張洪偉，程敬義，趙毅鑫，，李楊，萬(wàn)志軍，王春耀

1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)共伴生能源精準(zhǔn)開(kāi)采北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 能源與礦業(yè)學(xué)院，北京 100083；3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院 江蘇徐州 221116

急傾斜煤層廣泛分布于我國(guó)新疆、甘肅、寧夏、山西、貴州、重慶、安徽等眾多煤炭生產(chǎn)基地[1]，其中，我國(guó)南方地區(qū)80%的礦區(qū)賦存有急傾斜煤層，西部礦區(qū)急傾斜煤層占50%以上。當(dāng)煤層傾角大于55°時(shí)，一般多用水平分段綜采或綜放采煤法，此時(shí)的含煤地層中分層明顯的煤層底板在重力作用下向已成空間的變形速率急劇增大[2]，使得“支架-圍巖”系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅下降，工作面生產(chǎn)與安全事故發(fā)生的概率倍增。作為特殊埋藏條件下的復(fù)雜難采煤層，急傾斜煤層綜采難度極大，其安全高效開(kāi)采方法也是國(guó)際采礦界的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。因此，提出新型急傾斜煤層開(kāi)采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)急傾斜煤層工作面自動(dòng)化、無(wú)人或少人化開(kāi)采新模式，對(duì)保障煤礦安全、促進(jìn)煤炭資源可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)急傾斜/大傾角煤層安全高效開(kāi)采，形成了大傾角單一中厚煤層綜采和綜放、大傾角煤層群綜放開(kāi)采等技術(shù)與裝備，完善了我國(guó)大傾角煤層走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化開(kāi)采理論與技術(shù)體系[3-8]。然而，急傾斜煤層綜采工作面安全開(kāi)采還面臨著眾多突出的技術(shù)難題[9-13]，如礦壓顯現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)特征使得圍巖控制困難；工作面設(shè)備滑、倒及架間擠咬現(xiàn)象加??；設(shè)備前移過(guò)程中下滑嚴(yán)重、控制困難；煤層底板滑移導(dǎo)致工作面各裝備發(fā)生下滑、傾倒等現(xiàn)象；綜采工作面片幫和工作面飛矸等難題。在新型急傾斜煤層采煤方法及裝備方面，相關(guān)研究人員提出了履帶式無(wú)線遙控采煤機(jī)[14]、適應(yīng)急傾斜煤層綜放工作面液壓支架[15]、急傾斜煤層正傾斜走向長(zhǎng)壁采煤法[16]、厭氧菌分解+流態(tài)化開(kāi)采方法[17]、急傾斜煤層鉆采反循環(huán)提煤開(kāi)采方式[18]等，為急傾斜煤層開(kāi)采提供了新思路。但是，相關(guān)研究大多數(shù)集中在綜采設(shè)備的改進(jìn)方面，針對(duì)流態(tài)化開(kāi)采的方法也具有一定的局限性?；诖?，本文提出了一種急傾斜煤層流態(tài)化反循環(huán)鉆采裝備及開(kāi)采方法，論述了該采煤方法的基本原理和關(guān)鍵裝備，為急傾斜煤層流態(tài)化開(kāi)采提供了一種新模式。

1 急傾斜煤層流態(tài)化反循環(huán)鉆采工作基本原理

深部急傾斜煤層流態(tài)化反循環(huán)鉆采方法適用于急傾斜中厚煤層，其核心工藝是反循環(huán)開(kāi)采和鉆采并行。該鉆采方法基本原理類(lèi)似于反井法[19-20]：在反循環(huán)鉆采一體機(jī)上裝載兩部鉆機(jī)，一部是導(dǎo)孔鉆機(jī)，另一部是反循環(huán)開(kāi)采鉆機(jī)，導(dǎo)孔鉆機(jī)位于反循環(huán)開(kāi)采鉆機(jī)前方。工作時(shí)，需先采用導(dǎo)孔鉆機(jī)預(yù)鉆孔，為反循環(huán)開(kāi)采鉆機(jī)提供鉆桿并安裝反循環(huán)開(kāi)采刀盤(pán)；由反循環(huán)開(kāi)采鉆機(jī)的刀盤(pán)及高壓水射流割煤，煤體自溜進(jìn)入下巷刮板式水力輸送槽。

如圖1(a)所示，反循環(huán)鉆采工作面為無(wú)人工作面，該鉆采工作面沿煤層傾斜方向布置。沿煤層走向方向分別布置上下平巷，并與鉆采巷之間形成U型回路。工作面上平巷為回風(fēng)巷，主要承擔(dān)通風(fēng)、行人和安放反循環(huán)開(kāi)采裝備的作用；下平巷為運(yùn)輸巷，主要承擔(dān)煤炭運(yùn)輸作用，下平巷內(nèi)安設(shè)有刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、水力輸送槽等裝備。新鮮風(fēng)流由下巷進(jìn)入，沖洗工作面聯(lián)巷后，由上回風(fēng)巷排出。采用充填法處理采空區(qū)，且本工作面的運(yùn)輸巷可作為下工作面的回風(fēng)巷使用。反循環(huán)鉆采工作面需根據(jù)煤層地質(zhì)條件和開(kāi)采技術(shù)分為若干塊段，每個(gè)塊段又分為若干反循環(huán)開(kāi)采孔，在該孔內(nèi)完成反循環(huán)開(kāi)采工作，即工作面劃分為塊段，塊段劃分為開(kāi)采孔，開(kāi)采孔為采煤范圍的最小單位。

如圖1(b)所示，上回風(fēng)平巷布安設(shè)有履帶式反循環(huán)鉆采一體機(jī)。該設(shè)備包含兩部鉆機(jī)，一部用于自上而下導(dǎo)孔，一部用于自下而上反循環(huán)開(kāi)采。導(dǎo)孔的作用是為反循環(huán)開(kāi)采鉆機(jī)預(yù)先安放鉆桿，帶動(dòng)刀盤(pán)反循環(huán)開(kāi)采。反循環(huán)開(kāi)采鉆機(jī)可旋轉(zhuǎn)并提升鉆桿，帶動(dòng)鉆桿端部的刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)和自下而上破煤，由此形成反循環(huán)鉆采模式。鉆采下來(lái)的煤巖體通過(guò)自重落煤，并經(jīng)過(guò)下運(yùn)輸平巷內(nèi)的水力輸送槽運(yùn)送至干濕分離系統(tǒng)。鉆采后即采用充填法對(duì)采空區(qū)進(jìn)行處理。完成一個(gè)反循環(huán)開(kāi)采孔的采煤工作和下一個(gè)反循環(huán)開(kāi)采孔的導(dǎo)孔工作，即為一個(gè)工作循環(huán)。

圖1 急傾斜煤層流態(tài)化反循環(huán)鉆采方法示意圖

2 關(guān)鍵裝備及技術(shù)

2.1 反循環(huán)鉆采一體機(jī)的組成

反循環(huán)鉆采一體機(jī)是采煤的核心裝備，主要包括主機(jī)、液壓控制、泵站、油箱和電控系統(tǒng)等。操作臺(tái)位于動(dòng)力與控制部，是控制和操縱鉆機(jī)工作的中心，主要由各種控制和操縱的閥及儀表組成，通過(guò)管路、線纜控制鉆機(jī)的工作，監(jiān)控鉆機(jī)的工作狀態(tài)，該操作臺(tái)可以搭載于履帶行走部之上，也可以采用膠輪自己行走，機(jī)動(dòng)靈活且便于組裝。鉆采機(jī)具包括導(dǎo)孔鉆頭、反循環(huán)開(kāi)采刀盤(pán)、鉆桿等。

如圖2所示，該鉆采一體機(jī)搭載兩部鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)：一部鉆機(jī)為導(dǎo)孔鉆機(jī)，在煤層中自上而下導(dǎo)孔；另一部為反循環(huán)開(kāi)采鉆機(jī)，在煤層中實(shí)現(xiàn)自下而上反循環(huán)鉆采。其中，反循環(huán)開(kāi)采需要利用導(dǎo)孔鉆機(jī)鉆取的通孔和鉆桿，直接在下巷為導(dǎo)孔鉆桿安設(shè)反循環(huán)開(kāi)采刀盤(pán)，完成開(kāi)采孔自下而上的開(kāi)采。鉆機(jī)的姿態(tài)(位置、傾角等)均可調(diào)控，兩部鉆機(jī)之間的距離通過(guò)液壓油缸精準(zhǔn)控制。

兩臺(tái)鉆機(jī)需同時(shí)布置在一個(gè)履帶式行走平臺(tái)上，整體表現(xiàn)為一臺(tái)設(shè)備、兩部鉆機(jī)的形式。導(dǎo)孔鉆機(jī)上安裝有鉆進(jìn)行程、油壓、鉆桿傾角、方位角等監(jiān)測(cè)傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)鉆孔鉆進(jìn)軌跡，并進(jìn)行糾偏作業(yè)。鉆機(jī)通過(guò)履帶自行移動(dòng)。鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由冷卻、出渣、循環(huán)、測(cè)量、供水、供電等構(gòu)成，為反循環(huán)鉆采一體機(jī)提供鉆具旋轉(zhuǎn)和推進(jìn)動(dòng)力。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)是由泵站產(chǎn)生高壓油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速箱使主軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，再由連接在主軸上的各級(jí)鉆桿向鉆頭傳遞。同時(shí)，泵站產(chǎn)生的高壓油驅(qū)動(dòng)推進(jìn)油缸，帶動(dòng)動(dòng)力頭沿鉆架的軌道做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)鉆桿使鉆頭或刀盤(pán)產(chǎn)生對(duì)煤巖的壓力和旋轉(zhuǎn)破巖。

圖2 反循環(huán)鉆采一體機(jī)示意圖

2.2 反循環(huán)鉆采工作方式

2.2.1 鉆采一體機(jī)的架設(shè)方式

圖3為反循環(huán)鉆采一體機(jī)的鉆機(jī)工位轉(zhuǎn)換示意圖(以導(dǎo)孔鉆機(jī)為例)。實(shí)際鉆機(jī)結(jié)構(gòu)形式需要根據(jù)礦井地質(zhì)條件具體設(shè)計(jì)。鉆采一體機(jī)安裝時(shí)，需要將整機(jī)移裝到位并固定好，鉆機(jī)起立時(shí)，由起立液壓缸推進(jìn)。兩部鉆機(jī)均可在平臺(tái)四面旋轉(zhuǎn)，通過(guò)電液控定位和調(diào)整鉆機(jī)傾角。鉆桿的接續(xù)通過(guò)機(jī)械手臂完成。在鉆進(jìn)前，需將鉆架按照不同傾角豎立起來(lái)，用下支撐調(diào)整鉆架并鎖緊，再將上支撐頂住巷道頂板，安裝好轉(zhuǎn)盤(pán)吊、機(jī)械手、前后拉桿。由于鉆機(jī)固定在底板上，一側(cè)為采空區(qū)，會(huì)存在鉆機(jī)穩(wěn)定性問(wèn)題，因此本鉆采一體鉆機(jī)具有上頂油缸，有效支撐頂板的同時(shí)，利用頂板提供的反作用力再次穩(wěn)定鉆機(jī)。

2.2.2 鉆采平行作業(yè)

圖4為鉆采平行作業(yè)工序示意圖。其工作面沿走向方向分為若干塊段，每個(gè)塊段劃分為若干反循環(huán)開(kāi)采孔。本文選取4條反采孔介紹鉆采平行作業(yè)工序。鉆采平行作業(yè)工序開(kāi)始時(shí)，需要先進(jìn)行首采孔的導(dǎo)孔工作，類(lèi)似于開(kāi)切眼，然后就是鉆采與推進(jìn)循環(huán)作業(yè)(鉆采并行)。工序描述如下：

(1) 安裝和調(diào)試。鉆機(jī)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，安裝和調(diào)試的主要工作有：接通所有電機(jī)電源，進(jìn)行短暫通電、觀察電機(jī)轉(zhuǎn)向；接通鉆機(jī)泵車(chē)到操作車(chē)、鉆機(jī)之間進(jìn)回油管路；安裝機(jī)械手和轉(zhuǎn)盤(pán)吊；調(diào)整鉆機(jī)角度并鎖緊卡軌器，調(diào)整上下支撐，接通冷卻水系統(tǒng)。

(2) 初次導(dǎo)孔鉆進(jìn)。如圖4(a)所示，初次導(dǎo)孔鉆進(jìn)是進(jìn)行初次反循環(huán)開(kāi)采的準(zhǔn)備工作。一般情況下，導(dǎo)孔鉆進(jìn)采用高速鉆進(jìn)，動(dòng)力頭向下給適當(dāng)壓力，正向旋轉(zhuǎn)即可。當(dāng)鉆井深度一定時(shí)，考慮鉆具自重影響，壓力逐步減小。此外，通過(guò)導(dǎo)孔鉆進(jìn)軌跡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)導(dǎo)孔鉆進(jìn)質(zhì)量。對(duì)于松軟煤巖采用低鉆壓，對(duì)于堅(jiān)硬煤巖層采用較高鉆壓。在鉆透下水平透點(diǎn)3 m左右，應(yīng)逐漸降低鉆壓，完成導(dǎo)孔工作。導(dǎo)孔鉆透后，在下巷道卸下導(dǎo)孔鉆頭，接上反循環(huán)開(kāi)采刀盤(pán)。為保證刀盤(pán)順利接續(xù)，需要在下運(yùn)輸平巷內(nèi)備用至少有兩個(gè)刀盤(pán)。

圖3 反循環(huán)鉆采一體機(jī)及鉆機(jī)工位轉(zhuǎn)換示意圖(以導(dǎo)孔鉆機(jī)為例)

圖4 鉆采平行作業(yè)示意圖

(3) 鉆采并行作業(yè)。如圖4(b)所示，操作臺(tái)開(kāi)啟反循環(huán)開(kāi)采模式，通過(guò)導(dǎo)孔鉆機(jī)設(shè)置的記憶鉆進(jìn)控制系統(tǒng)，對(duì)反循環(huán)開(kāi)采過(guò)程中的鉆進(jìn)速率、轉(zhuǎn)速、輸出功率、水射流壓力、鉆壓等進(jìn)行記憶控制。反循環(huán)開(kāi)采的同時(shí)，下一導(dǎo)孔鉆進(jìn)開(kāi)始。反循環(huán)開(kāi)采逐步卸下的鉆桿，可通過(guò)機(jī)械手臂重復(fù)在導(dǎo)孔鉆進(jìn)過(guò)程中使用，實(shí)現(xiàn)鉆桿共用。導(dǎo)孔鉆機(jī)一般提前反鉆采機(jī)一個(gè)工位，同時(shí)導(dǎo)孔工作需要提前反循環(huán)開(kāi)采工作完成。

(4)推進(jìn)鉆機(jī)和移裝刀盤(pán)。第一個(gè)反循環(huán)開(kāi)采孔結(jié)束后，反采刀盤(pán)應(yīng)位于工作面上回風(fēng)平巷位置。此時(shí)，利用卡瓦將導(dǎo)孔鉆機(jī)的鉆桿抱死并懸停，然后卸下反循環(huán)開(kāi)采鉆機(jī)的刀盤(pán)，并運(yùn)送至下運(yùn)輸平巷[圖4(c)]。與此同時(shí)，移動(dòng)鉆機(jī)前進(jìn)至下一反循環(huán)開(kāi)采位置，將反循環(huán)開(kāi)采鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)孔鉆桿，并將卡瓦抱死的鉆桿安裝在反循環(huán)開(kāi)采鉆機(jī)上、下部，同時(shí)，完成反采刀盤(pán)的安裝工作[圖4(d)]。至此，懸停鉆桿、推進(jìn)鉆機(jī)和移裝刀盤(pán)聯(lián)動(dòng)完成，可進(jìn)行下一反循環(huán)開(kāi)采工序和導(dǎo)孔工序。依次循環(huán)，如圖4(e)和圖4(f)所示，直至停采。

2.2.3 反循環(huán)開(kāi)采刀盤(pán)割煤方式

破煤的主要構(gòu)件為反循環(huán)開(kāi)采刀盤(pán)，如圖5所示。反循環(huán)開(kāi)采刀盤(pán)破煤方式，包括截齒機(jī)械破煤、垂直于鉆桿方向的高壓水射流割縫輔助致裂和鉆桿呈30°～60°夾角的大流量水力沖蝕落煤三部分。刀盤(pán)基礎(chǔ)為桁架結(jié)構(gòu)，煤層裂隙發(fā)育明顯時(shí)不需要采用鑿巖刀盤(pán)進(jìn)行研磨破煤，僅需要采用機(jī)械齒即可，且機(jī)械齒不需要密集布置。反循環(huán)開(kāi)采刀盤(pán)輔助水力切割的方法進(jìn)行煤體預(yù)破裂，一方面可減小截齒機(jī)械破煤所需的截割力、降低功耗，另一方面可作為冷卻水保護(hù)截齒；采用高壓水射流切縫可致裂刀盤(pán)周邊約0.5 ～1.0 m的煤體，隨后通過(guò)鉆桿呈30°～60°夾角的大流量水槍將已經(jīng)碎裂的煤體輔助沖蝕落煤。因此，破煤直徑為機(jī)切割煤和水力割煤直徑的總和。

圖5 反循環(huán)鉆采刀盤(pán)及割煤示意圖

3 流態(tài)化反循環(huán)鉆采工藝

反循環(huán)鉆采工藝包含采煤、運(yùn)煤、輔助運(yùn)輸、采充作業(yè)等工序，以及智能化控制、通風(fēng)管理等部分，如圖6所示。其特點(diǎn)是：采用鉆采一體機(jī)完成采煤工序，采用煤水重力自溜方式完成反循環(huán)鉆采巷的運(yùn)煤，運(yùn)輸巷采用機(jī)械和水力輸送運(yùn)煤。

(1) 采煤工序。主要包含2套關(guān)鍵技術(shù)：一套是鉆孔和反循環(huán)開(kāi)采并行；另一套是刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)割煤和水力割縫輔助割煤技術(shù)(機(jī)械+水力割煤技術(shù))。

(2) 運(yùn)煤工序。主要包含2道主要工序：一道是反循環(huán)鉆采巷道煤炭運(yùn)輸工序，主要通過(guò)刀盤(pán)和水孔沖洗反循環(huán)開(kāi)采孔運(yùn)煤，特殊情況下(傾角較小)可采用耙斗輔助運(yùn)煤；另一道是下平巷煤炭運(yùn)輸工序，主要采用刮板式水力輸送槽運(yùn)輸，即煤水混合物落在槽內(nèi)，通過(guò)刮板將煤水運(yùn)走。

(3) 智能化控制。主要是通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)集中控制整個(gè)工作面甚至采區(qū)系統(tǒng)的運(yùn)行，達(dá)到鉆采分運(yùn)、聯(lián)動(dòng)控制的目的，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)、采煤、煤水分離、運(yùn)輸?shù)裙ば虻闹悄芑瘏f(xié)調(diào)運(yùn)行。

(4) 輔助運(yùn)輸系統(tǒng)?？刹捎脝诬壍鯇?duì)材料和設(shè)備進(jìn)行運(yùn)輸。

(5) 采充作業(yè)工序。有反循環(huán)鉆采孔采后全部充填；反循環(huán)鉆采孔間隔充填2種方案。

(6) 通風(fēng)管理。主要是對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行管理，如果工作面過(guò)長(zhǎng)，可采用多打聯(lián)巷的方式為后期鉆采工作服務(wù)。

圖6 反循環(huán)鉆采工藝和生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖

4 反循環(huán)鉆采產(chǎn)量評(píng)估

4.1 反循環(huán)鉆采工作面重疊距離及遺煤率概算

反循環(huán)鉆采時(shí)，不同反循環(huán)鉆采孔之間可以互相重疊設(shè)置，提高采出率；也可分隔設(shè)置，以保證刀盤(pán)穩(wěn)定性。由于反循環(huán)鉆采刀盤(pán)為圓形，因此會(huì)在工作面之間留下邊角煤，該情況類(lèi)似于薄煤層螺旋鉆采煤法，如圖7所示。

圖7 反循環(huán)鉆采中頂?shù)装暹z留煤

圖8 重疊長(zhǎng)度和遺煤率之間的關(guān)系

遺留煤量與反循環(huán)鉆采孔重疊距離相關(guān)。圖8為重疊長(zhǎng)度和遺煤率之間的關(guān)系曲線，遺煤率指的是兩個(gè)工作面之間未采出煤量占一個(gè)推進(jìn)距離采出煤量的比值。可以看出：工作面重疊長(zhǎng)度越大，遺煤率越小，當(dāng)不重疊時(shí)，遺煤率在21.5%左右。因此，反循環(huán)鉆采刀盤(pán)的直徑對(duì)遺煤率有重要的影響，總體而言，刀盤(pán)直徑越大，遺煤率越低，工作面采出率越高。在設(shè)計(jì)重疊距離時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件和目標(biāo)采出率選用刀盤(pán)直徑來(lái)確定。

4.2 反循環(huán)開(kāi)采煤炭年產(chǎn)量概算

采煤裝備的產(chǎn)煤能力是衡量煤礦技術(shù)水平的重要指標(biāo)之一。在開(kāi)采過(guò)程中，需要根據(jù)煤層厚度選用相匹配的刀盤(pán)直徑。刀盤(pán)直徑相對(duì)于煤層厚度過(guò)小時(shí)，煤炭采出率低，工作面遺煤嚴(yán)重；刀盤(pán)直徑相對(duì)于煤層厚度過(guò)大時(shí)，會(huì)造成刀盤(pán)割頂?shù)装?，影響設(shè)備性能和煤質(zhì)。

設(shè)定反循環(huán)開(kāi)采刀盤(pán)直徑為2.0～6.0 m，水射流割煤深度取0.75 m，則純機(jī)械割煤和輔助水力割煤年產(chǎn)量與反循環(huán)鉆采速度之間的關(guān)系如圖9所示?？梢钥闯觯S著鉆采刀盤(pán)直徑的增加，煤炭年產(chǎn)量增加，使用刀盤(pán)純機(jī)械割煤，鉆采速度為2.5 m/h，刀盤(pán)直徑為2 m、4 m和6 m時(shí)年產(chǎn)量分別為21×104t、52×104t和97×104t。因此，同等鉆采技術(shù)條件下，煤層厚度越大，產(chǎn)量越高。

隨著刀盤(pán)推進(jìn)速度的增加，煤炭年產(chǎn)量呈現(xiàn)線性增加趨勢(shì)。使用刀盤(pán)純機(jī)械割煤，假定厚度為4.0 m的煤層，采用4.0 m直徑的刀盤(pán)，以16 h采煤時(shí)間計(jì)算，反循環(huán)鉆采刀盤(pán)鉆采速度為2 m/h、3 m/h和4 m/h時(shí)，年產(chǎn)量分別為22×104t、33×104t和44×104t；若使用刀盤(pán)+水射流輔助割煤，在反循環(huán)鉆采刀盤(pán)鉆進(jìn)速度為2 m/h、3 m/h和4 m/h時(shí)，年產(chǎn)量分別為28×104t、42×104t和56×104t，較純機(jī)械割煤分別提高年產(chǎn)量6.0×104t、9.0×104t和12.0×104t。因此，鉆采速度參數(shù)和高壓水射流輔助割煤工序?qū)γ禾慨a(chǎn)量具有重要影響。

圖9 煤炭年產(chǎn)量估算

5 結(jié)論與展望

本文提出了一種急傾斜煤層流態(tài)化新型反循環(huán)鉆采方法，該方法的關(guān)鍵技術(shù)裝備為鉆采一體機(jī)，可在鉆采并行工藝下實(shí)現(xiàn)煤炭連續(xù)生產(chǎn)。主要結(jié)論與展望如下：

(1) 圍繞深部急傾斜煤層地質(zhì)條件，研究高應(yīng)力作用下反循環(huán)鉆采高效破煤及高壓水射流輔助破煤機(jī)理，研究大流量沖蝕落煤作用下破碎煤體水運(yùn)特性，優(yōu)化煤炭流態(tài)化運(yùn)輸工藝。

(2) 圍繞反循環(huán)鉆采一體機(jī)的適應(yīng)性問(wèn)題，調(diào)研急傾斜煤層賦存條件，分析反循環(huán)鉆采一體機(jī)在不同煤層的適應(yīng)性，對(duì)比分析反循環(huán)鉆采一體機(jī)與綜采設(shè)備之間的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等問(wèn)題，充分論證急傾斜煤層反循環(huán)鉆采方法的適用性。

(3) 圍繞反循環(huán)鉆采一體機(jī)的智能化問(wèn)題，研制履帶式和膠輪式行走平臺(tái)，研發(fā)高精度鉆機(jī)定位和鉆孔糾偏構(gòu)件，解決反循環(huán)鉆采一體機(jī)鉆機(jī)、鉆具之間的高精度定位問(wèn)題，研發(fā)接續(xù)鉆桿和穩(wěn)固鉆桿的智能機(jī)械手臂，研發(fā)反循環(huán)開(kāi)采刀盤(pán)快速精準(zhǔn)安裝機(jī)器人。

(4) 圍繞反循環(huán)鉆采一體機(jī)的穩(wěn)定性問(wèn)題，研究鉆采充協(xié)同作用下采空區(qū)頂板垮落狀態(tài)、覆巖運(yùn)移規(guī)律和來(lái)壓特征，優(yōu)化鉆采平行作業(yè)工序，防止反循環(huán)開(kāi)采過(guò)程中可能出現(xiàn)的卡鉆、卡盤(pán)等問(wèn)題。

(5) 圍繞反循環(huán)鉆采采煤方法中水力運(yùn)輸及廢水回收利用等問(wèn)題，研究煤水運(yùn)輸、分離及水資源循環(huán)利用方式，分析水力運(yùn)輸效率，全面評(píng)估該方法的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益和對(duì)環(huán)境的潛在影響。