劉坦 徐豐 馮超

摘 要：對(duì)機(jī)械化采煤進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，介紹機(jī)械化采煤的工藝類(lèi)型，就煤炭安全生產(chǎn)提出策略建議，以期為采煤機(jī)械化提供有益的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：煤炭開(kāi)采；綜合機(jī)械化采煤工藝；安全生產(chǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD823.97? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）06-0039-03

0 引言

煤炭是一種重要的儲(chǔ)備能源，對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展都有重要作用。我國(guó)是世界上煤炭?jī)?chǔ)量最豐富的國(guó)家之一，是煤炭開(kāi)發(fā)和利用大國(guó)。盡管?chē)?guó)內(nèi)煤炭企業(yè)實(shí)施機(jī)械化采煤的時(shí)間很長(zhǎng)，但很多煤炭企業(yè)仍采取傳統(tǒng)的人工采煤形式，采煤效率低且安全性差。隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代信息技術(shù)、新型設(shè)備在煤炭企業(yè)的應(yīng)用逐漸增加，這不但有助于煤炭企業(yè)進(jìn)行機(jī)械化采煤作業(yè)，而且有助于提高采煤效率，且更加安全。

近年來(lái)，煤炭企業(yè)逐步嘗試引進(jìn)先進(jìn)采煤工藝與設(shè)備，綜合機(jī)械化采煤工藝的應(yīng)用愈加廣泛，極大地提高了煤炭企業(yè)的采煤效率與安全性[1]。煤炭企業(yè)要高度重視綜合機(jī)械化采煤工藝的應(yīng)用，引導(dǎo)先進(jìn)的采煤技術(shù)與設(shè)備，并嚴(yán)格按機(jī)械化采煤工藝要求操作，確保一線(xiàn)采煤人員的人身安全，實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的最大化[2]。

1 機(jī)械化采煤概述

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，煤炭開(kāi)采也逐步朝機(jī)械化與智能化方向發(fā)展。機(jī)械化采煤是在采煤過(guò)程中，利用功能不同的各類(lèi)機(jī)械設(shè)備，替代傳統(tǒng)人工采煤方式，如借助新能源或電力等采煤設(shè)備，采取人工或自動(dòng)化控制采煤設(shè)備采煤[3]。

當(dāng)前，綜合機(jī)械化采煤是采煤的主要形式，借助計(jì)算機(jī)等先進(jìn)的操控技術(shù)，能有效提高采煤效率。在實(shí)際采煤中，機(jī)械化采煤要根據(jù)煤礦的煤炭分布情況選擇合適的采煤方式，從而提高采煤效率[4]。

煤炭企業(yè)在采煤過(guò)程中，使用機(jī)械設(shè)備替代人工作業(yè)，能提高生產(chǎn)力，并有效降低人工開(kāi)采難度，有效提高采煤效率，滿(mǎn)足工業(yè)、生活等方面的煤炭需求，并提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

機(jī)械化采煤還能提高開(kāi)采安全性。因煤炭資源埋藏在幾百米深的地下，甚至深埋在地下幾千米的位置，再加之地下地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，開(kāi)采條件惡劣，傳統(tǒng)的人工開(kāi)采存在極大的危險(xiǎn)，加之在采煤過(guò)程中作業(yè)面空間狹小，所以煤炭人工開(kāi)采安全系數(shù)低，稍有不慎就會(huì)造成人員傷亡。而采取機(jī)械化采煤不僅能提高采煤效率，而且能減少人員傷亡，提高采煤安全性，尤其是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，煤炭開(kāi)采設(shè)備的機(jī)械化、智能化程度更高，使得煤炭開(kāi)采更加安全[5]。

當(dāng)前，盡管我國(guó)部分煤炭企業(yè)認(rèn)識(shí)到機(jī)械化采煤有助于提高采煤效率，并且更加安全，也積極開(kāi)展實(shí)踐探索，但因其機(jī)械化采煤時(shí)間較短，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)進(jìn)程相對(duì)緩慢。工業(yè)生產(chǎn)、日常生活都離不開(kāi)煤炭的輔助，所以煤炭企業(yè)要加大研發(fā)力度，強(qiáng)化機(jī)械化采煤工藝的研究，選擇先進(jìn)的采煤工藝，滿(mǎn)足各行各業(yè)對(duì)煤炭的需求[6]。

2 機(jī)械化采煤工藝

2.1 長(zhǎng)壁工藝

在煤炭資源長(zhǎng)期開(kāi)采過(guò)程中，煤炭企業(yè)經(jīng)過(guò)不斷實(shí)踐，通過(guò)更新傳統(tǒng)的采煤設(shè)備，研究出長(zhǎng)壁綜合采煤技術(shù)。該技術(shù)可應(yīng)用于大型、成型化的傾斜煤層的煤面，其優(yōu)勢(shì)是利用采煤機(jī)一次性開(kāi)采更多的煤炭，減少在斜切工作面的工作時(shí)長(zhǎng)，降低煤炭開(kāi)采成本。長(zhǎng)壁采煤工藝需要花費(fèi)大量的時(shí)間，為了減少斜切刀等采礦流程的影響，在實(shí)際采煤過(guò)程中要盡量增加工作面長(zhǎng)度，從而增加采煤機(jī)采煤量。煤炭工作面的長(zhǎng)度計(jì)算，一般以煤炭生產(chǎn)的最高成本或最低成本為基礎(chǔ)。

在采煤過(guò)程中，工作面長(zhǎng)度易受到多類(lèi)因素的影響，如工作面的地質(zhì)環(huán)境、刮板鋪設(shè)及輸送機(jī)長(zhǎng)度等。回采巷道的支護(hù)與開(kāi)采、工作面地質(zhì)構(gòu)造及鋪設(shè)可伸縮輸送機(jī)的長(zhǎng)度等因素，也會(huì)影響工作面長(zhǎng)度及走向。所以在應(yīng)用長(zhǎng)壁采煤工藝采煤過(guò)程中，要根據(jù)煤礦的實(shí)際地質(zhì)環(huán)境確定工作面長(zhǎng)度，確保煤炭開(kāi)采的順利進(jìn)行。

長(zhǎng)壁采煤設(shè)備包括采煤機(jī)、破碎機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架、轉(zhuǎn)載機(jī)等。長(zhǎng)壁采煤設(shè)備安裝過(guò)程復(fù)雜，且一般安裝完成后不再變動(dòng)，所以在安裝長(zhǎng)壁采煤設(shè)備前，技術(shù)人員要先勘探及評(píng)估煤礦地質(zhì)情況，全面分析煤炭?jī)?chǔ)量、開(kāi)采難度等情況，計(jì)劃預(yù)期收益，盡量減少設(shè)備投資支出[7]。

2.2 短壁工藝

短壁采煤工藝常被用于煤炭工作面較短的煤面上，所需設(shè)備和長(zhǎng)壁采煤工藝類(lèi)似，其中采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架等是必備設(shè)備。這些設(shè)備都屬輕型采煤設(shè)備，便于靈活調(diào)整采煤位置，且能重裝設(shè)備或改變采煤工藝的操作模式，采煤效率高，被廣泛應(yīng)用于我國(guó)的煤炭開(kāi)采中。

短壁采煤工藝是“三下”壓煤技術(shù)的有益補(bǔ)充，并能應(yīng)用于不規(guī)則煤炭資源的回收利用，合理調(diào)節(jié)采煤失調(diào)比率，有利于解決煤炭工作面連接挖掘緊張等問(wèn)題。該工藝在采煤過(guò)程中有著較強(qiáng)的實(shí)用性，常用于回采地段小、煤層較厚及長(zhǎng)壁采煤工藝不能實(shí)施的煤礦中，但相較于長(zhǎng)壁采煤工藝，該技術(shù)涉及煤面小，僅適用于40～90 m的煤面。

2.3 長(zhǎng)短壁綜合工藝

長(zhǎng)壁、短壁采煤工藝各有優(yōu)劣，其中長(zhǎng)壁采煤工藝適用在工作面較長(zhǎng)的煤炭開(kāi)采中，一旦采煤設(shè)備安裝完畢就不能自由移動(dòng)，且安裝前要精準(zhǔn)確定采煤位置。為提高采煤的效率與安全性，還要綜合考慮煤礦的地形分布。所以，對(duì)于工作面介于長(zhǎng)壁與短壁采煤工藝之間的煤面，可以選擇長(zhǎng)短壁綜合工藝作為采煤的過(guò)渡方法。長(zhǎng)短壁綜合工藝能靈活，應(yīng)用于各類(lèi)地質(zhì)條件的煤炭開(kāi)采，采煤效率更高。但若采煤?jiǎn)卧鄬?duì)復(fù)雜，該工藝的開(kāi)采效率也會(huì)受到影響。究其原因是采煤?jiǎn)卧黾訉?duì)設(shè)備要求更嚴(yán)格，并且空間范圍的掌控難度更大，所以該工藝在我國(guó)煤炭開(kāi)采中未得到大范圍應(yīng)用。

2.4 薄煤層采煤工藝

薄煤層指的是厚度在0.8～1.3 m的煤層，是煤炭開(kāi)采的重難點(diǎn)。因采煤工藝限制及地質(zhì)條件等因素的影響，這類(lèi)煤層開(kāi)采率較低，并且經(jīng)濟(jì)效益低下。隨著采煤工藝的進(jìn)步，為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的煤炭需要，薄煤層開(kāi)采受到了煤炭企業(yè)的重視。

薄煤層開(kāi)采存在產(chǎn)量低、難度大、巷道消耗量高、接替緊張等問(wèn)題，即使是探明含量豐富的薄煤層，也會(huì)因條件限制而暫時(shí)不開(kāi)采。隨著薄煤層機(jī)械化采煤工藝的應(yīng)用，薄煤層開(kāi)采率逐步提高，在實(shí)施該工藝時(shí)要考慮成本問(wèn)題，從而確保企業(yè)獲取一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2.5 液壓支架采煤工藝

在煤炭運(yùn)輸中，要提前在巷道內(nèi)固定好支架，確保巷道穩(wěn)定，必要時(shí)可增加臺(tái)棚，以確保巷道穩(wěn)定。使用支柱時(shí)，盡量使用單體液壓支柱。若巷道發(fā)現(xiàn)冒頂，可采用木垛接頂方法予以處理。分層開(kāi)采時(shí)，可在開(kāi)采位置架設(shè)頂網(wǎng)，確保煤炭開(kāi)采的安全性。若舊巷道內(nèi)發(fā)生圍巖不穩(wěn)定的情況，或工作面和舊巷道存在傾斜現(xiàn)象，可采取漸進(jìn)通過(guò)的處理方式。在二者交界處使用木垛，并強(qiáng)化內(nèi)部支護(hù)性能。

落煤時(shí)采取震動(dòng)爆破方法，避免頂板發(fā)生嚴(yán)重破損。若采煤區(qū)域煤層相對(duì)松軟，在開(kāi)采過(guò)程中要盡量使用鎬具，以減少振動(dòng)。若綜合開(kāi)采面上面是舊巷道，要在頂部設(shè)置長(zhǎng)木梁，并且設(shè)置要比舊巷道要寬闊，以提高液壓支架支護(hù)強(qiáng)度。

3 影響煤炭安全開(kāi)采的因素

地質(zhì)構(gòu)造會(huì)對(duì)機(jī)械化煤炭開(kāi)采產(chǎn)生顯著影響。隨著煤炭開(kāi)采深度的增加，礦井下的地質(zhì)構(gòu)造更加復(fù)雜，不但需要輔助支架支撐，還需要提前進(jìn)行地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探，根據(jù)地質(zhì)情況選擇適當(dāng)?shù)拈_(kāi)采設(shè)備，從而提高采煤的效率與安全性[8]。

煤層厚度、硬度及賦存條件也會(huì)影響煤炭開(kāi)采機(jī)械化煤炭開(kāi)采的煤層適宜厚度是2～6 m之間，煤層賦存條件良好有利于提高開(kāi)采進(jìn)度[9]。

機(jī)械化開(kāi)采要重視斷層勘探。若對(duì)斷層帶處置不當(dāng)，會(huì)損害機(jī)械設(shè)備，所以在煤炭開(kāi)采中要根據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整開(kāi)采高度，確保機(jī)械設(shè)備順利經(jīng)過(guò)斷層帶。

瓦斯?jié)舛葘?duì)煤炭安全開(kāi)采的影響也很大。若瓦斯?jié)舛瘸?，?huì)影響一線(xiàn)采煤人員的正常呼吸，甚至造成瓦斯爆炸，嚴(yán)重威脅一線(xiàn)采煤人員的身體健康。所以在煤炭開(kāi)采中礦井中要保持良好的通風(fēng)，及時(shí)疏散、稀釋有毒有害氣體，保持良好的采煤環(huán)境。

4 煤礦安全生產(chǎn)的策略

4.1 更新、升級(jí)現(xiàn)有采煤設(shè)備

煤炭企業(yè)需要更新、升級(jí)現(xiàn)有采煤設(shè)備，尤其是對(duì)于煤炭開(kāi)采產(chǎn)生的粉塵問(wèn)題。要在優(yōu)化機(jī)械化采煤設(shè)備的基礎(chǔ)上采取防塵措施，提高設(shè)備自身的除塵效果，避免粉塵對(duì)采煤工作的影響，從而提高我國(guó)煤炭開(kāi)采水平，確保開(kāi)采過(guò)程的安全性。

4.2 學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的采煤技術(shù)

盡管我國(guó)煤炭企業(yè)應(yīng)用機(jī)械化煤炭開(kāi)采的歷史很早，但因種種原因發(fā)展較為緩慢，導(dǎo)致機(jī)械化采煤程度較低，經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)相對(duì)落后。為此，需要提高煤炭企業(yè)機(jī)械化采煤進(jìn)程。煤炭企業(yè)要借鑒國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)的采煤技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。如德國(guó)、美國(guó)在煤礦機(jī)械化開(kāi)采方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，其機(jī)械化程度已達(dá)90%以上。煤炭企業(yè)可以通過(guò)借鑒學(xué)習(xí)，根據(jù)本企業(yè)實(shí)際情況引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備與煤炭開(kāi)采技術(shù)，并做好設(shè)備測(cè)試工作，確保設(shè)備的正常使用[10]。

4.3 加快機(jī)械化采煤工藝研究步伐

應(yīng)用機(jī)械化采煤技術(shù)能提高煤炭生產(chǎn)的安全性，加快煤炭企業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)步伐，保障生產(chǎn)的安全性。

首先，煤炭企業(yè)管理人員要提高安全生產(chǎn)意識(shí)，制定科學(xué)合理的安全生產(chǎn)管理制度，并切實(shí)貫徹落實(shí)好。

其次，煤炭企業(yè)要制定切實(shí)可行的應(yīng)急處理預(yù)案，在采煤過(guò)程中極易發(fā)生各類(lèi)突發(fā)事故。只有提前做好預(yù)警才能保障開(kāi)采的安全性，確保一線(xiàn)采煤人員安全。

最后，煤炭企業(yè)要量力而行，盡量購(gòu)置相對(duì)完善的采煤設(shè)備，淘汰本企業(yè)落后采煤設(shè)備，或把企業(yè)相對(duì)落后的技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，從而滿(mǎn)足安全生產(chǎn)需求。同時(shí)要制定規(guī)范的操作、保養(yǎng)、維護(hù)措施，確保煤炭生產(chǎn)的安全性。

4.4 改善采煤工作環(huán)境

在采煤過(guò)程中，選擇機(jī)械化采煤生產(chǎn)，難免發(fā)生粉塵問(wèn)題與噪音污染，機(jī)械化采煤過(guò)程中的機(jī)械振動(dòng)也會(huì)造成安全事故。所以，煤炭企業(yè)要改善采煤環(huán)境與條件，充分考慮粉塵與噪音污染及振動(dòng)帶來(lái)的危害等問(wèn)題，并采取有效方法降低噪音出現(xiàn)、減少粉塵污染。如選擇機(jī)械化采煤設(shè)備時(shí)要采取防塵措施，提高設(shè)備自身除塵效益，減少粉塵污染，盡量降低粉塵對(duì)一線(xiàn)采煤人員的身體傷害。要降低生產(chǎn)中的共振問(wèn)題，科學(xué)設(shè)計(jì)機(jī)械化生產(chǎn)環(huán)境，避免機(jī)械振動(dòng)造成的安全事故，提高采煤的安全性。

煤炭開(kāi)采勞動(dòng)強(qiáng)度大，煤炭企業(yè)要提高一線(xiàn)采煤人員的安全意識(shí)，制定科學(xué)合理的作息制度。配備充足、符合質(zhì)量要求的生產(chǎn)物資，定期排查設(shè)備隱患，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

在井下采煤過(guò)程中，光源充足不僅能起到照明作用，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。所以礦井巷道要配備充足的光源，并準(zhǔn)備適量的備用光源，確保生產(chǎn)的安全性[11]。

4.5 提高采煤工人素質(zhì)

不論是人工開(kāi)采還是機(jī)械化采煤，都需要一線(xiàn)采煤人員操作，所以一線(xiàn)采煤人員的綜合素質(zhì)直接關(guān)系到安全生產(chǎn)的落實(shí)，煤炭企業(yè)要采取措施提高一線(xiàn)采煤人員素質(zhì)。

首先，煤炭企業(yè)要加強(qiáng)一線(xiàn)采煤人員安全教育，引導(dǎo)其樹(shù)立安全生產(chǎn)意識(shí)。其次，煤炭企業(yè)要強(qiáng)化一線(xiàn)采煤人員技術(shù)教育，使其熟練掌握機(jī)械化生產(chǎn)技能，嚴(yán)格按操作規(guī)范操作。最后，煤炭企業(yè)要強(qiáng)化一線(xiàn)采煤人員思想教育，使其從思想上認(rèn)識(shí)到安全生產(chǎn)的重要性，樹(shù)立安全生產(chǎn)意識(shí)，從而確保煤炭開(kāi)采的安全性，提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

煤炭企業(yè)選擇綜合機(jī)械化采煤工藝能有效提高采煤效率，確保煤炭開(kāi)采的安全性，減少安全事故發(fā)生的概率與人員傷亡。對(duì)此，煤炭企業(yè)要從安全生產(chǎn)角度著手，學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)煤炭開(kāi)采技術(shù)，加快煤炭開(kāi)采綜合機(jī)械化進(jìn)程，改善煤炭開(kāi)采的工作環(huán)境與條件，提高一線(xiàn)采煤人員的綜合素質(zhì)，從而提高煤炭開(kāi)采的安全性，在提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的基礎(chǔ)上，確保煤炭行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

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