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综合机械化开采工艺选取及优化研究李泽龙（西山煤电屯兰矿，山西古交030206）摘要：通过对现代机械化开采工艺进行分析，研究开采体系的优化处理措施，提出综合使用采煤设备、沿空掘巷沿空留巷处理巷道、采空区膏体充填处理等新型开采工艺，为煤矿企业的现代化发展提供具体有效的发展思路。关键词：采煤工艺沿空掘巷膏体充填工艺开采工艺中图分类号：TD823.97文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0168-03引言在开采工艺的选取过程中，往往会因工艺选用的不合理而造成煤炭资源的漏采、弃采问题，造成煤炭资源的浪费，影响到煤炭企业的经济效益；同样开采工艺选用不合理也会造成环境对煤炭资源开采上的制约，大幅降低煤炭资源的开采效率，对井下工作人员的生命安全造成威胁并对环境造成破坏。本文通过对开采工艺类型的分析，为煤矿机械化开采工艺的选取提供合理方案并进行优化，确保煤矿资源的安全高效生产。1开采工艺现状当前煤矿现代开采工艺较为单一，现代开采工艺基本为采煤机进行煤炭资源开采、两条顺槽进行巷道掘进留设、全部垮落法处理采空区的传统开采体系。通常无法做到综合开采工艺的应用以及开采工艺的优化处理，呈现出开采资源浪费严重、开采工艺选择不当、开采风险较大的开采工艺现状，这对煤矿的高产高效发展带来极大的影响1。2传统开采工艺类型为方便各煤矿进行开采工艺的选取以及煤炭资源的高效开采，对各煤矿常用的采煤工艺进行分析整理，对各类采煤工艺的适用条件以及优缺点进行讨论。2.1滚筒采煤机开采工艺近年来滚筒采煤机发展十分迅速，综采工作面常用采煤机选型基本为滚筒式采煤机，其设备动力较大，对煤体的截割效率较高，适用于各种地质条件当中，能够避免各类复杂地质条件对煤炭开采过程的影响。其发展历程经过了普采工作面的单滚筒采煤机到综采工作面双滚筒采煤机的转换，采高范围也在不断改进，目前单滚筒直径已达 2.5 m 以上，滚筒截割高度已达 5.2 m 左右，在各煤矿的开采工艺选取上较为适用2。目前开采工艺的更新换代也偏重于对滚筒采煤机设备的研发，是智能化矿山建设、开采设备自动化系统建设方面的首要建设目标，也将适用于更加复杂条件下的综采工作面煤炭开采工作，图 1 为滚筒采煤机的生产作业情况。2.2传统顺槽巷道掘进传统性质上对区段平巷的掘进工作主要是进行区段运输平巷以及区段回风平巷的分别掘进并在开切眼位置进行巷道的贯通，由于采煤机设备近年来的快速更新换代，目前掘进设备对巷道的掘进速度已不能满足综采面的开采需要，采掘比已经完全失衡，急需寻求新型巷道设计工艺进行改进优化处理。目前常用的巷道改进工艺包括沿空掘巷、沿空留巷两种，新提出的 N00 工法以及 110 工法也有着广阔的应用前景。2.3全部垮落法处理采空区目前对工作面采空区基本采用全部垮落法进行处理，近年来各煤矿全部垮落法处理采空区造成了大量地下水资源的流失以及地表沉陷灾害，处理效果较差，对采空区进行充填处理可有效减缓这一情况的发生。目前对采空区的充填处理主要是通过矸石来进行充填或利用超强水材料以及膏体材料进行充填，使用效果比较理想。3开采工艺的优化研究3.1智能化、综合化开采方式1）当前自动化控制技术在煤矿领域得到了高速发展，智能化设备设计技术也越来越成熟，这为采煤工艺的智能化发展带来了技术上的保障，可通过以下几个方面进行开采工艺的智能化改进：采煤过程实现自动化控制技术，将智能化设备应用到煤炭资源的开采过程当中，例如目前较为火热的采煤机自动行走技术、采煤机滚筒的自动调高控制以及记忆截割技术，收稿日期：2022-01-06作者简介：李泽龙（1991），男，山西榆社人，本科，毕业于太原理工大学采矿工程专业，采煤助理工程师，从事采煤工作。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.066图 1井下滚筒采煤机工作示意图优化改造2023 年第 2 期保持采煤技术的创新发展，给予采煤工艺智能化发展上的技术经济支持，这对煤矿提升煤炭开采产量有着极大的帮助。智能化技术在采煤工艺上的应用可减少设备运行故障的发生，采煤工艺在智能化发展过程中将提供各种新型设备设计以及开采技术上的思路，这对煤炭资源的开采以及煤矿企业的革新有着重要的意义3。2）综合化开采方式，在工作面正常开采过程中，可利用滚筒采煤机对工作面进行正常推进作业，而对三角煤以及特殊地质构造下的煤炭资源存储，可通过螺旋钻头采煤机或者刨煤机进行煤炭资源的回收利用。综合化的开采方式在煤炭资源开采过程中的应用，能够显著提高煤炭资源的回收利用率以及煤炭资源的开采效率，对煤矿企业的高产高效发展有着重大意义。3.2沿空掘巷、沿空留巷技术沿空掘巷技术可将传统的煤柱留设 30 m改为仅需留设 5 m左右的区段煤柱，极大降低了煤炭资源的浪费效率，减少了综采工作面巷道掘进的工作面，在国内使用效果显著。根据上覆岩层在巷道进行均匀加载以及综采工作面推进过程中巷道的回采扰动影响对巷道的围岩应力情况，设计沿空掘巷巷道的支护强度4。通过改变锚杆材质以及布设方式来加强对沿空掘巷的巷道支护效果，具体布设见图 2。沿空留巷技术的使用是通过将上一综采工作面的区段运输平巷进行保留处理，作为下一回采工作面的区段回风平巷进行使用，这极大降低了工作面巷道的掘进强度，为煤矿企业带来了极高的经济效益。对该区段运输平巷的维护是目前沿空留巷技术发展的重点研究内容，加强巷旁支护以及预裂爆破切顶技术，补强巷道支护参数是目前常用的有效办法。其中的巷旁支护示意图如图 3 所示。通过加强浇筑空间维护、充填墙体以及临时支护来增加巷道强度，达到沿空留巷巷道的稳定效果。3.3采空区充填处理技术利用膏体充填或高强水、矸石充填工艺对采空区进行充填处理，是近年来发展较好的一种开采工艺。某矿 18105 工作面开采 8 号煤层，平均煤层厚度 5 m左右，结构简单，夹矸层平均厚度为 0.2 m 和 0.4 m，地质条件较好，顶板为泥岩、粉砂岩。该矿选取膏体充填工艺对采空区进行维护，膏体材料为 3%的胶结材料、50%的煤矸石骨料，料浆浓度在 75%左右，充填的宽度为 2.4 m，对采空区的充填高度为 3.3 m。具体情况如图 4 所示，通过对应用情况进行检测，充填后该工作面对底板的破坏较低，仅在 5 m左右范围内，且工作面内没有发生涌水量的异常情况，充填效果较为明显，为煤炭资源的安全高效开采提供了有效保障。3.4技术措施分析采煤工艺上的优化处理，可从以下几个方面进行：1）注重采煤设备的更新升级，例如我国近年来各式采煤机的研发升级，在神东矿区大采高采煤机的研制、智能截割、煤岩识别技术的应用等，这对采煤工艺的不断优化带来了技术设备上的支持。2）注重采煤工艺的科学性可行性评估，对采煤工艺的应用要有多方面的参考依据，确保满足实际生产需要以及有更高的经济效益，满足可靠性要求。3）根据现场实际生产条件进行开采工艺的设计，从技术上以及实用性上进行分析，例如对现场环境进行分析处理，是否符合使用沿空掘巷、沿空留巷的巷道布设要求以及采空区充填处理的经济指标是否合理等。4）要建立煤矿企业可持续发展理念，对采煤工艺进行优化设计以及科学运用，在达到煤矿开采生产设计需要以及煤矿经济效益需求的同时，符合可持续发图 2沿空掘巷模拟示意图图 3巷旁支护效果示意图（单位：mm）图 4工作面充填工艺示意图侧向支承应力老顶直接底下覆岩层上覆岩层直接顶老底工作面回采后 煤柱 巷道煤层q架问锚索22-8300高强度锚索22-8300补强锚索22-8300高强度锚杆22-2400C40 混凝土对拉锚栓金属网木点柱3 6001 2004 800煤柱侧帮750宽度 2.4 m高度 3.3 m18105 工作面充填体充填体强度增长曲线隔水层太灰含水层李泽龙：综合机械化开采工艺选取及优化研究169机械管理开发第 38 卷展理念进行开采工艺的选取设计。4结语综合机械化开采工艺的选择要根据现场实际条件以及设计需求进行合理选用，开采工艺的优化设计也要避免对煤矿生产效率以及煤矿安全生产造成影响，未来煤矿开采工艺的选取向综合化智能化方向发展，将极大提升煤炭资源的开采效益，使采煤工艺的价值达到最优化，实现煤炭企业高产高效发展目标。参考文献1郝维栋.采煤工艺的选择及优化分析J.能源与节能，2021（7）：167-168.2马永永.综采工作面智能化采煤技术J.矿业装备，2021（5）：196-197.3原权全.浅谈煤矿采煤技术的发展与采煤自动化技术J.矿业装备，2021（5）：74-75.4关汉杰.厚煤层综放工作面沿空留巷技术研究J.2021（12）：11-13.（编辑：高伟）Study on the Selection and Optimization of Integrated Mechanized Mining ProcessLi Zelong（Xishan Coal and Electricity Tunlan Mine,Gujiao Shanxi 030206）Abstract:By analyzing the modern mechanized mining process and studying the optimization treatment measures of the mining system,thenew mining process such as comprehensive use of coal mining equipment,treatment of alleyways along empty digging lanes along emptystay lanes,and paste filling treatment in empty areas is proposed,which provides concrete and effective development ideas for themodernization of coal mining enterprises.Key words:coal mining process;along-air dredging;paste filling process;mining process力保障。参考文献1田劼，王红尧，吴淼.掘进自动截割成形控制系统动态特性分析J.工矿自动化，2015（8）：44-48.2杨用增，安林超.巷道掘进机截割头转速优化分析J.煤矿机械，2019（7）：91-93.3连佳亮.掘进机截割部运动行程的优化探究J.能源与节能，2020（3）：197-198.4刘云朋，霍晓丽.基于蚁群算法的掘进机截割头运动轨迹优化J.煤矿机械，2021（9）：128-130.（编辑：王慧芳）Study on Optimization Design of Cutting Section of RoadheaderYang Wenlong（Yang Coal Group Shouyang Kaiyuan Mining Company Limited,Shouyang Shanxi 045400）Abstract:Through the study on the optimized design of cutting section operation of roadheader,based on the structure and operationprinciple of cutting section of roadheader,the electromagnetic proportional multiway valve is added to the circuit of cutting arm actuatingcylinder to achieve the optimized effect of energy saving in cutting op