综采工作面大采高采煤方法的应用研究

前言

随着我国厚煤层资源占比超 40% （平均厚度 ），传统分层开采存在资源回收率低（仅 60%～70% ）、掘进成本高（万吨掘进率 >8m^⋅ ）、安全风险大等问题。大采高综采技术通过单层一次采全高（ 3.5～8.8mΩ ），显著提升资源回收率至 95% 以上，降低万吨掘进率至 2.5m 以下，减少搬家倒面次数 60% ，成为厚煤层高效开采的核心路径。其应用符合国家“双碳”战略下煤炭行业智能化、绿色化转型需求，推动矿井向“少人化、无人化、高效化”发展。

1 综采工作面大采高采煤技术

1.1 技术定义与核心内涵

大采高综采技术是指通过机械装备一次性开采 3.5~8.8 米厚煤层的综合机械化采煤工艺，核心是“ 一次采全厚” ，需配套大功率采煤机（ ≥2000kW ）、高阻力液压支架（工作阻力 ≥10000kN. ）、重型刮板输送机（运力 ≥3000t/h ）等设备，适用于倾角 <25^∘ 、厚度稳定的近水平厚煤层。其显著优势是资源回收率高（ >95% ）、万吨掘进率低（ <3mι 万 t），是我国厚煤层高效开采的核心技术。

1.2 关键技术体系

1.2.1 装备重型化与智能化

大功率采煤机：截深 1.0～1.2m ，牵引速度 20～30m/min ，采用多电机驱动与电液控制系统，适应硬煤（ f=4～6 ）截割需求。我国自主研发的液压牵引型采煤机已出口印度、波兰等国。

高阻力液压支架：支护高度 3.5～8.8m ，工作阻力 10000～20000kN ，具备电液控制、自动跟机移架功能。通过千斤顶加固与排头架锚固链连接，控制支架倾斜角 <10^∘ ，采高 6m 以上时重心需≤3m，防止倾倒。

重型刮板输送机：运力 3000～5000t/h ，采用高强度链条（破断力≥2000kN ）与智能调速技术，断链风险降低 50% 。

1.2.2 采场围岩控制技术

顶板管理：采用“护帮板 + 伸缩梁”联动支护，控制顶板下沉量 <300mm ；通过微震监测与光纤传感实时预警顶板离层。

煤壁防片帮：优化支架初撑力（ 280% 额定值），配合煤体注浆固化技术（改性树脂渗透率 0.5m³/min ），片帮率降至 5% 以下。

1.2.3 高效采煤工艺

双向割煤技术：采煤机往返一次完成两刀煤，单行程割煤效率提升40% ，减少空行程时间。

端头斜切进刀：进刀深度 1.0～1.2m ，实现工作面连续推进，日推进度可达 8～10m 。

1.2.4 智能开采系统

远程监控：基于 5G+ 工业互联网实现地面集控，支持采煤机记忆割煤、支架自动移架（跟机速度 ≤15s/ 架）。

地质透明化：三维激光扫描构建煤层数字孪生体，误差 <5cm ，提前规避断层、夹矸等风险。

2 综采工作面大采高采煤方法关键应用要点

2.1 液压支架控制技术

稳定性控制

防倾倒措施：采高 6 米以上时，液压支架重心需控制在 3 米以内；通过千斤顶加固底座与顶梁，配合排头架锚固链连接（连接末架与头架），倾斜角控制 <10^∘ 。

防滑设计：倾斜工作面每隔 6 米设置防滑千斤顶，与推溜、移架同步运作；控制输送机上移，避免支架随采煤机推进下滑。

参数优化

移架操作：施加压力，控制调斜角 5^∘ 、迎山角 3～5^∘ ，伪倾斜角 90^∘ ；采用“组间移动→内部移动 $$ 整体移动”顺序，提升支架组稳定性。

支护强度：初撑力 280% 额定值，工作阻力根据煤层硬度动态调整（软煤 10000kN ，硬煤 15000kN 以上）。

2.2 煤壁片帮防控技术

地质适应性调整

断层与软岩区域：遇上层岩石松软或断层时，暂停推进并采用注浆固化煤体（改性树脂 ^⋅+ 水玻璃双液浆），加固深度 倍采高。

煤体强度提升：通过超前支护（如管棚支护）或护帮板预支护，减少煤壁暴露时间（≤4 小时）。

装备协同防控

支架护帮功能：采用高阻力护帮板（阻力 ≥500kN ）与伸缩梁联动装置，护帮板覆盖率 >85% ，片帮深度控制 <0.5 米。

采煤机参数优化：截割速度 4～6m/min ，滚筒转速 30～40r/min ，避免硬岩冲击导致煤壁失稳。

2.3 采煤工艺与设备协同

高效割煤流程

双向割煤技术：采用端头斜切进刀（进刀深度 1.0~1.2 米），实现采煤机往返双程割煤，减少空行程时间 30% 。

设备联动控制：割煤后滞后滚筒15~20 米推溜，滞后推溜3~5 米移架，确保顶板及时支护，下沉量 <300mm 。

“三机”匹配参数

采煤机：选用大功率机型（ ≥2000kW) ），截深 1.0~1.2 米，牵引速度20～25m/min ，适应厚煤层连续开采需求。

刮板输送机：运力 ≥3000t/h ，链条张力实时监控（破断力 ），避免大块煤冲击导致断链。

2.4 工作面环境与安全管控

顶板与围岩监测

实时监测系统：部署微震传感器与光纤监测装置，预警顶板离层（阈值 30mm/d ）与冲击地压风险。

支护质量验收：支架初撑力、支护强度合格率 295% ，顶梁接顶面积 > 90% 。

灾害预防

瓦斯治理：高瓦斯工作面配套顶板走向钻孔抽采，瓦斯浓度控制 < 0.8% 。

粉尘控制：采用高压喷雾（压力 ≥10MPa ）+泡沫降尘技术，粉尘浓度降至 4mg/m³ 以下。

结束语

大采高综采技术通过装备重型化、控制智能化、管理集约化，实现了厚煤层高效、安全、绿色开采。其应用显著提升了资源回收率与生产效率，降低了安全风险与生态影响。未来需进一步突破特厚煤层开采、复杂地质适应、绿色零碳转型等瓶颈，推动煤炭工业向“智能无人、本质安全、生态友好”方向升级，助力国家“双碳”目标实现。

参考文献：

[1] 殷晓磊. 综采工作面大采高采煤方法的应用[J]. 石化技术，2019,26(11): :239+242 .

[2]高玉峰.对大采高综采工作面机械采煤工艺应用的分析[J].石化技术，2019,26(08):143+142.