综合机械化采煤技术在复杂地质条件下的应用效果研究

1 引言

煤炭作为我国重要的基础能源，在经济发展中占据关键地位。随着煤炭资源的持续开采，浅部、地质条件简单区域的煤炭储量逐渐减少，开采活动日益向地质条件复杂区域转移。复杂地质条件涵盖大倾角煤层、富水含水层下、厚煤层、近直立特厚煤层等多种类型，给采煤作业带来了极大的挑战，如开采难度增大、安全风险提升、资源浪费等问题。

综合机械化采煤技术凭借其高效、安全、自动化程度高等优势，成为应对复杂地质条件采煤的重要手段。该技术通过采煤机、刮板输送机、液压支架等设备的协同作业，实现煤炭开采、运输、支护等环节的机械化运作。然而，在复杂地质条件下，综合机械化采煤技术的应用并非一帆风顺，需充分考虑地质因素对设备性能、开采工艺的影响，不断优化技术方案与设备选型。深入研究综合机械化采煤技术在复杂地质条件下的应用效果，对提升煤炭开采效率、保障安全生产、促进煤炭行业可持续发展具有重要的现实意义。

2 综合机械化采煤技术在复杂地质条件下的应用挑战

2.1 大倾角煤层开采挑战

大倾角煤层（通常指倾角大于 35^∘ 的煤层）开采时，设备易因重力作用发生下滑、倾倒等现象。以 A 煤矿 16528 作业面为例，该作业面部分区域煤层倾角超过 55^∘ ，采煤机、刮板输送机在运行过程中稳定性受到严重威胁。同时，支架需承受更大的侧向力，对支架的强度、稳定性及防倒防滑性能要求极高。若支架设计不合理，在开采过程中可能出现支架失稳、垮塌等安全事故，影响开采作业的正常进行。此外，大倾角煤层开采时，煤矸石下滑速度快，易对设备和人员造成伤害，增加了安全管理的难度。

2.2 富水含水层下开采挑战

在富水含水层下进行综合机械化采煤，面临着顶板水防治与利用的难题。一方面，若对顶板水治理不当，可能导致涌水事故，淹没工作面，损坏设备，威胁人员生命安全。另一方面，大量水资源的浪费也不符合绿色开采的理念。例如，在某些矿区，由于缺乏有效的矿压与水文融合监测系统，无法准确掌握顶板水的动态变化，难以制定合理的防治与利用方案，给开采作业带来诸多困扰。

2.3 厚煤层开采挑战

随着采高的增加，厚煤层大采高综采工作面顶板垮落高度及上覆岩层活动范围显著增大，矿压显现强度明显增强。液压支架安全阀开启频繁，支架压死事故时有发生，超前支承压力峰值及影响范围增加，煤壁片帮冒顶现象加剧，巷道围岩变形量增大，超前支护难度显著加大。如在一些厚煤层开采中，由于对围岩控制理论研究不足，支架选型不合理，导致工作面频繁出现矿压灾害，严重影响开采效率和安全生产。此外，厚煤层开采时，如何实现高效的煤炭采出与合理的资源回收率之间的平衡，也是亟待解决的问题。

2.4 近直立特厚煤层开采挑战

近直立特厚煤层开采存在诸多行业级技术瓶颈。顶煤的有效控制与回收难度大，传统的放煤工艺难以适应近直立煤层的特殊赋存条件，导致顶煤回收率低，资源浪费严重。同时，开采过程中，顶底板破断规律复杂，采动应力随段高、采放比及推进速度的动态演化机制不明晰，容易引发动力灾害，如冲击地压等，对安全生产构成极大威胁。

3 综合机械化采煤技术在复杂地质条件下的应用效果

3.1 提升开采效率

在复杂地质条件下，综合机械化采煤技术通过设备的协同作业，显著提升了煤炭开采效率。以冶坪煤矿为例，该矿针对 1308 工作面复杂的地质情况，科学合理地选型设备，采用综合机械化采煤技术，降低了煤层中矸石对开采设备的损伤和对运输系统的影响。同时，依据工作面生产布局和矿井核定生产能力优化劳动组织，合理化人员配置，有效解决了复杂地质条件下的开采难题，保证了原煤生产效率。与传统采煤方法相比，综合机械化采煤技术使该工作面的煤炭产量大幅提高，开采效率提升了数倍。

3.2 保障安全作业

综合机械化采煤技术的应用，极大地改善了复杂地质条件下采煤作业的安全性。在大倾角煤层开采中，通过构建稳定的作业面支架，设置完善的防倒防滑装置，减少了设备因下滑、倾倒引发的安全事故。

3.3 优化资源采出率

在复杂地质条件下，综合机械化采煤技术通过改进开采工艺和设备性能，提高了煤炭资源的采出率。在厚煤层开采中，通过合理确定采高和放煤工艺，能够有效提高煤炭采出率。如在一些矿区，采用大采高综采技术后，资源回采率达到 90% 以上，相比之前提高了 10 - 20 个百分点。在近直立特厚煤层开采中，通过研发顶煤注水 - 爆破联合弱化技术和优化放煤工艺，显著提高了顶煤回收率。例如，国家能源集团新疆能源在乌东煤矿应用相关技术后，顶煤回收率提升约 5% ，从根源上改善了近直立煤层开采中顶煤回收率低的难题，减少了资源浪费。

4 综合机械化采煤技术在复杂地质条件下应用的改进策略

4.1 加强设备研发与创新

针对复杂地质条件下设备面临的挑战，加大设备研发投入，创新设备设计理念。研发适用于大倾角煤层的高稳定性、强防倒防滑性能的采煤机、刮板输送机和液压支架；研制能够精准监测富水含水层下顶板水动态的监测设备；开发适用于厚煤层大采高开采的高强度、高可靠性支架及大功率采煤机；设计专门用于近直立特厚煤层开采的高效综放设备。通过设备的创新研发，提高综合机械化采煤技术在复杂地质条件下的适应性和可靠性。

4.2 优化开采工艺

根据不同复杂地质条件的特点，优化综合机械化采煤工艺。在大倾角煤层开采中，采用合理的割煤顺序、移架方式和推移刮板输送机方法，确保设备稳定运行；在富水含水层下开采时，制定科学的疏排水方案和顶板水防治工艺；在厚煤层开采中，探索最佳的采高与放煤工艺组合，提高资源采出率；在近直立特厚煤层开采中，进一步完善顶煤注水 - 爆破联合弱化技术和智能放煤工艺。通过开采工艺的优化，充分发挥综合机械化采煤技术的优势。

4.3 强化地质探测与监测

加强复杂地质条件下的地质探测工作，采用先进的地质探测技术，如三维地震勘探、瞬变电磁法等，提前准确掌握煤层赋存状况、地质构造及水文地质条件，为设备选型和开采工艺设计提供可靠依据。

4.4 提高人员素质与管理水平

加强对综合机械化采煤作业人员的培训，提高其操作技能和安全意识。培训内容包括设备操作、维护保养、开采工艺、安全知识等方面，使作业人员能够熟练掌握设备性能和操作规范，应对复杂地质条件下的各种突发情况。

结束语

综合机械化采煤技术在复杂地质条件下的应用，虽面临诸多挑战，但在提升开采效率、保障安全作业、优化资源采出率等方面取得了显著成效。通过加强设备研发与创新、优化开采工艺、强化地质探测与监测以及提高人员素质与管理水平等改进策略的实施，能够进一步提高该技术在复杂地质条件下的应用效果，为煤炭行业的可持续发展提供有力支撑。未来，随着科技的不断进步，综合机械化采煤技术将在复杂地质条件下的煤炭开采中发挥更加重要的作用，不断推动煤炭行业向高效、安全、绿色的方向发展。

参考文献

[1]郭立峰.薄煤层综合机械化采煤技术的研究与实践[J].矿业装备,2018(1):2.DOI:CNKI:SUN:KYZB.0.2018-01-051.

[2]闫鹏.大倾角复杂地质条件下综合机械化采煤技术实践研究[J].能源与节能, 2024(3):79-81.