厚煤层综放工作面采煤工艺优化研究

厚煤层综放工作面采煤工艺优化研究

作者姓名：姚远

单位名称：澄合百良旭升煤炭有限责任公司

单位省市：渭南市合阳县

单位邮编：715314

摘要：厚煤层综放工作面采煤工艺是煤矿生产过程中的关键环节，但传统的工艺在面对厚煤层的特殊性和复杂性时存在一些问题，如低回收率、高煤层破坏度以及能源消耗过大等。因此，进行厚煤层综放工作面采煤工艺的优化研究具有重要意义。

关键词：厚煤层综放工作面；采煤工艺；优化

1. 目前常用的厚煤层综放工作面采煤工艺

目前常用的厚煤层综放工作面采煤工艺主要包括传统工艺和新兴技术。传统工艺主要包括普采、分级放顶等，而新兴技术主要包括水力支架、高位采煤等。

传统的普采工艺是应用最广泛的一种厚煤层采煤方法。它采用常规的顺序采煤法，即从顶板开始，逐层逐柱逐底采出煤炭。普采工艺的优点是技术成熟，操作简单，适应性广，但煤炭回收率相对较低，煤层破坏度较大，存在安全隐患。

分级放顶工艺是另一种常用的传统工艺，它将采煤工作面分为多个分段，按层级分阶段进行采煤，其中顶板的采煤通常是最先进行的。采煤过程中，随着煤炭产量的增加，不断向下推进分段采煤，以实现高产能采煤。这种工艺能够提高煤炭回收率和工作面的稳定性，但工艺复杂，操作难度较大，煤炭的质量受到一定影响。

除传统工艺外，新兴技术在厚煤层综放工作面采煤中也取得了一些突破。水力支架技术利用水压力将煤层支护，可有效控制工作面的顶板沉降和煤层变形，增加采煤效率和安全性。水力支架采煤具有灵活性高、破碎煤层较少等优点，被广泛应用于厚煤层采煤工艺中。

高位采煤技术是一种新兴的厚煤层采煤工艺。它通过在厚煤层上方设置短缺风巷和短缺运输巷，将煤炭从上方下放到地面，避免顶板破坏和煤层浪费。高位采煤技术具有煤炭回收率高、环境污染少等优点，但需要解决顶板支护和运输等问题。

2. 厚煤层综放工作面采煤工艺优化的意义

2.1煤炭回收率提升

优化工艺可以提高煤炭回收率，最大限度地利用煤炭资源。传统的工艺常常面临着煤层损失和浪费的问题，而合理的优化方案能够增加采回的煤炭量，提升矿井的经济效益。这在当前资源日益枯竭的背景下尤为重要。

2.2煤层破坏度降低

厚煤层开采容易引发地质灾害，如地表沉陷、冒顶、失稳等问题。通过优化工艺，可以减少采煤引起的地质灾害风险，降低煤层破坏程度。合理的支护设计、合适的采煤参数以及细致的煤层探测等工艺优化措施，有助于减小煤层破碎和变形，提高工作面的稳定性。

2.3能源消耗减少

煤矿生产过程中能源消耗占据重要比例。采用优化工艺可以减少能源消耗，降低对环境的影响。通过合理的布置和改进采煤设备，优化工艺有助于提高能源利用效率、节约电力和燃料等资源。这对于可持续发展和环境保护具有重要意义。

2.4技术创新和推广

研究和优化厚煤层综放工作面采煤工艺促进了技术创新和进步。通过引入先进的算法、模型和设备，不断改进工艺方式，可以提高煤矿生产的效率和安全性。优化的成功案例可以为其他煤矿提供借鉴，推动行业的技术升级，并促进煤炭行业的可持续发展。

2.5社会经济效益和安全生产

优化工艺在提高煤炭回收率的同时，也改善了矿井的经济效益。通过提高采煤效率、降低损失和浪费，可以提高生产能力和质量，增加煤矿的盈利能力。此外，优化工艺还能够减少采煤引起的事故隐患，保障职工的安全和健康，提升矿井的安全生产水平。

3. 厚煤层综放工作面采煤工艺优化策略

3.1优化采煤参数

通过调整采煤参数，包括开采速度、切割深度、支架间距等，可以最大程度地保证采煤工艺的高效性和安全性。合理的采煤参数能够降低煤层破坏度，提高煤炭回收率。此外，应根据厚煤层的特性确定合适的冲击次数、推力大小等参数，以降低采煤设备的能耗。

3.2支护技术创新

开展支护技术的研究和创新，如引入新型的锚杆支护、短锚杆、液压支架等技术，提高工作面的稳定性和采煤效率。适应厚煤层的支护方式设计，合理布置支架，采用强支护措施，可以有效减少煤层的塌陷和冒顶问题，提高采煤安全性。

3.3优化布置方案

针对厚煤层的特殊性，合理设计工作面的布置方案，包括工作面长度、工作面宽度、巷道大小等。通过优化布置，可以提高工作面的高效开采能力和煤炭回收率。此外，还需考虑提前排采、循环开采等策略，以降低对地表和环境的影响。

3.4借鉴先进技术

（1）德国架空法：德国架空法是一种先进的厚煤层采煤方法，其特点是在开挖工作面上方留有一层薄煤，将厚煤层切割并使之坍塌，从而实现煤炭的高回收率。利用支架和切割设备的协同作用，LTCC可以提高采煤效率，减少人工工作量。该技术可以有效降低煤层破损和顶板沉降，提高工作面的安全性和稳定性。

（2）美国长壁采煤法：美国长壁采煤法是一种高效的采煤工艺，通过在工作面上安装切割设备和移动支架，实现对长壁煤层的连续采煤。这种技术在厚煤层采煤中被广泛应用，具有高采煤能力、高煤炭回收率和高自动化水平的特点。长壁采煤法可以有效降低煤层破坏度和人工劳动强度，提高采煤效率和安全性。

（3）先进设备和技术：借鉴先进设备和技术能够推动厚煤层采煤工艺的创新和升级。例如，先进的自动化采煤机械设备和传感器技术可以实现对煤层和围岩的快速准确检测，有助于优化采煤参数和提高采煤效率。另外，利用3D打印技术，可以生产更强韧的支架和支护材料，提高工作面的安全性。

（4）经验交流与国际合作：开展与国内外煤矿企业和研究机构的合作，参加国际矿业展览和学术会议，可以获取来自不同地区和国家的经验和技术成果。借鉴其他地区煤矿工艺的成功经验，结合本地实际情况进行改进和应用。通过经验交流与国际合作，可以促进厚煤层采煤工艺的技术创新和进步。

3.5智能化应用

（1）数据采集与监控

借助物联网技术和传感器，实现对工作面采煤过程的实时数据采集和监控。通过获取煤层质量、岩层变化、支架状态、气体浓度等参数，可以及时掌握工作面的状态和变化情况。这为工艺优化提供了可靠的依据，减少了人为误判和盲目决策的可能性。

（2）数据分析与智能决策

借助人工智能和大数据分析技术，处理和分析采集的数据。通过建立预测模型和优化算法，可以对采煤参数、支护方式等进行优化决策。智能化应用能够根据实时数据预测潜在的安全隐患，并提出相应的应对措施，帮助管理人员做出准确、及时的决策。

（3）虚拟仿真与模拟实验

利用虚拟仿真技术，模拟和重现采煤过程，进行各种工艺参数的模拟实验。通过对不同工艺参数进行模拟分析，可以评估各种参数组合对采煤效果的影响，实现业务流程的优化。这样可以有效降低试错成本，探索出最佳的工艺优化方案。

（4）自动化与机器人技术

引入自动化和机器人技术，减少人工劳动强度，提高采煤效率和安全性。例如，自动化采煤设备可以根据实时数据进行自适应控制和调整，实现高效、精准的采煤操作。机器人技术可用于检测和维修工作面设备，在减少人员风险的同时，提高工作面的可靠性和稳定性。

（5）实时通信与远程操作

应用实时通信技术，实现矿井内外的实时数据传输和远程操作。通过与远程控制中心的联动，管理人员可以对工作面进行实时监控和远程指挥，及时应对突发事件。这样可以提高工作面的应急处理能力，减少潜在的安全隐患。

结 语：

综上所述，厚煤层综放工作面采煤工艺的优化策略需要从多个方面综合考虑。合理调整采煤参数、创新支护技术、优化布置方案、借鉴先进技术以及智能化应用都是实现工艺优化的关键手段。通过综合运用这些策略，能够提高厚煤层采煤的效率、安全性和经济性，推动煤矿行业的可持续发展。

参考文献：

[1]刘鹏飞.栖凤煤业大倾角综放面采煤工艺与系统设计[J].山东煤炭科技，2021，39（6）：84-86.

[2]黄凯.复杂条件下特厚煤层综放工作面快速推进技术[J].煤，2021，30（6）：83-84.