摘要：煤炭是我国的主体能源，在一次能源构成中占据着70%的份额。我国煤炭资源分布广阔，煤层赋存条件比较复杂，与国外相比，我国煤炭开采技术水平较低，仍是以劳动力密集型的开采为主，因此劳动强度大、开采成本高、安全事故频发，影响了煤炭开采效率和煤炭资源采出率。

关键词：煤矿开采；综合机械化；开采技术

1、煤矿综合机械化开采发展状况

1.1煤炭开采效率较低

煤炭开采效率较低是我国在煤矿开采过程中一直备受困扰的普遍问题。煤矿开采往往需要投入大量的物料设备和人力资源，但是开采质量和效率不尽人意。究其原因，主要是因为煤矿自身的特性、采矿技术水平的限制等等。有些煤矿情况较为复杂，其煤层中潜在着诸多不确定的因素或者不稳定的风险，这就造成了在开采过程中的各种隐患，尤其是安全风险，由于煤层情况复杂，综合机械化的采矿技术也难以施展拳脚，不能发挥其应有的效果。我国大型煤矿与中小型煤矿由于其规模特性不同，对于综合机械化开采技术的应用实施和应用效果也大不相同。相比之下，综合机械化开采技术和设备在大型煤矿的应用，其采矿效率要比在中小煤矿的高。中小型煤矿开采技术较为单一，设备也比较陈旧和落后，因此在对中小型煤矿进行开采时安全隐患较大，这也极大地降低了煤矿开采的效率。

1.2 技术水平需要提高

我国煤矿综合机械化开采技术与国际上先进国家相比，技术水平显得比较落后。我国现阶段的机械设备生产水平相较于改革开放前确实得到了显著的提升，但是如果跟世界先进国家相比，我国机械化发展步伐还是比较迟缓和落后的，比如我国机械设备使用寿命比较短，可靠性能较低，自动化控制能力较差，尤其是在煤矿开采中一些大功率的采煤机等设备这些问题更为突出。此外，我国对于机械化开采技术设备的生产能力较弱，很多零部件还是只能依靠国外进口，这就造成了我国在对煤矿综合机械化开采应用的自主控制水平差。

1.3 中小煤矿机械化程度需要提高

我国大型煤矿综合机械化程度要高于中小型煤矿机械化程度，煤矿之间机械化程度发展不均衡。我国中小煤矿在开采方式、开采技术和机械设备的配备上都普遍落后于国际水平。过低的煤炭开采机械化程度还会造成煤矿开采低效性，高风险性。而机械化程度较高的开采设备能够极大地减少人力资源成本，从能增加煤炭开采的经济效益，另外，机械化作业能够高效率的进行开采工作，提高我国煤矿开采的高产出率。

2、 综合机械化采煤的优越性

2.1保障采矿工作人员的生命安全

我国每年都会有矿难发生，且矿难发生时往往伴随着巨大的经济损失和人员伤亡，这是所不愿意看到的。事实上煤矿开采并非一项危险系数非常高的工作，只是中国的煤矿开采技术存在问题才会导致人们认为煤矿开采是危险系数非常高的工作。事实上我国每年因煤矿事故而死亡的人数占到了全球煤矿事故死亡人数的80%以上，这样才普遍使人们认为一种煤矿开采是危险系数很高的一项工作。通过综合机械化采煤技术的运用，能极大减少煤矿开采时所需人员数量，从而保证采矿工作人员生命安全。

2.2 提高煤矿开采的生产效率

我国每年都会从国外进口大量煤炭，但事实上并不是中国没有这么多煤炭，而是中国煤炭的生产力跟不上社会需求，这就导致国家财政每年多了大量支出。现在很多小型煤矿仍采用传统人工挖掘方法，不仅难以保证开采过程中的安全，且开采效率极其低下，造成煤矿资源极大浪费。通过综合机械化采煤技术的运用，能有效地提高开采效率，并实现从人工化向机械化的转变，从而在最大程度上提高煤炭开采率，为中国的经济增长作出贡献。

2.3 改善煤矿开采对环境的破坏现象

煤矿开采往往对周围生态环境造成巨大破坏，开采本身就会破坏地面植被，而开采后的煤渣也会造成固体污染。由开采带出来的各种重金属会污染周围水体，且开采活动也会造成周围地下水位下降，使得开采区域周边植被死亡。开采过后的区域一旦遇到重大自然环境变化就很容易发生严重的滑坡和泥石流，导致重大经济损失和人员伤亡。如今中国追求的是可持续发展，将综合机械化采煤技术应用于煤矿生产中，能有效改善煤矿开采对环境的破坏，符合中国可持续发展要求。

3、煤矿综合机械化开采技术设备

我国社会在不断发展的过程中对煤矿资源的需求在不断的提高，所以就要增强煤矿开采的力度，这样才能够使煤矿资源得以平衡且稳定的发展。为了有效提高煤矿作业的开采效率，并且保障开采过程中的安全性，所以就在实际生产过程中使用机械设备，保证综合机械化开采技术的正常运行。开采设备的使用主要体现在煤矿集中作业的形式中，优异的生产方式能够使开采技术高度集中。通过机械设备就能够使煤矿作业集中开采，并且还能够有效提高煤层的开采力度，提高煤矿的开采效率及机械效率，实现综合机械化开采技术的标准，保障机械设备的稳定性。设备主要以大功率为基础，这样才能够保证煤矿开采的稳定运行。其主要包括几种：

（1）采煤机。主要实现破煤和采煤。目前我国煤矿大部分使用的采煤机都是双滚筒式，前滚筒进行顶煤采取，后滚筒进行底煤采取，工作原理和普通采煤的原理一样，采煤机就像是输送机，使用在运煤和回采巷道运输过程中。

（2）工作面运输机。使用可以弯曲的刮板运输机，具有突出的承载力，并且为液压支架提供支点。将可伸缩输送机使用在运输巷道中，能够根据工作面的实际情况调节运输机的长度，以此提高生产效率。

（3）移动变电站。其使用在整个采煤工程中，为采煤机及运输机等机械设备提供电源，并且能够随着工作面的移动而移动。

（4）转载机。主要作用是连接巷道输送机和工作面运输机，通过巷道底板的升高，将刮板运输机送出的煤转运到巷道运输机中，能够随着推进装置的作用而移动。

（5）液压支架。其使用在整个煤矿开采过程中，通过高液压提动力实现设备的采空区处理、支撑保护及推移输送机等作业。

4、煤矿综合机械化采煤工艺

综合机械化采煤工艺工作面全部实行机械化作业，其生产过程大体如下：采煤机落煤与装煤、输送机运煤、自移式液压支架前移、推移输送机至新位置、采空区顶板强行放顶。由于综合机械化采煤现代化低下作业的大规模生产，而其生产是连续性的高技术，高产高效的，并且又是有条件的。因此，设计时，要求进行综合机械化采煤工作面优化，矿井哪些层面和哪些区段适用于此技术，多少储量可供其开采，这些都需要比较高的工艺要求。随着综合机械化采煤设备性能以及装机功率不断提高，传统的综合机械化采煤工艺在原先使用范围基础上，出现了新的变化趋势：在现有长壁综合机械化采煤模式下，依据工作面设备能力，不断加大工作面长度；“短工作面”开采的短壁综合机械化采煤工艺。就短壁综合机械化开采这种方法来说，短壁机械化开发技术包括所有适用于开采煤柱和不规则块段煤炭资源的机械开采方法，工作面采用布置的主要特点：第一，工作面的长度短，一般为30-80m，采后用后退式开采。第二，双滚筒采煤机工作面采用中部斜切进刀、单向割煤方式，单滚筒采煤机自开切口往返割一刀煤，采煤机截深加大。第三，单机头刮板输送机可采用端卸，侧卸布置或直角拐弯布置，并使工作面刮板输送机与装载机为一体。第四，工作面采、支、运设备轻型化，便于实现设备快速搬家和安装。而长壁综合机械化开采与短壁开采有颇多相似，主要特点如下：加大综采工作面的长度，增加采煤机割一刀的煤量，相应地可减少工作面斜切进刀及端头作业等工序对生产的影响时间，因此能获得较高的产量。确定综采工作面的合理长度，一般以工作面日常量最高或吨煤成本最低为准则，制约工作面长度的主要因素是工作面地质条件和刮板输送机的铺设长度。增加工作面的推进长度是减少工作面搬家次数有效的方法。制约工作面走向长度增加的主要因素是回采巷道的掘进和支护、可伸缩带式输送机的铺设长度以及采场的地质构造。

5、煤矿综合机械化开采技术的应用

5.1 综采一次采全高开采技术的应用

一次采全高开采技术主要针对地质条件较为简单，且高度不高的煤层。目前，我国针对不同的煤层高度，设计出了多套综合机械化设备，能够有效保障一次采全高的安全性和稳定性。

5.1.1 在薄煤层中的应用

总体厚度不超过1.3米的煤层通常被称为薄煤层。薄煤层开采的作业区域狭小，作业环境难以得到保证，具有机械化程度不够高、开采效率低且存在较大安全风险等问题。“十一五”阶段，薄煤层煤矿综合机械化开采技术与设备被列入重点研究课题，天地科技有限公司成功制造出MG100/238-WD采煤机，能够在0.8到1.5米厚度的薄煤层中使用。当前，煤层厚度为1米的薄煤层应用煤矿综合机械化开采技术，产量可达到1Mt/a以上。

5.1.2 在中厚煤层中的应用

中厚煤层指的是1.5米到3.5米厚度的煤层。对于中厚煤层的机械化开采，国内外早已拥有了成熟的配套技术和装备，且产能极大，最高可达到5Mt/a。神东公司开采的榆家梁煤矿4-3煤层平均厚度为1.85米左右，是典型的中厚煤层。在该煤层中，神东公司首例使用滚筒采煤机，一举实现了煤层的全自动化开采，产量高达3Mt/a以上。

5.1.3 在厚及特厚煤层中的应用

厚及特厚煤层指的是厚度在3.5米到7米的煤层。这一开采领域是综合机械化开采技术的优势领域，也是国内外公司的首要竞争领域。目前，我国煤矿井普遍采用的两柱大采高支架已经能实现最高7.2米的支撑高度，工作阻力达18.8MN。2009年，神东公司在补连塔煤矿实现了7.0米厚度煤层的综采。目前，我国实现了机械化开采设备国产化的目标，已经成功研制了电牵引采煤机、两柱掩护式液压支架、刮板运输机等大采高综采机械设备。

5.2 长壁综采

长壁综采是目前在综合机械化开采技术设备中具有较高效益采煤方式，综采的工作面巷道具有三项，运输平项；回风平巷；开切眼。其还具有较为完善的通风系统，一般增加综合机械化煤矿开采工作面长度能够节约工作时间，从而提高煤矿开采的效益。综合机械化采煤工作面的长度由工作面1t煤的最低成本或者每日采煤产量来确定，综采工作面的提高见和刮板运送机长度也影响了工作面的长度。所以，增加工作面长度，能够节约工作面搬家的次数。长壁综采的特征主要有：长臂采煤机中具有一定的卧底量及协调性，能够根据地面的具体情况调整自身；采煤机和运输机中具有物理破碎设备，能够将过大的煤块破碎；长臂综合设备支架具有较强的稳定性和承受能力；具有较强的初撑力；具有完善的通风系统。

5.3 短臂综采

短臂综采和长臂综采不仅在运输、巷道布置、通风、顶板支护方面一样之外，还要能够实现综采工作面快速工作及回采巷道快速机械化掘进，其工作在中小型矿井中。短臂综采的特征包括：工作面长度较短（30-80m）；单滚筒加深了切煤深度，反复切割一刀煤，双滚筒单向切割；使用侧卸、端斜及直角转弯布置刮板单机头输送，并且使转载机和刮板运输机合为一体；其属于轻型化的运输、采煤、支撑设备，使用方便。

5.4 长臂短臂综合机械化

将长臂综采和短臂综采两者相结合，能够取长补短，从而提高开发者的效益。实验表明，将两者相结合使用与中小型矿井的开采工作中。其主要原理是：在挖掘之后的巷道开发区设置长臂工作面，使用综合机械化采煤设备回采煤柱。长臂短臂综合机械化有着良好的发展前景，能够促进我国煤矿事业的可持续发展。

5.5 综合放顶煤开采技术的应用

综合放顶煤开采技术是指使用伸缩皮带运输机、大功率滚筒采煤机、综采放顶煤液压支架等，实现煤矿开采伞过程机械化。放顶煤开采技术欧洲创始，主要是厚、特厚煤层安全高效开采领域的主要技术手段之一，被广泛应用在14-20m厚度的煤层开采领域。在“十一五”期间，由国家出资的特厚煤层综放开采成套技术与装备课题，成功研制出了成套型千万吨级大采高综放开采技术及设备，课题研究成果通过在大唐公副塔山煤矿8105工作面集中展示和试验，成功实现了千万吨的年产量目标，例如ZF1500/25/52四柱大采高综放液压支架是由该课题自主研发，大大提高了开采工作面的高度，可一次性采出20m厚度的煤层。因此，从我国目前在该领域的发展水平来看，配备本国全套生产设备的综放工作面能够实现5-10Mt/a的产能，已经达到了世界领先水平。

6、我国煤矿综合机械化开采的发展方向

随着我国社会的进步，现代化采煤工业也在不断发展，基于此，多层次及多样化的采煤技术就成了发展重点，创建与我国采煤工艺体系相符合的技术对于煤矿产业发展非常必要。目前综合机械化开采技术是现社会中煤矿开采的重要研究对象，能够有效提高采煤的效率。

6.1 中小煤矿机械化

研制适应中小煤矿复杂地质条件的技术装备，提高中小煤矿综合机械化水平。研发薄和极薄煤层、急倾斜煤层等条件下的综采成套设备；提高短壁机械化开采装备的适应性，对现有设备进行系列化研发，适合中小煤矿特殊开采。总之，我国综合机械化采煤技术装备将朝着装备成套化、自动化、高可靠性和高采出率的方向发展。

7、结束语

煤矿综合机械化开采技术是目前世界上先进的煤炭开采技术，实现了煤矿开采安全、清洁、高效、高产，极大地提高了质量、效率、产能和效益，同时最大程度地减少了煤矿安全事故，在进行现代化矿井建设中起到了十分重要的作用。综合机械化开采技术的广泛应用必将进一步提高我国煤炭开采技术水平与社会效益，促进煤炭产业健康发展。

参考文献：

[1]浅谈综合机械化在煤矿开采中的应用[J].李卫东.化工管理.2017（30）.

（作者单位：神东煤炭集团）