变采煤工艺的操作模式，采煤效率高，被广泛应用于我国的煤炭开采中。

短壁采煤工艺是“三下”压煤技术的有益补充，并能应用于不规则煤炭资源的回收利用，合理調节采煤失调比率，有利于解决煤炭工作面连接挖掘紧张等问题。该工艺在采煤过程中有着较强的实用性，常用于回采地段小、煤层较厚及长壁采煤工艺不能实施的煤矿中，但相较于长壁采煤工艺，该技术涉及煤面小，仅适用于40～90 m的煤面。

2.3 长短壁综合工艺

长壁、短壁采煤工艺各有优劣，其中长壁采煤工艺适用在工作面较长的煤炭开采中，一旦采煤设备安装完毕就不能自由移动，且安装前要精准确定采煤位置。为提高采煤的效率与安全性，还要综合考虑煤矿的地形分布。所以，对于工作面介于长壁与短壁采煤工艺之间的煤面，可以选择长短壁综合工艺作为采煤的过渡方法。长短壁综合工艺能灵活，应用于各类地质条件的煤炭开采，采煤效率更高。但若采煤单元相对复杂，该工艺的开采效率也会受到影响。究其原因是采煤单元增加对设备要求更严格，并且空间范围的掌控难度更大，所以该工艺在我国煤炭开采中未得到大范围应用。

2.4 薄煤层采煤工艺

薄煤层指的是厚度在0.8～1.3 m的煤层，是煤炭开采的重难点。因采煤工艺限制及地质条件等因素的影响，这类煤层开采率较低，并且经济效益低下。随着采煤工艺的进步，为了满足日益增长的煤炭需要，薄煤层开采受到了煤炭企业的重视。

薄煤层开采存在产量低、难度大、巷道消耗量高、接替紧张等问题，即使是探明含量丰富的薄煤层，也会因条件限制而暂时不开采。随着薄煤层机械化采煤工艺的应用，薄煤层开采率逐步提高，在实施该工艺时要考虑成本问题，从而确保企业获取一定的经济效益。

2.5 液压支架采煤工艺

在煤炭运输中，要提前在巷道内固定好支架，确保巷道稳定，必要时可增加台棚，以确保巷道稳定。使用支柱时，尽量使用单体液压支柱。若巷道发现冒顶，可采用木垛接顶方法予以处理。分层开采时，可在开采位置架设顶网，确保煤炭开采的安全性。若旧巷道内发生围岩不稳定的情况，或工作面和旧巷道存在倾斜现象，可采取渐进通过的处理方式。在二者交界处使用木垛，并强化内部支护性能。

落煤时采取震动爆破方法，避免顶板发生严重破损。若采煤区域煤层相对松软，在开采过程中要尽量使用镐具，以减少振动。若综合开采面上面是旧巷道，要在顶部设置长木梁，并且设置要比旧巷道要宽阔，以提高液压支架支护强度。

3 影响煤炭安全开采的因素

地质构造会对机械化煤炭开采产生显著影响。随着煤炭开采深度的增加，矿井下的地质构造更加复杂，不但需要辅助支架支撑，还需要提前进行地质结构勘探，根据地质情况选择适当的开采设备，从而提高采煤的效率与安全性[8]。

煤层厚度、硬度及赋存条件也会影响煤炭开采机械化煤炭开采的煤层适宜厚度是2～6 m之间，煤层赋存条件良好有利于提高开采进度[9]。

机械化开采要重视断层勘探。若对断层带处置不当，会损害机械设备，所以在煤炭开采中要根据地质条件调整开采高度，确保机械设备顺利经过断层带。

瓦斯浓度对煤炭安全開采的影响也很大。若瓦斯浓度超限，会影响一线采煤人员的正常呼吸，甚至造成瓦斯爆炸，严重威胁一线采煤人员的身体健康。所以在煤炭开采中矿井中要保持良好的通风，及时疏散、稀释有毒有害气体，保持良好的采煤环境。

4 煤矿安全生产的策略

4.1 更新、升级现有采煤设备

煤炭企业需要更新、升级现有采煤设备，尤其是对于煤炭开采产生的粉尘问题。要在优化机械化采煤设备的基础上采取防尘措施，提高设备自身的除尘效果，避免粉尘对采煤工作的影响，从而提高我国煤炭开采水平，确保开采过程的安全性。

4.2 学习国内外先进的采煤技术

尽管我国煤炭企业应用机械化煤炭开采的历史很早，但因种种原因发展较为缓慢，导致机械化采煤程度较低，经验、技术相对落后。为此，需要提高煤炭企业机械化采煤进程。煤炭企业要借鉴国外发达国家先进的采煤技术与经验。如德国、美国在煤矿机械化开采方面积累了丰富的经验与技术，其机械化程度已达90%以上。煤炭企业可以通过借鉴学习，根据本企业实际情况引进先进的设备与煤炭开采技术，并做好设备测试工作，确保设备的正常使用[10]。

4.3 加快机械化采煤工艺研究步伐

应用机械化采煤技术能提高煤炭生产的安全性，加快煤炭企业机械化生产步伐，保障生产的安全性。

首先，煤炭企业管理人员要提高安全生产意识，制定科学合理的安全生产管理制度，并切实贯彻落实好。

其次，煤炭企业要制定切实可行的应急处理预案，在采煤过程中极易发生各类突发事故。只有提前做好预警才能保障开采的安全性，确保一线采煤人员安全。

最后，煤炭企业要量力而行，尽量购置相对完善的采煤设备，淘汰本企业落后采煤设备，或把企业相对落后的技术进行升级，从而满足安全生产需求。同时要制定规范的操作、保养、维护措施，确保煤炭生产的安全性。

4.4 改善采煤工作环境

在采煤过程中，选择机械化采煤生产，难免发生粉尘问题与噪音污染，机械化采煤过程中的机械振动也会造成安全事故。所以，煤炭企业要改善采煤环境与条件，充分考虑粉尘与噪音污染及振动带来的危害等问题，并采取有效方法降低噪音出现、减少粉尘污染。如选择机械化采煤设备时要采取防尘措施，提高设备自身除尘效益，减少粉尘污染，尽量降低粉尘对一线采煤人员的身体伤害。要降低生产中的共振问题，科学设计机械化生产环境，避免机械振动造成的安全事故，提高采煤的安全性。

煤炭开采劳动强度大，煤炭企业要提高一线采煤人员的安全意识，制定科学合理的作息制度。配备充足、符合质量要求的生产物资，定期排查设备隐患，确保设备的安全运行。

在井下采煤过程中，光源充足不仅能起到照明作用，还能及时发现潜在的安全隐患。所以矿井巷道要配备充足的光源，并准备适量的备用光源，确保生产的安全性[11]。

4.5 提高采煤工人素质

不论是人工开采还是机械化采煤，都需要一线采煤人员操作，所以一线采煤人员的综合素质直接关系到安全生产的落实，煤炭企业要采取措施提高一线采煤人员素质。

首先，煤炭企业要加强一线采煤人员安全教育，引导其树立安全生产意识。其次，煤炭企业要强化一线采煤人员技术教育，使其熟练掌握机械化生产技能，严格按操作规范操作。最后，煤炭企业要强化一线采煤人员思想教育，使其从思想上认识到安全生产的重要性，树立安全生产意识，从而确保煤炭开采的安全性，提高煤炭企业的经济效益与社会效益。

5 结束语

煤炭企业选择综合机械化采煤工艺能有效提高采煤效率，确保煤炭开采的安全性，减少安全事故发生的概率与人员伤亡。对此，煤炭企业要从安全生产角度着手，学习国内外先进煤炭开采技术，加快煤炭开采综合机械化进程，改善煤炭开采的工作环境与条件，提高一线采煤人员的综合素质，从而提高煤炭开采的安全性，在提高企业经济效益与社会效益的基础上，确保煤炭行业的持续发展。

参考文献

[1] 刘伟伟.试论煤矿综合机械化采煤工艺[J].当代化工研究， 2019（12）：89-90.

[2] 贾文冶.煤矿采煤中的综合机械化采煤工艺研究[J].中国石油和化工标准与质量，2020，40（4）：236-237.

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[4] 王守波.煤矿综合机械化的采煤工艺研究探讨[J].中国设备工程，2020（15）：210-211.

[5] 井亮.浅谈机械化采煤与煤矿生产安全[J].当代化工研究， 2020（10）：55-56.

[6] 郭永福.煤矿机械化综合采煤工艺[J].当代化工研究，2021 （12）：129-130.

[7] 雷祝福.煤矿采煤中的综合机械化采煤工艺分析[J].当代化工研究，2022（2）：135-137.

[8] 杜亚林.综采工作面破碎顶板管理技术研究[J].石化技术， 2020，27（1）：165+178.

[9] 李春怀.综采工作面破碎顶板的管理技术探析[J].石化技术， 2020，27（4）：194+203.

[10] 高彦.煤矿综合机械化采煤工艺浅探[J].能源与节能，2022 （1）：121-122.

[11] 郑永明.浅析煤矿采煤方法和采煤技术的选择路径[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（11）：125-126.