第一節 我國薄煤層開采現狀
一、我國薄煤層開采現狀
我國的煤炭資源豐富，儲存量大，且賦存多樣化，根據我國煤層厚度劃分，厚度0.8～1.3m屬於薄煤層，小於0.8m屬於極薄煤層。我國煤炭儲量中薄煤層的可采儲量約為60多億ｔ，約占全國煤炭總儲量的18%。然而據1996年統計，我國薄煤層的產量隻占全國煤炭總產量的7.32%，而且這個比例還在呈逐步下降的趨勢。
我國薄煤層的開采經曆了幾個發展階段。20世紀50年代薄煤層開采主要使用炮采工藝。60年代開始使用深截煤機掏槽，爆破落煤；70年代薄煤層機組得到較大發展，分別研製出不同類型的刨煤機，包括鋼絲繩牽引刨煤機、全液壓驅動刨煤機和刮鬥刨煤機等。
目前，我國薄煤層開采的機械化程度還比較低，大多還是采用炮采，產量低、事故多、工人的工作環境惡劣。薄煤層采煤機作為薄煤層開采機械，由於受其本身結構的限製，0.8ｍ已是其開采下限，而且維修、操作不便，工人需在極低的工作麵條件下跟機作業。1974年研製成功BM-100型薄煤層滾筒采煤機。在20世紀80～90年代，我國曾研製了多種型號的刨煤機（包括滑行刨煤機和拖鉤刨煤機），以解決薄煤層的開采問題，並在一些局礦的使用中取得了不俗的成績。
90年代，天府礦務局和徐州礦務局，分別從俄羅斯和烏克蘭引進了螺旋鑽采煤機，2003年新汶礦業集團也引進了2台三鑽頭的螺旋鑽采煤機，用於薄與極薄煤層的開采，使一些用傳統采煤工藝不能開采的薄煤層、極薄煤層得到有效開采利用。然而由於推廣的力度不夠大，以及用戶對這種形式的采煤機種也有一個逐步認識的過程，因此國內使用刨煤機的工作麵還不多。
近年來，刨煤機技術的開發取得了很大的進展，國產刨煤機在一些局礦的成功使用以及采用德國DBT公司生產的刨煤機主機與國內設備配套使用，在我國鐵法、晉城、西山等地取得的一些成功經驗，使國內同行對采用刨煤機開采薄煤層有了許多新的認識。
二、 滾筒采煤機
1、種類
煤層的開采先後出現了多種多樣形式的采煤機。如今采煤機大都向適應能力強，自動化程度高的方向發展，並取得了很大的成就。當前適合於薄煤層開采的采煤機有下列四種：
第一種是MDY—150型采煤機，此機適采高為1.2~2.5m，煤質中硬（f=2-3），頂板穩定的煤層，並且煤質較軟，傾角在0-25·之間；
第二種為BM—100型采煤機，它的適應高度為0.9-1.3m，f≤2.5，頂板中等穩定的煤層，傾角也在0-25·之間；
第三種為MLS3P—170矮型雙滾筒采煤機，該機適合采高為1.2-2.2m，f=2-3之間，頂板中等穩定，底板不能過於鬆軟，傾角在0-30·之間；
第四種是K—103型爬底板式薄煤層采煤機，該機適應與0.6-1.2m厚薄煤層的開采，煤質中等穩定以下，傾角小於35·。
2、滾筒采煤機的優點
滾筒采煤機與其他采煤機相比具有它獨特的優勢：
a.適應能力強，尤其是煤層厚度變化較大的工作麵；
b.對煤層頂、底板起伏變化適應能力強，在複雜的地質條件下，可以通過大的裝機功率強行通過；
c.適用於含有夾矸的煤層回采，煤層中若含有矸石滾筒采煤機可以直接切割矸石回采，不影響回采的時間和產量；
d.對工作麵的長度要求較低，尤其與刨煤機相比更為突出。
總之滾筒采煤機具有適應能力強、切割效益高、對地質條件要求不高等特點，特別適用薄煤層自動蝦工作麵開采，尤其是當煤層賦存條件變化大、斷層多時，滾筒采煤機的優勢更為明顯，它可以直接切割頂、底板強行通過，免去了搬家的工序，提高了回采效益。
3、滾筒采煤機的缺點
滾筒采煤機的係統複雜，一般都是采用液壓控製，製造困難，造價高，維修不方便，工人不容易掌握；
工作麵的煤塵大，塊煤產出率低，經濟效益不高，同時工作麵設備多，通風阻力大，嚴重影響著工人的身心健康。
工作空間小。
三、刨煤機的特點和適用範圍
刨煤機是以刨頭為工作機構，采用刨削方式破煤的采煤機械，可用在長壁采煤工作麵實現破煤、裝煤和運煤。刨頭由安裝在采煤工作麵兩端的驅動裝置通過刨鏈在工作麵全長上往複牽引，刨刀以給定的刨削深度將煤從煤壁上刨落下來，通過刨頭的犁形斜麵將刨落下來的煤裝入輸送部，然後由輸送部將煤運出采煤工作麵。刨煤機通常可分為6個基本部分，即：刨煤部、輸送部、液壓係統、噴霧係統、電氣控製裝置和輔助裝置。
1、刨煤機的特點
近年來，刨煤機得到了不斷改進和發展，性能日益完善。歸納起來，現代刨煤機具有以下的特點：
1）結構簡單，操作和維護方便；
2）人員不必跟機移動作業，改善了工人的安全條件及勞動強度，這對於薄煤層開采尤其重要；
3）采出的原煤塊率較高，粉塵量少；
4）充分利用地壓采煤，能耗較低；
5）采用淺截深開采，煤層中的瓦斯釋放均勻，尤其適用於有瓦斯突出可能的煤層開采；
6）易於實現工作麵自動化管理。
2、刨煤機的適用範圍
在比較穩定的地質條件下，開采薄煤層或1.8～2.0ｍ以下煤層，刨煤機是一種相當經濟和有效的采煤機械。這一點，無論從西德、美國等國外經驗，還是根據我國使用刨煤機的情況來看都得到了充分的證明。
比較穩定的地質條件，是指煤層中沒有較大的斷層構造，煤層的傾角一般在25°以下，工作麵沒有太大起伏，煤不粘頂等。刨煤機不僅可以成功地用於薄煤層開采，而且中厚煤層的開采也有不少高產的例子。例如德國在1.5～1.8ｍ的煤層中使用刨煤機開采，平均日產原煤在2312～4899ｔ之間。在較厚的煤層中，刨煤機工作麵的最高工效可達37ｔ/工。我國的新汶礦業集團華豐煤礦在大傾角厚煤層傾斜分層開采中采用國產刨煤機開采，平均采高2.1ｍ，煤層平均傾角31º，5個月共產煤11.84萬ｔ，平均月產超過2萬ｔ。
目前，全世界已經有20多個國家的煤礦在使用刨煤機，刨煤機的總使用台數已超過1000台，日產萬噸的刨煤機工作麵也不乏其例。近年來，隨著刨煤機功率的不斷增大，以及大規格、高強度礦用圓環鏈的采用，刨煤機刨削硬煤的能力得到不斷提高。德國的刨煤機功率已達2×400ｋＷ和2×800ｋＷ，刨鏈直徑可達Φ38ｍｍ和Φ42ｍｍ，這就使得刨煤機的適用範圍不斷擴大，隨著技術的進步，刨煤機開采硬煤和極硬煤層已不再是困難的事情。
3、刨煤機的發展現狀
近年來，國外刨煤機技術有了較大的發展。刨煤機的主要結構型式有拖勾刨、滑行刨、拖勾滑行刨、緊湊式刨煤機等。
（1）工作麵向自動化和無人化方向發展
目前，國外全自動刨煤機工作麵最高日產原煤已達萬噸以上，全自動刨煤機生產係統與傳統的刨煤機生產係統相比，開機率提高到70%以上，產量增加約60%。
4、刨煤功率朝大功率的方向發展
目前，德國DBT公司研製刨煤機的刨煤功率一般可達2×315KW和2×400KW，新型的GH42型滑行刨，刨煤功率達到了2×800KW，目前正在德國一個煤礦400m長的工作麵開采硬煤。刨煤機刨頭的重量也在增加，由原來的2t增加至5～6t，最重的可達9t。功率的提高還帶來了刨速的提高。目前，德國刨煤機基本上都采用快速刨，刨頭速度可達2.25～2.4m/s，3m/s刨速也已經出現。刨鏈的直徑也在相應增大，由Φ38mm增大到Φ42mm。
四、選擇
實現薄煤層安全高效的開采，關鍵在於裝備自動化設備的高低程度，曆年來的經驗證明，綜合機械化采煤是薄煤層長壁工作麵高效高產的唯一途徑。目前，薄煤層自動化綜采成套設備主要有兩種較為成熟：一種就是滾筒采煤機配套機組；另一種就是刨煤機配套機組。這兩種設備在不同的環境下所產生的經濟效益也是大不相同的。德國通過多年來的實踐經驗得出了他們各自適用的條件（如圖3—所示）。
第二節 無人工作麵采煤概述及分類
一.無人工作麵采煤概念
什麼叫無人工作麵采煤
工人不長時間在工作麵跟機操作，而是在巷道或其它地點控製或操縱工作麵機械，完成采煤、裝煤、運煤、頂板管理及采空區處理等工序的一種采煤方法。簡稱無人采煤或無人開采。
二、發展無人工作麵采煤技術的必要性
1．生產的需要
綜采對采煤工藝和煤炭生產技術發展起了很大的推動作用。但煤層厚度小於0.7m時，工人很難操作，故障很難排除，炮采、普采工人的勞動條件也十分艱苦，因此必須把工人從繁重的體力勞動和惡劣的作業環境中解放出來，發展了人不進工作麵的無人采煤法
2．安全的需要
工作麵頂板裸露麵積大,頂板事故多，難處理，人不進工作麵對安全有利。
3．科技發展的趨勢
無人采煤目前已發展到中厚煤層和厚煤層，程控采煤機、支架、閉路電視監測，機器人處理機械故障已在發達國家開始研製和開發。因此無人采煤技術是標誌一個國家煤炭發展技術的尺度，是技術密集型的產物，是代替勞動力密集型的好方法之一，世界各國都十分重視，並相繼投入了大批的人力、物力、財力來從事這一領域的研究。
美國、前西德、在50年代初就開始研製有關設備
前蘇聯50年代末開始研製，70年代以後大力發展無人采煤技術，目前也正在不斷提高，89年召開了全蘇無人開采的全國性學術大會，對中厚、厚煤層都有方案，對設備也有很好的想法。
三、我國無人采煤技術現狀和發展新技術的迫切性及趨勢
1．我國現狀
60年代我國在江西、徐州、廣東等地試驗過煤鋸采煤，原始的無人采煤。由於設備可靠性差，頂板管理問題沒有解決，仃止了。
2. 我國發展無人采煤技術的迫切性
無人開采目前主要適用於薄煤層中，重點解決工人的勞動環境問題，我國薄煤層約占總儲量的20%左右，而產量隻占10.4%，而且產量有逐年下降的趨勢。我國的薄煤層開采一直不景氣。
全國86個統配礦務局586處礦井中，有80個局455處賦存有薄煤層。雙鴨山局、雞西、七台河、淄博比重較大，峰峰、焦作、西山也有相當比重，徐州、兗州、大同、新汶、棗莊及華北、華東的許多地區都賦存有薄煤層。研究薄煤層開采是具有戰略意義的課題，我們在這方麵應趕上世界發展水平，也是每個采礦工作者的義不容辭的任務。
四.無人工作麵采煤方法的分類
采煤方法是回采巷道布置和回采工藝的組合，分類應考慮各種因素在內，包括落煤、運煤、支護、礦壓控製，工作麵推進方向，開采方式和有無改變煤的聚集狀等，這樣比較全麵。
第三節 煤鋸無人工作麵采煤
一. 煤鋸采煤及其裝置
（一）、煤鋸的產生及發展
1910年首先在德國出現，開采急傾斜煤層，獲得成功
30年代末前蘇聯第一次實驗，50年代擴大應用
我國50年代末60年代初先後在四川魚田堡煤礦、京西大台煤礦、廣東曲仁煤礦、江西樂平礦務局、徐州的旗山等地進行了實驗，取得了一些經驗
（二）、煤鋸的結構
煤鋸種類繁多，但工作原理大致相近。一般都是由雙向割煤的碎煤刀組成，碎煤刀每0.5~1m安裝一組，碎煤刀上有截齒、截齒鉗有合金鋼片，在鋼絲繩或鋼鏈的牽引下，由上下絞車驅動，往複切割煤壁破煤。一般在煤壁下方拉出一個橫溝，隨橫溝的加深，在礦山壓力和自重的作用下垮落，靠自重遇運出工作麵。如圖2-3所示 ,煤鋸結構圖
（三）、煤鋸采煤法的種類
分為 ： 走向長壁—工作麵較長 40~130m
傾斜長壁—工作麵較短 10~40m
二. 走向長壁煤鋸無人工作麵采煤
（一）．巷道布置：如圖2-1所示
特點：
①采區布置同急傾斜的上山采區，布置大致相同。
②上山也一般為三條： 溜煤、運料、行人、也可四條
③區段高（斜長）40~130m
④區段巷道可采用單巷或雙巷布置，運輸巷一般有超前平巷
⑤采用U型通風係統
（二）．回采工藝係統如圖所示2—2
1. 設備布置 : 上下平巷各一部絞車，在10m外，並有導向滑輪;
工作麵安裝煤鋸，由鋼絲繩牽引，或鏈牽引,
煤鋸長3~7m。
2．回采工藝過程
①先鋸工作麵下方1~3m，再鋸上端1~3m，使工作麵成弧形；
②正常割煤；
③采空區不支護；
④ 當工作麵推進到接近頂板垮落步距時，仃采留下2~3的小煤柱，搬到新開切眼內采煤，頂板管理采用刀柱式管理。
(三)實例 江西樂平礦務局湧山礦煤鋸采煤
條件 ： α=55～62°，平均56°，m=1.8～2.4m,不粘頂，頂板10m厚的細砂岩,瘦煤,煤中有夾矸0.2m，高沼氣，有煤和瓦斯突出危險。上下2~5m開有輔助平巷，解決瓦斯超限，工作麵長33~38m，每20~25m開一新開切眼，煤鋸長7m，碎煤刀為六角十二刃形式，小煤柱為3m，上下平巷安裝有電聲訊號，三班出煤。
工作麵主要經濟技術指標為：
采高 2m
傾角 58°
工作麵長度 33～38m
日推進度 2m
日產量 224t/天
月推進度 56m
月產量 6720t
回采工效 4.51t/工
坑木消耗 51.4m3/萬t
（四）效果及評價
優點： 設備簡單，便於管理，容易操作， 體力勞動強度小，生產環境良好，材料消耗少，成本低，效果良好。
缺點： 對頂底板適應性差，斷繩處理困難， 煤損大，采區回采率底。
三.傾斜長壁煤鋸無人工作麵采煤
（一）巷道布置如圖2—5所示
特點：
1.先劃區段再劃條帶；
2.在條帶頂部布置回風巷,在條帶下部布置運輸巷；
3.條帶兩側設回采斜巷（或大直徑鑽孔眼）；
4.運輸巷頂部設放煤口，將工作麵的煤放出外運；
5.條帶斜長、條帶寬度與煤層頂底板條件有關。
（二）回采工藝係統
1．首先完成條帶準備，ДГИ鑽機鑽透上下平巷；
2．在靠近運輸巷處開開切眼，安裝好放煤口；
3．安裝設備進行采煤；
4．工作麵采空區不支護。
此采煤方法在前蘇聯廣泛使用，頓巴斯、別丘爾、庫茲巴斯等礦區使用，效果較好。
（三）條帶采煤放煤方式
1.采空區儲存煤炭，利用破碎下來的煤控製頂板，將煤逐漸放出，類似倉諸采煤法。對控製頂板有利。如圖2—6所示
2.采煤的同時煤炭直接通過采空區放出，工作麵無任何支護。當工作麵推進一定距離後，對放煤口衝擊太大，不易控製。如圖2—7所示
3．利用笨溜槽等專門設備放煤，不太成功 。 圖示2—8所示
第一種方法較好，使用較多，對控製頂板有利。
四. 對煤鋸采煤的評價
1.優點：設備相對簡單,造價低 ,工人易操作 ,勞動強度小,
材料消耗少，工人作業環境好 ,巷道內操作機械，曾一度廣泛被采用。
2.存在問題：
煤鋸工作性能差，可靠性低，常出現斷繩、卡繩現象,處理事故困難。
關鍵問題是頂板管理沒解決，除頂板冒落外，底板也會滑落。煤拄支撐法煤損較大，開切眼開切工作量大，仰斜條帶也是如些。
3.適用條件
煤厚0.3~5m，圍岩穩定，α＞35°,
煤層較軟，煤層節理裂隙發育，不粘頂。
發展方向:
高效、可靠、強動力煤鋸，解決斷繩問題。
大直徑、大功率鑽機用於開開切眼。
新型支護設備的發展，如氣垛支架等。
第四節 螺旋鑽機無人工作麵采煤
一．螺旋鑽機無人工作麵采煤概述
1、起源與發展
最早發展的是美國卡爾托克斯單軸螺旋鑽機，回收房間煤柱，在50年代初。隨後是原西德也研製出單軸螺旋鑽機。
前蘇聯58年以後第一次在井下使用，70年以後大量使用，年產500多萬噸，從單軸到雙軸到多軸。
2、特點
①是比較成熟的一種方法；
②可采出用其它方法不能采出的煤炭；
③徹底改善和解放了工人的勞動環境和條件，安全大有改善；
④向更完善的方向發展，與刨煤機、水采聯合使用，向綜合技術發展。
（一）螺旋鑽機的種類
1.按結構分：單軸螺旋鑽機 ：如 美國的卡普頓，奧蓋爾馬依溫爾；
多軸螺旋鑽機 如 蘇БYГ-3，БШУ多軸螺旋鑽機；
圖形3-1，3-2，3-5， 3-6所示
2.按切削方式分：
鑽削式: 美奧蓋爾—馬依涅爾,蘇БYГ-3，БШУ ;
切削式 : 美國卡普頓
3.按工作方式分：
單向鑽進式 : 蘇ΑШΚ
雙向鑽進式 :БШУ
(二)螺旋鑽機的結構和工作原理
1.結構
鑽頭 ， 螺旋節式鑽杆，鑽機 ， 電機，減速器 ， 液壓部等；
千斤頂 ， 單軌吊， 運輸機等組成。還有附屬設備等。
圖3-2是美國的奧蓋爾馬依涅爾單軸鑽機
1.鑽頭 2.螺旋葉片 3.導向架4.導向座 5.千斤頂 6.液壓部 7.電機 8.減速器 9.鑽杆
2.工作原理及過程
①鑽頭破煤鑽進;
②螺旋鑽杆不斷接長，推進鑽頭鑽采，煤由鑽杆自動運出；
③千斤頂可調整角度和穩固鑽機 ； 圖3-6
④單軌吊為接長鑽杆和撤出鑽杆服務，鑽杆放在鑽杆倉內或巷道內；
⑤鑽孔的煤由運輸巷內的輸送機運出；
⑥鑽機移動可用絞車或 自動行走（履帶或邁步滑靴等）；
⑦工人在巷道內操縱機器即可鑽進采煤。
如圖3-3所示
3、螺旋鑽機目前的發展狀況
①美國奧蓋爾—馬依涅爾 單軸鑽機；卡普頓鑽機，可向兩幫鑽進采煤，履帶行走，功率大，鑽進深度可達25～38M；
②美國安捷爾哥勞德,奧蓋爾—馬依涅爾鑽機；
③蘇БУГ係列鑽機，基洛夫機械廠製造；
④ БШУ 鑽機更好，性能優越。
趨勢：單軸 雙軸 多軸；大功率,自動行走,性能更可靠,擴鑽孔,長鑽進。
⑤目前在烏克蘭頓巴斯已使用更為先進的三軸螺旋鑽機，型號為：БЗМ，可以充填矸石，自動行走，單機產量1噸/分鍾。由鑽機本身自帶的局扇通過風筒向鑽孔內送風。如圖1-12和1-13所示。
三． 螺旋鑽機采煤的開采方案
（一）形式
在同一條回采巷道內常用的有以下幾種方式：
1、單機單向鑽進後退式開采 ； 圖3-7a上
2、單機雙向鑽進後退式開采； 圖3-7b
3、雙機單向鑽進後退式開采， 雙機錯開一定距離同時後退；
4、單機單向鑽進混合式（前進、後退混合式）；圖3-7a上下
5、分段作業式 。 圖 3-10
（二）分析
1、單機單向鑽進後退式開采（一般上下平巷各一台單向鑽進）
工作單一，比較簡單，設備少；
設備利用率低，但巷道維護量大，需保留區段平巷，維護費高。
2、單機雙向鑽進後退式（西德 瓦裏祖姆礦使用此方法）
工作複雜，設備較多，需經常換向開采；
但巷道不需維護。
3、雙機單向鑽進後退回采
設備多，兩台運輸機，前後兩機有幹擾；
產量高，巷道維護量小，隻維護一段。
4、單機單向鑽進混合式，同第一種。
5、分段作業方式
產量高，生產集中，設備多，利用率高；
巷道維護量稍大，但一般薄煤巷道好維護。
（三）鑽機在平巷中的設置
有兩種方式：
①鑽架車朝向采空區方向，輔助設備在煤體方向，不影響撤鑽杆，生產效率高，工序影響少，較多采用。
②鑽架車朝向煤體方向，後方撤支架時可采用這種方式。
四、螺旋鑽機采煤的通風係統
局扇通風—無瓦斯礦井和瓦斯湧出量小的礦井，回收煤柱等。
全礦井負壓通風—瓦斯湧出量大的礦井，可用U型通風，鑽孔內可用風筒通風。
五、螺旋鑽機采煤的巷道形狀及支護
形狀：可采用拱型，且較為多用，需臥底和挑頂；巷道斷麵一般為6.5-7.2m2 。如圖3-6,圖3-4
支護：①支護：注意棚距與鑽孔尺寸的匹配，相同或成倍數 ② 最好用錨杆支護
六、螺旋鑽機采煤鑽孔間的煤柱形狀及尺寸
1.煤柱的作用：
控製頂板，控製礦山壓力，代替支架；便於運煤，防止煤湧向舊鑽孔；保證鑽機的正常鑽進，不夾鑽。圖3-11，圖3-9
（二）煤柱的形狀及尺寸
1、形狀:工字形，實際是矩形，雙軸之間不連續。圖3-7，圖3-11
2、煤柱尺寸
①影響因素：煤層厚度、煤體的硬度、頂底板岩性、鑽孔的形狀等。
②尺寸：每一特定條件下煤柱有其最佳尺寸，煤損小，又能支撐和控製頂板，保證鑽機的正常鑽進采煤。
雙軸雙孔的經驗數據：煤厚0.5～0.7m，煤柱最窄部分0.15～0.25m.
煤厚0.8m，煤柱最窄部分0.2～0.3m . 圖3-9
單軸單孔的經驗數據:煤柱尺寸還可再小些。
③鑽機鑽進深度:30～40m，ВЗМ三軸鑽機可達60m.
④回采率：60～70%
（三）擴鑽孔技術
為了提高煤炭采出率，降低煤炭損失，世界各國都在應用擴鑽孔技術。
擴鑽孔一般有三種形式：
1、先鑽小直徑的基本孔，然後擴孔：小鑽孔鑽進，後退擴孔（換鑽頭）；兩台鑽機，有專門擴孔機。 圖3-11
2、沿煤層厚度擴鑽孔，西德鑽機螺旋葉片上安有刀具，先向上擴再向下擴。 圖3-12
3、沿煤層層麵擴孔
在鑽到預定深度後，采用遠距離控製，將端頭鑽杆向一側（兩側雙軸）偏轉一定角度，在回程式中將鑽孔間的煤柱采出。圖3-13
七、螺旋鑽機采煤法頂板管理與礦山壓力控製
1、煤柱支撐頂板,0.15～0.35.在周期來壓時留大煤柱控頂板;
2、用矸石充填采空區（鑽孔）：可減少矸石提升量；
充填可使有效鑽進深度提高；
提高回采率，留大煤柱充填後再鑽采。
圖3-14 掘進用矸石風力充填鑽孔，沿平巷布置80M。較複雜，有幹擾。
采用專門鑽頭，後退時將矸石填入鑽孔。
八．螺旋鑽機采煤法的適用條件及評價
（一）、適用條件
1、a≤15°；
2、煤層厚度0.45～1.5m；
3、煤的切割阻力≤250KN/m；
4、煤層不會黃鐵礦結核；
5、煤層無自燃、無突出危險，無衝擊地壓危險；
6、頂板條件隨意；
7、正常布置工作麵采煤，回收邊角煤、各種煤柱，三下采煤。
（二）、評價
優點： 該方法為薄煤層開采創出了一條新路；
為薄和極薄煤層開采開辟了廣闊的前景；
改善了工人的勞動條件，提高了勞動生產率；
多回收地下資源，提高了人類開發資源的能力，延長了礦井服 服務年限；用人少，效益好，省掉工作麵支架、運輸機，經濟效益顯著；
缺點： 巷道掘進率高，有一定的煤損（但總比不采出好），巷道臥底挑頂出矸量大。
第五節 刨煤機無人工作麵采煤
一． 刮刨機刀柱式無人工作麵采煤
（一）、刮刨機簡介
薄煤層厚度、空間小，無法安裝運輸機，刮刨機是一種采煤、運煤為一體的采煤機械，形狀似耙鬥裝岩機的耙鬥，截齒朝向煤壁，上下巷道設牽引裝置驅動，沿煤壁往返運行采煤，並將煤運出。
（二）、巷道布置 如圖4-1所示
上有回風平巷，下有進風運輸平巷，從開切眼安裝刮刨機；
頓巴斯真理報煤管局應用情況：
工作麵長：100～120m;
頂板砂頁岩:8～9m;
采空區跨距：13～20m;
煤柱：3～5m , 還試驗了從開切眼向兩個方麵開采的方案，可減少開切眼工作量.
（三）、效果
工作麵日產：150T；
工作麵效率：12T/工。
二． 螺旋鑽機—刮刨機聯合采煤
（一）、問題的提出
1、螺旋鑽機孔間小煤柱丟煤；
2、刮刨機開切眼工作量大，為克服以上缺點，提出鑽刮聯合采煤方案。
（二）、巷道布置
如圖4-2所示
工作麵上有回風平巷:安裝一台螺旋鑽機，刮刨機動力鑽，輸送機，回風；
工作麵下有運輸平巷:安裝一台螺旋鑽機，刮刨機動力鑽，運輸機 , 進風;
開切割眼:工作麵采用U型通風係統，工作麵長為兩台鑽機的有效鑽進長度。
（三）、回采工藝
1、上下螺旋鑽機錯開一定距離，相向鑽進采煤，運輸巷鑽機稍滯後一定距離；
2、根據頂板來壓及煤柱壓酥情況，滯後鑽機10-15m，安裝刮刨機采出孔間煤柱，刮刨機可雙向采煤，雙向運煤；
3、工作麵不支護，頂板緩慢下沉；
4、 沿空留巷，一巷兩次使用。
（四）、重要參數的確定
1、根據礦壓觀測，在不同條件下，確定刮刨機的滯後距離；
2、鑽孔間的煤柱尺寸；
3、煤柱的殘餘高度，與刮刨機的正常工作空間相適應，
一般不小於0.4～0.5m；
三.刮刨機—楔型支架無人工作麵采煤
（一）、刮刨機采煤存在的主要問題
頂板管理方法采用無支護：頂板管理困難；
有支護：一次性支架 楔形支架；
工作麵的移動的支架—氣垛,移動困難。
（二）、楔形支架的結構
如圖4—3所示:有上楔塊、下楔塊、木墊塊
以中間木塊實現可縮，楔形支架材料：水泥十矸石、粉煤灰等。
（三）、楔形支架的安裝
利用支架安裝機從回風巷下放，由下向上，順序安裝；
①安裝步距依頂板壓力而定， 一般工作麵推進1~1.5m後安裝 ；
②安裝要求:成排 ， 有一定的初撐力，安裝支架時不采煤。
支架安裝機如圖4—5
（四）、楔形支架的應用
①極薄煤層；
②刨煤機采煤機工作麵都可以用；
③傾角大時 ：自動下滑。 雙滾筒絞車牽引，工作麵下部設滑輪。
四.刮刨機氣垛支架綜合機組無人工作麵采煤
（一）、設備
采煤: 刮刨機 ；
運煤: 刮刨機；
支護: 氣垛支架 ， 兩排， 交錯布置 ， 超前間距0.2m ， 支架間用鋼絲連接； 長1340 mm, 寬740 mm, 高600~700mm; 繞在導內器的繩輪上.氣壓800Kpa 工作阻力:450KN。
（二）、巷道布置：
走向長壁 ，設上下順槽。 如圖4-6所示
（三） 回采工藝
1．刮刨機沿工作麵往返采煤 采下的煤靠刮刨機運出工作麵；
2．煤壁推進0.4m後，把導向架的卡箍連在刮刨機的側幫上；
3．後排支架放氣,刮刨機沿工作麵運動,把導向器拉向煤壁，放氣後的氣垛隨之前移；
4.充氣支撐頂板,撤掉卡箍， 刮刨機正常采煤。
（四）、應用實例
頓巴斯礦 ： h2煤層 ， 煤厚0.42~0.55m，
α=3~4°， 頂板8~9砂頁岩。
存在問題：移架力不足 ， 氣垛漏氣 ， 中間空頂距加大，1.7~2.2（2.4）m。
五．我國刨煤機綜合機械化無人工作麵采煤發展現狀
刨煤機液壓支架綜合機械化無人工作麵采煤在鐵法煤業集團公司小青礦實驗成功，在中國實現了無人工作麵開采技術曆史性突破。
(一)綜采設備及工藝
1.工作麵簡況
703B刨煤機無人工作麵位於該井田西部的WE采區，工作麵走向長度905m,傾斜麵長150m,回采推進625m後，麵長變為195m。煤層厚度1.00~1.58m,平均厚度1.3m,煤層傾角5~8°，局部起伏變化比較頻繁，巷道為錨杆支護。兩順槽之間有邊切巷道，並與WE采區煤倉相連，構成運煤係統，采區運輸方式為3噸底卸式礦車單軌運輸，運輸能力為150萬t/a；運輸順槽通過WE進風行人斜巷與西翼—425m回風石門相連，構成回風係統。如圖1-30所示
2.工作麵主要設備技術特征
該工作麵的按自動控製的隸屬關係，設備分為兩類：
第一類為自動化控製係統設備：即PROMOS係統和VRT32係統，分別由德國PROMOS公司、德國DBT公司製造並提供。它們分別與所對應的受控設備有著複雜的智能聯係。在人工指令下或在接受受控設備反饋信息的過程中，自動監控工作麵設備的工作狀況。
第二類為受控設備：即PROMS係統和VRT32係統的控製下自動工作設備，它們分別向所對應的控製係統連續反饋工作狀態及條件信息。受控設備主要有：德國產刨煤機1台，額定生產能力900t/h；德國產工作麵輸送機1部，額定生產能力900t/h，刨頭滑行軌道可彎曲角度：水平1.10,垂直6.00；國產ZY6400-0.9/2.0液壓支架135架；國產SZZ-764/160轉載機1部；國產PEM650×1000破碎機一部等 。
3.回采工藝
工作麵采煤由刨煤機完成，刨煤機采用Z型進刀方式，采高1.3m。刨煤機上行刨深120mm，刨速1.76m/S.。下行刨深70mm，刨速0.88m/S。
刨煤機在PROMOS的控製下，沿刨頭的滑行道自動往返刨煤，刨削的煤塊自動落進溜槽運走；工作麵運輸機的推移和支架的動作分別受PROMOS和PM4控製，尾隨刨煤機同步向煤壁方向推移，推移量等於刨煤機刨深。液壓支架每三架由一套PM4控製，並接受PROMOS傳輸的刨頭當前位置信息，結合自身傳感元件使支架完成推溜、降柱、拉架、升柱等功能。刨煤機工作期間的電動機、減速機的冷卻及跟蹤刨體定長噴霧，由PROMOS係統監控。刨煤機工作麵的技術配置真正實現了計算機遠程控製和自動化控製，在正常工作狀態下，工作麵實現了無人作業。操作人員在控製室對MCU主控台、PM4服務器、PROMOS控製器及控製盤進行監控，遙控現場作業。設備布置如圖1-32所示。
4.故障處理
在設備出現故障和遇到設備不適應條件時，須人工停機，並派人到工作現場處理，使之符合采、運、支、移自動化條件。
在刨煤機刨煤過程中，遇到底板縱向起伏大，需指令停機，派工作麵巡檢員和有關技術人員，到現場對工作麵輸送機上的調斜千斤頂進行調整，及時調整刨削參數以適應新的工作條件。
（二）技術突破
鐵法刨煤機綜合機械化無人工作麵開采的成功，實現了無人開采三項關鍵技術的突破與創新，取得了良好的技術經濟效益和社會效益，推動了中國無人開采技術的發展。
1.頂板管理與控製技術突破與創新
鐵法刨煤機綜合機械化無人工作麵使用了由北京煤機廠生產的ZY6400——0.9/2.0D型薄煤層掩護式液壓支架與德國產刨煤機和德國產工作麵運輸機配套,工作麵共安裝液壓支架135架.每三架支架為一組,受一套PM4控製,，而PM4接受PROMOS傳輸的刨頭當前位置，在自身的傳感元件控製與操縱下自動實現推溜、降架、拉架、升架、支撐頂板等功能，有效地控製了工作麵頂板，防止冒頂事故發生，保證了工作麵機械的正常運行。因此它是實現刨煤機綜合機械化無人采煤成功的關鍵保證，在頂板管理與控製技術上實現了突破與創新。
2．采、運、支、移設備自動運行技術的突破
工作麵的設備實現了計算機遠程控製和自動控製，體現了機、電、智能一體化。在正常狀態下，刨煤機在PROMOS的控製下，沿刨頭滑行軌道自動往返刨煤，采用Z型進刀方式，刨削的煤塊由工作麵運轉機運出工作麵，工作麵運轉機推移和支架的動作分別受PRDMOS和PM4控製，隨刨煤機采煤向煤壁方向同步進行。操作人員在控製室對MCU主控台、PM4服務器、PROMOS控製器及控製盤監控，工作麵無人，設備可靠性好，運行正常，一切按設計程序進行，達到了無人開采的技術要求，在自動控製上實現了技術突破。
3．實現了薄煤層無人工作麵高產高效技術的突破
該刨煤機綜合機械化無人工作麵管理水平高，職工隊伍全部由大、中專畢業生組成，綜合素質高，生產效率高，平均日產3417t，最高日產5300t，達到了年產120~150萬t的薄煤層高產高效水平，創中國薄煤層單產最高紀錄。並且工作麵用人少，設備故障率低，開機率高，配件、油耗、材耗少，生產成本低，生產九個月創直接經濟效益1700多萬元，為薄煤層高產高效開辟了廣闊前景。
（三）．中國無人開采技術的展望
中國在無人開采技術方麵一直在不停的努力發展和積極探索試驗。鐵法刨煤機綜合機械化無人開采的成功，給中國無人開采帶來了希望，推動了中國無人開采技術的發展，推動了煤炭開采技術的發展，為改善煤礦工人的勞動環境、勞動條件提供了機會與可能，技術經濟效益和社會效益十分巨大，使人們越來越重視薄煤層的開采問題。同時為縮小中國與世界先進開采技術的差距起到了積極作用。目前西山、晉城、兗州等礦區都在準備或已經上馬刨煤機無人開采。
同時頂板管理與控製技術的突破，以及采、支、運設備的高度自動化與自動控製技術為無人開采向中厚煤層和厚煤層發展奠定了基礎。相信液壓支架、滾筒采煤機無人工作麵開采不久將在中國問世，無人開采技術將會在中國更上一個新台階，會有更大發展，更好地推動世界煤炭開采技術的發展。
第六節 綜合機械化無人工作麵采煤
一．緩傾斜煤層短壁綜合機械化無人采煤
蘇製KTΠ綜合機組采煤 圖5—1
1．設備組成
采煤機：兩個垂直煤層頂底板的滾筒，可以向兩側擴展，帶有擋煤板。
輸送機：節式螺旋輸送機，運煤 ， 把采煤機送往工作麵，傳動力矩給采煤機。
導向台：安裝螺旋輸送機。
轉載機： 運煤。
2．采煤工藝
從平巷向兩側采煤，房式采煤法， 留煤柱支撐頂板。
①采煤機滾筒合擾，前進采煤；
②不斷接長螺旋轉送機 ；
③到達預定距離後，放下擋煤板，展開滾筒後退擴寬煤房；
④到達下平巷前幾米收攏滾筒，撤出采煤機；
⑤煤房不支護。
3．工作指標
m=0.45~0.9m ， α=18~20°。
0.6m 厚時： 日產615t 效率20t/工，
煤損22% ， 煤柱寬 0.5m，
前進采煤房寬1.24m ，後退 2.64m；
煤房長50m。
二．傾斜煤層綜合機械化無人工作麵采煤
（一）蘇ΚБВ機組
1.設備：
采煤機兩台,一台工作,一台準備； 水平滾筒兩個；
螺旋輸送機,給采煤機傳動動力,送采煤機到工作麵；
傳動導向台,控製方向， 供給動力。
2.回采工藝 圖5-4
一台鑽進;
一台擴孔采煤;
螺旋輸送機運煤.
3.指標
鑽進 75m ， 煤房擴寬到3m ， 煤柱 0.3~0.5m，
α=35°以下，m=0.6M，日產450t 效率＞15.5t/工。
（二）蘇金捷克綜采機組
1.設備 圖5-5
鑽機
采煤機
螺旋輸送機
2.工藝
①先鑽進；
②鋼絲繩通過鑽孔牽引采煤機采煤；
③螺旋輸送機把煤運到平巷；
④螺旋輸送機傳送力炬給采煤機；
⑤到回風巷輔加滾筒，上行1.2米,下行2.4米.；
⑥改進運輸機,可彎曲90度。
3.指標
m=0.8m,日產570噸，效率46噸/工。
4．改進後的金捷克2k型 圖5-6
從平巷向兩個方向采煤 , 日產800~1200t 效率20~30t/工,
利用輸送機頂梁支撐頂板;
輸送機帶膠輪, 頂部帶托滾,用於支撐頂板.
三．急傾斜煤層短壁綜合機械化無人工作麵采煤
（一）、設備КМД機組 圖5-7
采煤機， 傳動杆，每10m一個支撐連接器，保證方向，並給煤機傳送動力；
受煤倉帶閘門， 控製台。
（二）、采煤工藝
①設備定位；
②向煤房內采煤 ， 可達120m ， 采寬1.2m;
③透到回風平巷後安裝擴寬器,自上而下擴寬煤房到3.6m~4.2m;
④回收設備，移動地點,重新采煤.
(三)、工藝係統 圖5-8
①留 0.8m煤柱 , 煤損17.5~20%;
②矸石充填 , 提高回采率。
（四）、應用
頓巴斯 、 庫茲巴斯 ， 整機性能良好，方向性好；
圍岩中等穩定以上，M=0.45~1.2m ， 日產580~600t。
四．有支架的急傾斜煤層綜合機械化無人工作麵采煤
（一）、蘇КБК綜采機組 圖5—9
1．設備
隔離型支架；
刨煤機—鋼鏈牽引；
平巷機站—牽引、動力裝置 ， 支架支點；
千廳頂—用來移動工作站；
2．回采工藝
①刨煤機沿工作麵往返采煤；
②把隔離型支架和刨煤機移向煤壁；
③采空區自行垮落
3．實用
在盧門捷夫礦、 耶娜基也夫斯卡婭 礦使用；
存在問題 ： 支架不穩定，向煤壁傾倒，影響刨煤機通過，上下出口支護不好；下口堵煤，通風不暢。
（二）、蘇КБТ機組 圖5—10
1.設備 ： 采煤機 ， 滾筒截深900mm,絞車牽引;
支架安裝機, 楔型支架.
2.工藝：
①工作麵人工開下缺口；
②采煤機單向采煤 , 從下缺口開始；
③采煤機割兩刀後,支架安裝機安裝支架，在自重的作用下， 由下向上安裝支架；
④安裝支架時采煤工作仃止；
⑤支架安裝排距1.8m,上下出口排距0.9m；
⑥工作麵是正偽斜 。
3.使用
煤厚0.3~0.5m；
日產250~300t；
效率17~20t/工；
對底板要求平穩；
楔形支架初撐力不足。
五．采煤機-氣垛支架長壁無人采煤
（一）2K ЭБ 機組 圖5－11
1.設備
采煤機;
氣垛支架;
絞車三部 ： 一部牽引采煤機;
一部下放支架;
一部回采絞支架;
工作麵兩排主要支架：
煤壁排支架
由運輸巷供風;
放頂排支架
輔助排支架——由回風巷供風;
氣垛支架采用撤回到回風巷重新安裝的方式， 此時采煤機位於上出口附近。
2.回采工藝
①滾筒采煤機單向采煤，從下缺口開始；
②支架安裝；
安裝順序：
a.首先把氣垛與鋼絲繩連上，氣垛滑靴也與采煤機鋼絲繩連上；
b.利用采煤機自重下滑支架，把支架引向工作麵；
到達一個支架安裝步距步距後仃車，把第二組氣垛連上鋼絲繩，滑靴與采煤機鋼絲繩連上再下放，該項工作依次進行，直到工作麵全部安裝完氣垛，采煤機到達下缺口。
c.第一排支架安裝完，摘掉滑靴，充氣；
d.采煤上行采煤；
e.采夠一個排距後，安裝第二排，乃至第三排；
f.到達最大控頂距後，把輔助排和放頂排支架的鋼絲繩連上，先放輔助排，上拉，放頂排順序放氣，轉180度回撤。
工序：
采煤—下放采煤機—輔助排支架卸載—放頂排支架順序卸載—支架撤回到回風巷—下放支架—支撐頂板。
3.應用
阿爾諾尼斯基局;
阿裏哈娃茲卡亞礦應用;
拆除工作量大，氣垛軟管易壞。
（二）、涅瓦綜合機組 圖5—12 列寧革勒礦業學院研製
1．設備 采煤機探索—2型， 氣垛兩排， 四聯杆相互鏈接。
2．應用：斯達漢諾夫礦
煤厚0.85m，應用成功。
小 結
1.無人采煤方法很多,如水采、氣化、液化、重液采煤、液壓脈衝采煤等，因時間關係，就不再介紹。可參考《無人工作麵采煤》一書,劉過兵編著,煤炭工業出版社,1993年。
2．我國在刨煤機綜合機械化采煤方麵已有突破，應繼續發展和完善；並向中厚、厚煤層采煤機綜合機械化無人工作麵方向進展，盡快實現突破。
3.各位應積極支持新技術的實驗和開發研究，不斷創新，為煤炭科技發展作出貢獻。
謝 謝！
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