當(dāng)前，我國煤礦開采正面臨深部開采、煤礦災(zāi)害防控和資源合理利用等一系列新挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)采煤技術(shù)已難以滿足新形勢下煤礦安全高效開采的需求，亟須創(chuàng)新發(fā)展。中厚煤層資源豐富，開采條件相對(duì)較好，是未來煤炭資源的主要開采對(duì)象。如何進(jìn)一步提高中厚煤層綜放開采的機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化水平，實(shí)現(xiàn)安全高效綠色開采，是目前亟待解決的關(guān)鍵問題[1]。

一、煤礦開采中采煤技術(shù)的具體應(yīng)用

（一）中厚煤層綜放工藝

中厚煤層綜放開采具有生產(chǎn)效率高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、資源回收率高等優(yōu)勢，已成為當(dāng)前乃至未來的主導(dǎo)開采方式。中厚煤層綜放通常采用大功率電牽引采煤機(jī)、大噸位智能化液壓支架、高強(qiáng)度刮板輸送機(jī)及托盤等先進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化無人開采。其中，采煤機(jī)截割部一般采用滾筒式截割，配備雙驅(qū)動(dòng)、高扭矩牽引裝置，具有截割功率大、牽引力強(qiáng)、運(yùn)行平穩(wěn)可靠等特點(diǎn)。智能化液壓支架多為四柱礦用普通液壓支架，通過配備電液控制系統(tǒng)、壓力監(jiān)測傳感器等，實(shí)現(xiàn)支架狀態(tài)的自動(dòng)感知以及支撐力的智能調(diào)節(jié)，大幅提高支架運(yùn)行的安全性與可靠性。刮板輸送機(jī)則采用多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)鏈耐磨鏈條，輸送能力可達(dá) 3000t/h 以上，與大采高綜放工作面匹配良好。此外，中厚煤層綜放工藝還融合順槽集中控制、工作面設(shè)備自動(dòng)糾偏、遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控等智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)開采過程的自動(dòng)化、信息化。

（二）無煤柱開采技術(shù)

傳統(tǒng)采煤方法中，通過在采煤工作面煤層中留設(shè)一定尺寸的永久煤柱，用于支護(hù)巷道圍巖，保證礦井生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定性。然而，永久煤柱的設(shè)置造成大量煤炭資源損失浪費(fèi)。為最大限度回收煤炭資源，減少煤柱損失，無煤柱開采技術(shù)在煤礦開采實(shí)踐中得到推廣應(yīng)用。目前，無煤柱開采主要采用錨桿錨索支護(hù)、充填開采等技術(shù)途徑。錨桿錨索支護(hù)通過在巷道頂板及兩幫打設(shè)高強(qiáng)度錨桿、錨索，替代永久煤柱發(fā)揮支護(hù)作用，在確保巷道圍巖穩(wěn)定性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)煤柱煤炭資源回收。充填開采則是將采空區(qū)及時(shí)充填，利用充填體支承采動(dòng)巖層，控制礦壓顯現(xiàn)，減緩采動(dòng)應(yīng)力擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)采區(qū)煤柱資源無損開采。以某礦為例，采用高水材料充填開采工藝，充填體強(qiáng)度可達(dá)15至 20MPa ，采區(qū)回采率由傳統(tǒng)開采的 45% 提高至 95% 以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（三）智能化無人開采

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的新一代信息技術(shù)與煤炭開采深度融合，智能化無人開采成為煤礦安全高效開采的重要發(fā)展方向。目前，國內(nèi)外先進(jìn)煤礦普遍應(yīng)用遙控操作、自動(dòng)化采煤等智能開采技術(shù)。采煤機(jī)、液壓支架、刮板運(yùn)輸機(jī)等主要采煤設(shè)備上安裝了智能傳感器，可實(shí)時(shí)感知設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、工作面瓦斯?jié)舛取㈨敯迥蛪旱葟?fù)雜信息，并通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至地面監(jiān)控中心。工作人員利用三維可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，構(gòu)建工作面數(shù)字孿生模型，通過數(shù)據(jù)挖掘分析，優(yōu)化采煤工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程遙控、自主協(xié)同。同時(shí)，采煤機(jī)自適應(yīng)截割技術(shù)、液壓支架電液自動(dòng)控制技術(shù)不斷創(chuàng)新，大幅提高采煤效率。一些示范智能化采煤工作面實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)作業(yè)，工效是普通工作面的1.5倍以上。未來，5G通信、人工智能將進(jìn)一步拓展智能開采時(shí)空范圍，實(shí)現(xiàn)采煤系統(tǒng)全流程、多場景的無人化作業(yè)。

二、煤礦開采中采煤技術(shù)難點(diǎn)

（一）復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性

受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，中厚煤層的連續(xù)性、穩(wěn)定性較差，經(jīng)常出現(xiàn)斷層、褶曲、傾角變化等復(fù)雜地質(zhì)情況。綜放開采對(duì)煤層的完整性、穩(wěn)定性要求較高，這些復(fù)雜地質(zhì)因素嚴(yán)重制約著綜放工藝的推廣應(yīng)用。因此，如何提高綜放工作面設(shè)備對(duì)復(fù)雜地質(zhì)的適應(yīng)性是目前亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。針對(duì)這一問題，必須加強(qiáng)中厚煤層地質(zhì)探測，詳細(xì)查明斷層、陷落柱等不良地質(zhì)體的分布規(guī)律，優(yōu)化綜放工作面布置，減少其對(duì)開采的不利影響。同時(shí)，應(yīng)加快推進(jìn)割煤機(jī)的柔性化、智能化，提高割煤機(jī)姿態(tài)自適應(yīng)調(diào)整能力，確保其在復(fù)雜煤層條件下的正常截割。液壓支架方面，可采用多點(diǎn)支撐、活動(dòng)立柱等創(chuàng)新結(jié)構(gòu)形式，增強(qiáng)支架對(duì)頂板不規(guī)則沉陷、傾斜錯(cuò)動(dòng)的適應(yīng)能力[2]。

（二）智能開采系統(tǒng)集成

智能開采涉及采煤機(jī)、支架、輸送機(jī)等多個(gè)子系統(tǒng)，如何實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建高度集成的智能管控平臺(tái)是目前的關(guān)鍵難題。此外，煤礦井下復(fù)雜多變的環(huán)境也對(duì)智能開采系統(tǒng)的魯棒性、可靠性提出了更高要求。需在智能傳感、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)算法等方面實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵突破，才能推動(dòng)智能開采系統(tǒng)的工程化應(yīng)用。

三、煤礦開采中采煤技術(shù)優(yōu)化措施

（一）加強(qiáng)地質(zhì)保障

針對(duì)中厚煤層地質(zhì)條件復(fù)雜的特點(diǎn)，應(yīng)在綜采工作面布置前開展精細(xì)化三維地質(zhì)建模，充分利用鉆孔、物探、測井等勘探資料，查明工作面煤層埋藏條件、構(gòu)造分布等地質(zhì)信息，優(yōu)選綜采面位置，避開大斷層、陡傾斜等不良地質(zhì)體。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方面，可應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)、TSP203等裝備，及時(shí)發(fā)現(xiàn)綜放工作面前方地質(zhì)異常，為優(yōu)化生產(chǎn)部署、調(diào)整支護(hù)參數(shù)提供可靠依據(jù)。此外，應(yīng)結(jié)合礦井水文地質(zhì)條件，優(yōu)化綜放工作面排水系統(tǒng)布置，采用立體抽放、聯(lián)合疏干等措施，降低含水層對(duì)綜放作業(yè)的影響。

（二）優(yōu)化綜采裝備與支護(hù)技術(shù)

在中厚煤層綜放開采過程中，由于圍巖穩(wěn)定性差、冒頂片幫頻發(fā)等問題給安全高效開采帶來諸多挑戰(zhàn)。為了優(yōu)化綜采裝備與支護(hù)技術(shù)，切實(shí)解決這些難題，可以從以下幾個(gè)方面著手：首先，針對(duì)圍巖變形特征與支護(hù)需求，優(yōu)化液壓支架的工作阻力和支護(hù)密度等關(guān)鍵參數(shù)至關(guān)重要。通過合理設(shè)置支架工作阻力，使其與圍巖的受力狀態(tài)相適應(yīng)，既能有效控制頂板下沉，又能避免支架超載。同時(shí)，根據(jù)煤層賦存條件和采動(dòng)應(yīng)力分布規(guī)律，適當(dāng)調(diào)整支護(hù)密度，在保證支護(hù)可靠性的同時(shí)，提高回采工效。其次，創(chuàng)新支護(hù)手段也是提升支護(hù)效果的重要途徑。綜合應(yīng)用高強(qiáng)錨桿、錨索以及單體液壓支柱等先進(jìn)支護(hù)元件，形成聯(lián)合支護(hù)方式，能夠顯著增強(qiáng)支護(hù)體系的整體性能。高強(qiáng)錨桿具有較大的抗拉強(qiáng)度和延性，能夠有效約束圍巖變形。錨索具有較長的錨固長度，能夠加固深部圍巖，抑制分層冒落。單體液壓支柱能夠給予支架額外的支撐力，補(bǔ)償采動(dòng)應(yīng)力的影響。多種支護(hù)元件優(yōu)勢互補(bǔ)，構(gòu)建起高可靠性、強(qiáng)適應(yīng)性的立體支護(hù)體系，為保障綜放工作面安全提供堅(jiān)實(shí)屏障[3]。

（三）開發(fā)環(huán)保型充填材料

為降低充填開采成本，應(yīng)大力開發(fā)基于礦井廢棄物的環(huán)保型充填材料。如采用電廠粉煤灰、選煤廠煤泥、洗煤廢水等工業(yè)廢渣，通過化學(xué)活化、高溫?zé)Y(jié)等改性處理，制備具有高強(qiáng)度、早期強(qiáng)度高、微膨脹特性的復(fù)合膠凝材料，部分可替代水泥用于采空區(qū)充填，在降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)固廢資源化利用。針對(duì)充填體易產(chǎn)生收縮裂縫、導(dǎo)致失穩(wěn)等問題，可在其中摻入聚丙烯纖維、鋼纖維、玄武巖纖維等高性能增強(qiáng)材料，通過纖維橋聯(lián)、抗裂機(jī)理，顯著提高充填體抗拉強(qiáng)度、斷裂韌性及抗剪切性能，大幅改善其工程力學(xué)性能。在充填工藝方面，可采用分段充填法，嚴(yán)格控制單層充填體厚度，保證充填體成型質(zhì)量。并根據(jù)充填區(qū)圍巖應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果，及時(shí)優(yōu)化充填體配比、充填速度及充填順序等工藝參數(shù)，確保充填區(qū)長期穩(wěn)定。

四、結(jié)束語

綜上所述，中厚煤層是未來煤炭資源的主要開采對(duì)象，大力推廣中厚煤層綜放開采工藝是必然趨勢。要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)成果，著力攻克復(fù)雜地質(zhì)條件、瓦斯治理、智能化系統(tǒng)集成等技術(shù)難題，不斷完善綜放開采裝備與支護(hù)技術(shù)，開發(fā)環(huán)保型充填材料，健全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，全面提升中厚煤層綜放開采的安全性、效率與智能化水平，為煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。能

參考文獻(xiàn)：

[1]張濤。新形勢下煤礦開采中采煤技術(shù)的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2024，（08）：159-161.

[2]李偉。新形勢下煤礦開采中采煤技術(shù)的應(yīng)用探討[J].能源與節(jié)能，2023，（07）：210-212.

[3]徐磊。新形勢下煤礦開采中的采煤技術(shù)質(zhì)量研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2021，41（14）：184-185.作者單位：山東能源棗礦集團(tuán)田陳煤礦