周茂普研究員短壁開采工藝研究所中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院現(xiàn)代礦山短壁開采與快速掘進(jìn)技術(shù)主要內(nèi)容概述一短壁機(jī)械化開采技術(shù)二巷道快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)三綠色礦山充填開采四開展與展望五現(xiàn)代智能礦山高強(qiáng)度開采，適合布置長(zhǎng)壁開采的工作面逐漸減少，而綜采的殘留煤柱、不規(guī)那么塊段、斷層等地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的煤炭?jī)?chǔ)量逐年上升。全國(guó)98個(gè)國(guó)有重點(diǎn)礦區(qū)，此類煤炭?jī)?chǔ)量超過百億噸。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤礦“三下〞壓煤量達(dá)140億噸，年掘進(jìn)量超過15000km〔巖巷、煤巷、半煤巖巷〕。隨著平安高效機(jī)械化采煤技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用，對(duì)掘進(jìn)速度和支護(hù)質(zhì)量的要求也越來越高。短壁機(jī)械化開采作為一種邊角煤和“三下〞壓煤開采技術(shù)，近年來開展迅速，科研院校等就煤層開采和巷道快速掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了大量研發(fā)，將新工藝、新技術(shù)、新裝備應(yīng)用于平安高效的現(xiàn)代化煤礦和非煤礦山中。一、概述上世紀(jì)中期，美國(guó)開始使用連續(xù)采煤機(jī)進(jìn)行房柱式開采，伴隨著開采工藝和配套設(shè)備的日益完善，已形成了一整套適合于房柱式采煤的技術(shù)裝備和法律法規(guī)體系。澳大利亞在美國(guó)連續(xù)采煤機(jī)短壁采煤法根底上，結(jié)合其具體開采條件創(chuàng)造了“旺格維利〞采煤法，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。世界其他國(guó)家如南非、印度、俄羅斯等國(guó)也主要應(yīng)用連續(xù)采煤機(jī)進(jìn)行短壁開采。目前，世界每年有約8億噸煤炭采用連續(xù)采煤機(jī)開采，南非短壁機(jī)械化回采量約占井工開采的90%，美國(guó)約占49%，澳大利亞約占15%。國(guó)外薄煤層利用連采機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)回采，機(jī)械化程度高，開展迅速。二、短壁機(jī)械化開采技術(shù)

2.1國(guó)內(nèi)外短壁機(jī)械化開采現(xiàn)狀〔一〕國(guó)外短壁機(jī)械化開采現(xiàn)狀〔二〕國(guó)內(nèi)短壁機(jī)械化開采技術(shù)與裝備現(xiàn)狀上世紀(jì)中期，傳統(tǒng)的房柱式開采在我國(guó)使用比較普遍，存在回采工藝落后、通風(fēng)不合理、回采率低等問題。上世紀(jì)末，局部礦區(qū)借鑒國(guó)外的短壁工藝，進(jìn)行開采。如神東公司應(yīng)用連采短壁開采技術(shù)創(chuàng)造出年產(chǎn)224.5萬t的世界紀(jì)錄。由于各煤礦地質(zhì)條件的不同，該技術(shù)和工藝在其它礦區(qū)推廣較為困難。近年來隨著煤機(jī)行業(yè)的蓬勃開展〔市場(chǎng)在用連采機(jī)100臺(tái)以上〕，全國(guó)各大煤礦和科研機(jī)構(gòu)因地制宜的開展了形式多樣短壁開采裝備與工藝技術(shù)的研究。為解決連采短壁技術(shù)在我國(guó)的適應(yīng)性，以中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院為首的煤機(jī)研制單位，09年已研制出成套的短壁開采裝備，專門成立短壁開采工藝研究所，對(duì)連續(xù)采煤機(jī)短壁開采技術(shù)的研究，進(jìn)一步擴(kuò)大了短壁開采的適用范圍，取得了豐碩的科研成果。2.2中厚煤層短壁開采技術(shù)短壁機(jī)械化開采是利用連續(xù)采煤機(jī)和履帶式行走支架及其配套設(shè)備進(jìn)行房柱式開采一種平安高效采煤方法。具有投資少、見效快、機(jī)動(dòng)靈活、平安性強(qiáng)、回采率高等特點(diǎn)，是長(zhǎng)壁開采的有效補(bǔ)充。連采機(jī)短壁開采技術(shù)可分為以下幾種方式：

（1）條帶式短壁開采（2）旺格維利短壁開采（4）塊段式短壁開采（3）短壁充填開采頂板控制方式主要采用：履帶行走式液壓支架〔1〕條帶式短壁開采

開采工藝與設(shè)備布置圖技術(shù)特點(diǎn)：〔1〕適應(yīng)“三下〞壓煤及不規(guī)那么塊段開采；〔2〕留煤柱管理頂板，工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單；〔3〕煤炭回收率低，一般為40%左右。開采工藝設(shè)備布置技術(shù)特點(diǎn)：

①主、輔運(yùn)輸巷兩側(cè)布置支巷，支巷兩側(cè)布置采硐進(jìn)行煤柱回采，回采過程中留設(shè)不同寬度保護(hù)煤柱；②根據(jù)不同巷道功能，設(shè)計(jì)合理斷面尺寸；③頂板管理選用2-4臺(tái)行走液壓支架；④回收率一般為60%以上。〔2〕旺格維利短壁開采

頂板控制〔3〕塊段式短壁開采技術(shù)開采工藝

（1）（2）（4）（3）頂板控制動(dòng)畫演示技術(shù)特點(diǎn):①工作面采用多巷布置,劃分為小塊段煤柱；②采用連續(xù)采煤機(jī)單翼或雙翼回采；③采用4臺(tái)履帶行走式液壓支架管理頂板；④回收率一般為75%以上。2.4薄煤層連采機(jī)短壁機(jī)械化開采我國(guó)薄煤層資源儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，目前已探明的薄煤層保有工業(yè)儲(chǔ)量98.3億噸,可采儲(chǔ)量61.5億噸，占全國(guó)煤炭總可采儲(chǔ)量的20％。一些地區(qū)薄煤層儲(chǔ)量比重很大，貴州省占37%，山東省占52%，四川省占60%。由于受工作面空間的限制,薄煤層開采機(jī)械化程度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、開采經(jīng)濟(jì)效益低，資源浪費(fèi)十分嚴(yán)重。目前薄煤層開采是我國(guó)礦井開采的薄弱環(huán)節(jié),國(guó)內(nèi)一些礦區(qū)嘗試采用刨煤機(jī)、螺旋鉆等進(jìn)行薄煤層的開采，由于在設(shè)備制造、工作面條件、現(xiàn)場(chǎng)安裝、檢修、操作、自動(dòng)化控制等方面的限制，應(yīng)用都不是特別成功，未在全國(guó)范圍內(nèi)推廣使用。國(guó)外薄煤層連續(xù)采煤機(jī)短壁開采技術(shù)開展較為成熟，廣泛應(yīng)用于薄煤層的開采?！惨弧趁绹?guó)GE公司生產(chǎn)的成套薄煤層短壁開采裝備F330薄煤層連采機(jī)薄煤層配套運(yùn)輸系統(tǒng)薄煤層錨桿支護(hù)車〔二〕薄煤層開采工藝

動(dòng)畫演示技術(shù)特點(diǎn)：〔1〕適用于厚度為的薄煤層；〔2〕采掘與支護(hù)全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低；〔3〕工作面回采率60%左右，年生產(chǎn)能力50-70萬t。工程實(shí)踐煤礦名稱RosebudMiningCompanySterlingMiningCompanyFourOCoalCompany位于Kittanning,PennsylvaniaNorthLima,OhioHaysi,Virginia所使用的連采機(jī)GE-FairchildF330GE-FairchildF330GE-FairchildF330使用的連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)的配置4節(jié)6節(jié)4節(jié)6節(jié)4節(jié)盤區(qū)巷道布置3巷5巷5巷7巷5巷巷道寬度6.096.096.09留煤柱寬10.721.39.215.210.7留煤柱長(zhǎng)12.221.39.211.412.2盤區(qū)采出率（不考慮回收煤柱的情況下）58%49%64%72%58%煤柱與巷道夾角60度60或90度60或90度煤層厚度0.88-1.01M0.97-1.02M0.81-1.07M每米進(jìn)刀產(chǎn)出煤7.5噸7.9噸7.4噸每個(gè)割煤循環(huán)進(jìn)度距離8.5米8.5米6.1米每個(gè)割煤循環(huán)出煤63.9噸67.3噸45.4噸每班平均進(jìn)尺121米/9小時(shí)班最高紀(jì)錄200米110米/8小時(shí)班90米/6小時(shí)班每班平均產(chǎn)煤910噸870噸670噸勞動(dòng)組織每日2班每日2班每日1班生產(chǎn)能力55萬噸50萬噸21萬噸美國(guó)薄煤層用戶采用連采系統(tǒng)進(jìn)行房柱式開采的實(shí)際使用數(shù)據(jù)三、巷道快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)3.1煤巷、半煤巖快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)〔一〕綜掘機(jī)快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)我國(guó)煤巷懸臂式掘進(jìn)機(jī)的研制和應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過近40年的消化吸收和自主研發(fā)，目前，我國(guó)已研制生產(chǎn)了20多種型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)，根據(jù)配套支護(hù)方式的不同，主要有以下幾種配套方式：①綜掘機(jī)配單體氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)支護(hù)②綜掘機(jī)配機(jī)載式錨桿鉆機(jī)支護(hù)③掘進(jìn)機(jī)配兩臂式錨桿鉆車支護(hù)④綜掘機(jī)配運(yùn)錨機(jī)技術(shù)特點(diǎn)：該技術(shù)是我國(guó)目前應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)比較成熟，適應(yīng)一般地質(zhì)條件的巷道掘進(jìn)與支護(hù)。其存在的問題主要是掘進(jìn)與支護(hù)交替順序作業(yè)，掘進(jìn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。+①綜掘機(jī)配單體氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)支護(hù)技術(shù)特點(diǎn)：該技術(shù)是在掘進(jìn)機(jī)上增加兩個(gè)錨桿鉆臂，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)與支護(hù)平行作業(yè)。該技術(shù)雖在一定的程度上降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，但機(jī)載鉆機(jī)支護(hù)范圍受限，較難單獨(dú)完成整個(gè)工作面的巷道支護(hù)任務(wù)。②綜掘機(jī)配機(jī)載式錨桿鉆機(jī)支護(hù)③掘進(jìn)機(jī)配兩臂式錨桿鉆車支護(hù)技術(shù)特點(diǎn)：①該技術(shù)適應(yīng)我國(guó)一般地質(zhì)條件下采用錨桿支護(hù)的巷道頂板條件；②掘進(jìn)與支護(hù)工序交替協(xié)調(diào)作業(yè)；③掘進(jìn)機(jī)與兩臂錨桿鉆機(jī)交叉調(diào)機(jī)，要求巷道寬度必須在5m以上。+④綜掘機(jī)配運(yùn)錨機(jī)技術(shù)特點(diǎn)：〔1〕實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)與支護(hù)平行作業(yè)；〔2〕支護(hù)工作中增加臨時(shí)支護(hù)工序；〔3〕應(yīng)用較為破碎的巷道頂板條件。〔二〕連采機(jī)快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)連續(xù)采煤機(jī)快速掘進(jìn)技術(shù)是近年來我國(guó)引進(jìn)開展可用于煤巷快速掘進(jìn)的一種先進(jìn)工藝技術(shù)，連續(xù)采煤機(jī)作為一種新型的巷道掘進(jìn)設(shè)備，具有巷道掘進(jìn)速度快、成型好、掘進(jìn)工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。巷道掘進(jìn)方式主要以雙巷和多巷掘進(jìn)為主。

采用雙巷或多巷掘進(jìn)，掘進(jìn)與支護(hù)平行作業(yè)，掘進(jìn)效率高，掘進(jìn)速度快，月進(jìn)尺1000m以上。目前主要有兩種配套作業(yè)線：

作業(yè)線1：連續(xù)采煤機(jī)+錨桿鉆車+梭車+給料破碎機(jī)+帶式輸送機(jī)；作業(yè)線2：連續(xù)采煤機(jī)+錨桿鉆車+連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)+帶式輸送機(jī)；〔1〕雙巷及多巷快速掘進(jìn)與支護(hù)給料破碎機(jī)錨桿鉆車梭車連續(xù)采煤機(jī)鏟車

作業(yè)線1：a、設(shè)備

作業(yè)線1：b、工藝與設(shè)備布置技術(shù)特點(diǎn)：①適用于煤層賦存穩(wěn)定的近水平中厚煤層；②要求頂板為一般穩(wěn)定頂板；③底板要求穩(wěn)固、平整、無積水；④每隔60～80m需掘聯(lián)巷，巷道寬度大于4.5m。動(dòng)畫演示連續(xù)采煤機(jī)連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)錨桿鉆車鏟車

作業(yè)線2：a、設(shè)備

作業(yè)線2：b、工藝與設(shè)備布置技術(shù)特點(diǎn)：

①適應(yīng)賦存穩(wěn)定的中厚煤層，中等穩(wěn)定頂板；

②適應(yīng)煤層傾角在12度以下，局部坡度不超過16度；③每隔60～80m需掘聯(lián)巷，巷道寬度在5.5m以上。

2004年1月，由太原煤科院生產(chǎn)的LY2000/980-10型連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)，在神東上灣礦，創(chuàng)造了最高月進(jìn)尺3247m世界紀(jì)錄〔4650m不被成認(rèn)〕。

連續(xù)采煤機(jī)也可用于單巷快速掘進(jìn)，其配套作業(yè)線主要有以下兩種：

作業(yè)線1：連采機(jī)+兩臂錨桿鉆車+掘錨后配套

作業(yè)線2：連采機(jī)+四臂錨桿鉆車+梭車〔2〕連采機(jī)單巷快速掘進(jìn)與支護(hù)作業(yè)線1：技術(shù)特點(diǎn)：①支護(hù)與掘進(jìn)交替作業(yè)，頂板支護(hù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，勞動(dòng)強(qiáng)度低；②根據(jù)需要設(shè)計(jì)調(diào)機(jī)硐室〔可兼作探放水硐室〕；③巷道月進(jìn)尺500～600m。作業(yè)線2：〔2〕連采機(jī)單巷快速掘進(jìn)與支護(hù)掘錨一體機(jī)是指將掘裝功能與錨桿鉆機(jī)的鉆錨支護(hù)功能有機(jī)的結(jié)合在一起，構(gòu)成整體的掘錨裝備，實(shí)現(xiàn)切割、裝運(yùn)、行走、錨桿支護(hù)于一體，達(dá)到掘、支平行作業(yè)，快速掘進(jìn)。

同連續(xù)采煤機(jī)和錨桿鉆車交叉換位施工相比，掘錨一體化技術(shù)適用范圍更廣；同懸臂式掘進(jìn)機(jī)作業(yè)線相比，掘錨聯(lián)合機(jī)組作業(yè)線的掘進(jìn)工效是前者的2倍以上。掘錨一體機(jī)〔三〕掘錨一體機(jī)快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)與掘錨一體機(jī)相配套的生產(chǎn)作業(yè)線主要有兩種：

作業(yè)線1：掘錨一體機(jī)+掘錨后配套作業(yè)線2：掘錨一體機(jī)+八臂錨桿鉆車+轉(zhuǎn)載運(yùn)輸皮帶作業(yè)線1：掘錨一體機(jī)+掘錨后配套技術(shù)特點(diǎn)：〔1〕集掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸、破碎、緩沖轉(zhuǎn)載功能于一體，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)循環(huán)中的連續(xù)平行作業(yè)；〔2〕可每掘進(jìn)25m向前拉移一次皮帶，掘進(jìn)與運(yùn)輸效率大大提高；〔3〕該作業(yè)線是目前掘錨一體機(jī)主要配套形式，在晉陜蒙寧各大礦區(qū)廣泛使用。

作業(yè)線2：太原煤科院與神東煤炭公司合作，設(shè)計(jì)研發(fā)世界首套單巷快速掘進(jìn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由五種設(shè)備組裝而成，月均進(jìn)尺1500～2000m，其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：〔1〕在單巷內(nèi)實(shí)現(xiàn)采掘、運(yùn)輸、支護(hù)三套系統(tǒng)協(xié)同獨(dú)立工作，大幅提高巷道掘進(jìn)效率；〔2〕要求頂、底板中等穩(wěn)定，頂板允許一定空頂〔掘錨機(jī)錨護(hù)時(shí)≥3m，掘錨機(jī)不錨護(hù)時(shí)≥15m〕，煤層傾角≤3度；〔3〕適應(yīng)巷道斷面寬度5.4～6.0m，高度3.5～4.5m；

3.2全巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)〔一〕巖巷鉆裝機(jī)組快速掘進(jìn)〔1〕不受巖石硬度的限制，特別適用于中小斷面硬巖巷道的掘進(jìn)；〔2〕破巖能力強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性能好，月均進(jìn)尺100m，月最高進(jìn)尺220m。鑿巖及裝運(yùn)兩項(xiàng)功能于一體，解決設(shè)備在掘進(jìn)頭交叉換位的空間和效率問題，實(shí)現(xiàn)巖巷快速掘進(jìn)。CMZY1型巖巷轉(zhuǎn)裝機(jī)組CMZY2型巖巷轉(zhuǎn)裝機(jī)組

技術(shù)特點(diǎn)：近幾年，我國(guó)在吸收、借鑒國(guó)外掘進(jìn)機(jī)先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和制造技術(shù)，研究、設(shè)計(jì)、開發(fā)了EBZ300、EBH300、EBH315、EBH350大功率硬巖掘進(jìn)機(jī)，國(guó)產(chǎn)系列大功率巖巷掘進(jìn)機(jī)的研制成功，代表了國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)的開展趨勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤礦巖巷的快速掘進(jìn)提供了較為成熟的硬巖掘進(jìn)裝備。主要技術(shù)性能到達(dá)國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。〔二)全巖巷重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)

主要參數(shù)機(jī)型巷道斷面/m2硬度系數(shù)/f月進(jìn)尺/m使用單位山特維克

AHM10525.21090新汶礦業(yè)EBH31525.210～1490新汶礦業(yè)EBH31521.36～10175神東煤炭集團(tuán)全巖掘進(jìn)機(jī)工程應(yīng)用情況

我國(guó)全巖巷道掘進(jìn)的代表機(jī)型:EBH315型巖巷掘進(jìn)機(jī)，目前為國(guó)內(nèi)機(jī)重最大、截割能力最強(qiáng)、自動(dòng)化程度最高的重型巖巷掘進(jìn)機(jī)。3.3鉀鹽礦山巷道掘進(jìn)及支護(hù)煤礦開采裝備與技術(shù)的不斷更新與開展，在煤礦開采中應(yīng)用成熟的懸臂式掘進(jìn)機(jī)、連續(xù)采煤機(jī)等掘進(jìn)裝備與技術(shù)已經(jīng)在鉀鹽礦山開采中成功應(yīng)用。鹽礦開采工藝技術(shù)的不斷優(yōu)化，煤礦錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)也逐漸在鉀鹽礦山中推廣應(yīng)用。

〔1〕懸臂式掘進(jìn)機(jī)在開元集團(tuán)鉀鹽礦中的應(yīng)用開元集團(tuán)老撾鉀鹽礦一期光鹵石原礦196萬t/a，應(yīng)用EBZ260掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行開拓巷道及采準(zhǔn)巷道掘進(jìn)，25m2矩形斷面，無支護(hù)，月平均進(jìn)尺到達(dá)400m左右。工程實(shí)踐〔2〕懸臂式掘進(jìn)機(jī)在中寮鉀鹽礦中的應(yīng)用中寮礦業(yè)老撾萬象65萬t/a光鹵石開采工程，應(yīng)用EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行開拓巷道掘進(jìn)，14.39m2的拱形斷面，采用錨噴支護(hù)，月進(jìn)尺到達(dá)300m左右?！?〕連續(xù)采煤機(jī)在鉀鹽礦中的應(yīng)用開元集團(tuán)在老撾鉀鹽