煤矿综采工作面开采工艺优化与实践研究

引言

煤炭是我国关键基础能源，在能源结构中地位重要。煤矿综采技术因高效、连续开采优势成为主要开采方式。但随着开采深度增加、地质条件复杂化，传统综采工作面开采工艺暴露出开采效率低、设备故障多、资源回收率低、安全风险大等问题。在“双碳”目标与能源绿色转型背景下，煤矿行业急需优化开采工艺，以提升生产效率、降低能耗、保障安全生产。深入研究煤矿综采工作面开采工艺优化与实践，对推动煤炭行业高质量发展、保障国家能源安全意义重大。

一、煤矿综采工作面开采工艺现状及问题分析

（一）设备配套不合理

部分煤矿综采工作面设备选型与地质条件脱节。煤层厚度变化大的区域，固定采高液压支架和采煤机需频繁调整，降低开采效率。运输设备方面，刮板输送机、带式输送机运输能力与采煤机落煤能力不匹配，易致煤炭堆积或运输不畅。部分煤矿为降成本使用老旧设备，其技术性能落后、可靠性差，故障频发，不仅增加维修成本，还影响综采工作面连续作业，最终造成开采效率低下。

（二）工艺参数设置不科学

采煤机截割速度、截深、牵引速度等工艺参数直接影响开采效率与煤炭质量。实际生产中，部分煤矿未精准分析煤层硬度、厚度等地质条件就盲目设置参数。如在硬煤层中，截割速度过快会加剧截齿磨损甚至致采煤机过载，截深过大易引发片帮、冒顶。液压支架支护强度、移架速度等参数设置不合理，无法有效控制顶板，既增加顶板事故风险，又影响开采效率与作业安全。

（三）开采工艺适应性差

我国煤矿地质条件复杂，不同矿区煤层赋存与顶底板岩性差异大。但部分煤矿仍采用单一开采工艺，缺乏对复杂地质条件的适应性。薄煤层开采时，传统工艺设备空间受限、开采效率低；大倾角煤层开采易出现设备下滑、煤矸石滚落等隐患。随着开采深度增加，高地应力、高瓦斯等问题凸显，现有开采工艺应对复杂地质灾害能力不足，难以保障安全生产与高效开采。

（四）智能化水平较低

虽智能化开采理念在煤矿行业逐渐普及，但多数煤矿综采工作面智能化水平仍低。部分煤矿仅实现设备远程启停，缺乏对设备运行状态的实时监测与智能调控。采煤机、液压支架等设备协同作业依赖人工操作与经验判断，无法根据煤层变化自动调整工作参数。此外，智能化开采所需的传感器、通信网络等基础设施不完善，数据采集与传输存在滞后、不准确问题，制约了生产效率与安全管理水平提升。

二、煤矿综采工作面开采工艺优化策略

（一）优化设备配套方案

根据煤矿具体的地质条件和开采需求，科学合理地选择设备。在煤层厚度变化较大的工作面，选用可变采高的液压支架和采煤机，确保设备能够适应不同煤层厚度的开采。例如，采用电液控制系统的液压支架，可根据顶板压力自动调整支护强度；选择具有自动调高功能的采煤机，实现对煤层厚度变化的实时响应。同时，合理匹配运输设备的运输能力与采煤机的落煤能力，如选用大运量、高可靠性的刮板输送机和带式输送机，确保煤炭运输畅通无阻。此外，定期对设备进行更新换代，引入先进的智能化设备，提高设备的可靠性和自动化水平。

（二）精准调整工艺参数

建立基于地质条件的工艺参数动态调整机制。利用地质勘探数据、实时监测数据，结合数值模拟技术，分析煤层硬度、厚度、顶底板岩性等因素对开采工艺的影响，确定最优的工艺参数。在采煤机运行过程中，通过安装在截割部的传感器实时监测截割阻力，自动调整截割速度和截深；根据顶板压力传感器反馈的数据，液压支架自动调整支护强度和移架速度，实现对顶板的有效控制。同时，建立工艺参数数据库，积累不同地质条件下的最佳工艺参数，为后续开采提供参考，提高开采效率和安全性。

（三）创新开采工艺技术

针对不同地质条件，研发和应用适应性强的开采工艺技术。在薄煤层开采中，推广使用薄煤层采煤机、刨煤机等专用设备，采用螺旋钻采煤法、螺旋钻-综采联合开采法等工艺，提高薄煤层的开采效率和资源回收率。对于大倾角煤层，采用伪倾斜开采、俯伪斜开采等工艺，配合防滑、防倒装置，解决设备下滑和煤矸石滚落问题。在高瓦斯、高地应力矿区，采用瓦斯抽采与开采协同作业工艺、卸压开采工艺等，降低瓦斯突出和冲击地压等灾害风险，实现安全高效开采。

（四）推进智能化开采建设

加大智能化设备和技术的投入，构建煤矿综采工作面智能化开采系统。在设备层面，为采煤机、液压支架、刮板输送机等设备安装各类传感器，实现设备运行状态的实时监测和数据采集。利用 5G 通信技术、物联网技术，将设备数据传输至地面控制中心，通过人工智能算法对数据进行分析处理，实现设备的远程控制和智能调控。同时，建立智能化开采管理平台，整合生产、安全、设备等多方面信息，为管理人员提供决策支持，提高综采工作面的生产效率和安全管理水平。

三、煤矿综采工作面开采工艺优化实践案例

（一）某矿薄煤层综采工作面工艺优化实践

某矿薄煤层综采工作面煤层平均厚度仅 1.2 米，原采用传统综采工艺，开采效率低，资源回收率不足 70% 。针对这一问题，该矿进行了开采工艺优化。设备方面，引进了适用于薄煤层的刨煤机和低矮型液压支架，刨煤机具有截深浅、牵引速度快的特点，能够适应薄煤层开采；低矮型液压支架高度可调范围小，稳定性好。工艺参数上，通过对煤层硬度的测试，将刨煤机的截割速度调整为 1.5m/min ，截深设定为 80mm ，确保设备高效稳定运行。同时，采用螺旋钻 - 综采联合开采法，先利用螺旋钻开采煤层边缘和残留煤体，再进行综采，提高了资源回收率。优化后，该工作面开采效率提升了 40% ，资源回收率提高到 85% 以上，取得了显著的经济效益。

（二）某矿智能化综采工作面建设实践

某矿为提升综采工作面的生产效率和安全管理水平，开展了智能化综采工作面建设。在设备配套上，选用了具有自动定位、自动调高功能的电液控液压支架和智能型采煤机，并在刮板输送机、带式输送机等设备上安装了传感器和执行机构。在智能化系统建设方面，构建了基于 5G 网络的通信平台，实现了设备数据的实时传输；开发了智能化开采控制软件，利用人工智能算法对设备进行协同控制。例如，采煤机根据煤层厚度变化自动调整采高，液压支架与采煤机联动，实现跟机移架。通过智能化改造，该工作面实现了少人化作业，生产效率提高了 35% ，设备故障率降低了 25% ，安全事故发生率显著下降，为煤矿智能化开采提供了成功范例。

结束语

综上所述，煤矿综采工作面开采工艺优化是提升煤炭开采效率、保障安全生产的关键举措。通过优化设备配套、精准调整工艺参数、创新开采工艺技术以及推进智能化开采建设等策略，能够有效解决当前开采工艺存在的问题。未来，随着技术的不断进步，煤矿综采工作面开采工艺将朝着智能化、高效化、安全化方向持续发展，为煤炭行业的可持续发展提供有力支撑。

参考文献：

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