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第一节 我国薄煤层开采现状
一、我国薄煤层开采现状
我国的煤炭资源丰富，储存量大，且赋存多样化，根据我国煤层厚度划分，厚度0.8～1.3m属于薄煤层，小于0.8m属于极薄煤层。我国煤炭储量中薄煤层的可采储量约为60多亿ｔ，约占全国煤炭总储量的18%。然而据1996年统计，我国薄煤层的产量只占全国煤炭总产量的7.32%，而且这个比例还在呈逐步下降的趋势。
我国薄煤层的开采经历了几个发展阶段。20世纪50年代薄煤层开采主要使用炮采工艺。60年代开始使用深截煤机掏槽，爆破落煤；70年代薄煤层机组得到较大发展，分别研制出不同类型的刨煤机，包括钢丝绳牵引刨煤机、全液压驱动刨煤机和刮斗刨煤机等。
目前，我国薄煤层开采的机械化程度还比较低，大多还是采用炮采，产量低、事故多、工人的工作环境恶劣。薄煤层采煤机作为薄煤层开采机械，由于受其本身结构的限制，0.8ｍ已是其开采下限，而且维修、操作不便，工人需在极低的工作面条件下跟机作业。1974年研制成功BM-100型薄煤层滚筒采煤机。在20世纪80～90年代，我国曾研制了多种型号的刨煤机（包括滑行刨煤机和拖钩刨煤机），以解决薄煤层的开采问题，并在一些局矿的使用中取得了不俗的成绩。
90年代，天府矿务局和徐州矿务局，分别从俄罗斯和乌克兰引进了螺旋钻采煤机，2003年新汶矿业集团也引进了2台三钻头的螺旋钻采煤机，用于薄与极薄煤层的开采，使一些用传统采煤工艺不能开采的薄煤层、极薄煤层得到有效开采利用。然而由于推广的力度不够大，以及用户对这种形式的采煤机种也有一个逐步认识的过程，因此国内使用刨煤机的工作面还不多。
近年来，刨煤机技术的开发取得了很大的进展，国产刨煤机在一些局矿的成功使用以及采用德国DBT公司生产的刨煤机主机与国内设备配套使用，在我国铁法、晋城、西山等地取得的一些成功经验，使国内同行对采用刨煤机开采薄煤层有了许多新的认识。
二、 滚筒采煤机
1、种类
煤层的开采先后出现了多种多样形式的采煤机。如今采煤机大都向适应能力强，自动化程度高的方向发展，并取得了很大的成就。当前适合于薄煤层开采的采煤机有下列四种：
第一种是MDY—150型采煤机，此机适采高为1.2~2.5m，煤质中硬（f=2-3），顶板稳定的煤层，并且煤质较软，倾角在0-25·之间；
第二种为BM—100型采煤机，它的适应高度为0.9-1.3m，f≤2.5，顶板中等稳定的煤层，倾角也在0-25·之间；
第三种为MLS3P—170矮型双滚筒采煤机，该机适合采高为1.2-2.2m，f=2-3之间，顶板中等稳定，底板不能过于松软，倾角在0-30·之间；
第四种是K—103型爬底板式薄煤层采煤机，该机适应与0.6-1.2m厚薄煤层的开采，煤质中等稳定以下，倾角小于35·。
2、滚筒采煤机的优点
滚筒采煤机与其他采煤机相比具有它独特的优势：
a.适应能力强，尤其是煤层厚度变化较大的工作面；
b.对煤层顶、底板起伏变化适应能力强，在复杂的地质条件下，可以通过大的装机功率强行通过；
c.适用于含有夹矸的煤层回采，煤层中若含有矸石滚筒采煤机可以直接切割矸石回采，不影响回采的时间和产量；
d.对工作面的长度要求较低，尤其与刨煤机相比更为突出。
总之滚筒采煤机具有适应能力强、切割效益高、对地质条件要求不高等特点，特别适用薄煤层自动虾工作面开采，尤其是当煤层赋存条件变化大、断层多时，滚筒采煤机的优势更为明显，它可以直接切割顶、底板强行通过，免去了搬家的工序，提高了回采效益。
3、滚筒采煤机的缺点
滚筒采煤机的系统复杂，一般都是采用液压控制，制造困难，造价高，维修不方便，工人不容易掌握；
工作面的煤尘大，块煤产出率低，经济效益不高，同时工作面设备多，通风阻力大，严重影响着工人的身心健康。
工作空间小。
三、刨煤机的特点和适用范围
刨煤机是以刨头为工作机构，采用刨削方式破煤的采煤机械，可用在长壁采煤工作面实现破煤、装煤和运煤。刨头由安装在采煤工作面两端的驱动装置通过刨链在工作面全长上往复牵引，刨刀以给定的刨削深度将煤从煤壁上刨落下来，通过刨头的犁形斜面将刨落下来的煤装入输送部，然后由输送部将煤运出采煤工作面。刨煤机通常可分为6个基本部分，即：刨煤部、输送部、液压系统、喷雾系统、电气控制装置和辅助装置。
1、刨煤机的特点
近年来，刨煤机得到了不断改进和发展，性能日益完善。归纳起来，现代刨煤机具有以下的特点：
1）结构简单，操作和维护方便；
2）人员不必跟机移动作业，改善了工人的安全条件及劳动强度，这对于薄煤层开采尤其重要；
3）采出的原煤块率较高，粉尘量少；
4）充分利用地压采煤，能耗较低；
5）采用浅截深开采，煤层中的瓦斯释放均匀，尤其适用于有瓦斯突出可能的煤层开采；
6）易于实现工作面自动化管理。
2、刨煤机的适用范围
在比较稳定的地质条件下，开采薄煤层或1.8～2.0ｍ以下煤层，刨煤机是一种相当经济和有效的采煤机械。这一点，无论从西德、美国等国外经验，还是根据我国使用刨煤机的情况来看都得到了充分的证明。
比较稳定的地质条件，是指煤层中没有较大的断层构造，煤层的倾角一般在25°以下，工作面没有太大起伏，煤不粘顶等。刨煤机不仅可以成功地用于薄煤层开采，而且中厚煤层的开采也有不少高产的例子。例如德国在1.5～1.8ｍ的煤层中使用刨煤机开采，平均日产原煤在2312～4899ｔ之间。在较厚的煤层中，刨煤机工作面的最高工效可达37ｔ/工。我国的新汶矿业集团华丰煤矿在大倾角厚煤层倾斜分层开采中采用国产刨煤机开采，平均采高2.1ｍ，煤层平均倾角31º，5个月共产煤11.84万ｔ，平均月产超过2万ｔ。
目前，全世界已经有20多个国家的煤矿在使用刨煤机，刨煤机的总使用台数已超过1000台，日产万吨的刨煤机工作面也不乏其例。近年来，随着刨煤机功率的不断增大，以及大规格、高强度矿用圆环链的采用，刨煤机刨削硬煤的能力得到不断提高。德国的刨煤机功率已达2×400ｋＷ和2×800ｋＷ，刨链直径可达Φ38ｍｍ和Φ42ｍｍ，这就使得刨煤机的适用范围不断扩大，随着技术的进步，刨煤机开采硬煤和极硬煤层已不再是困难的事情。
3、刨煤机的发展现状
近年来，国外刨煤机技术有了较大的发展。刨煤机的主要结构型式有拖勾刨、滑行刨、拖勾滑行刨、紧凑式刨煤机等。
（1）工作面向自动化和无人化方向发展
目前，国外全自动刨煤机工作面最高日产原煤已达万吨以上，全自动刨煤机生产系统与传统的刨煤机生产系统相比，开机率提高到70%以上，产量增加约60%。
4、刨煤功率朝大功率的方向发展
目前，德国DBT公司研制刨煤机的刨煤功率一般可达2×315KW和2×400KW，新型的GH42型滑行刨，刨煤功率达到了2×800KW，目前正在德国一个煤矿400m长的工作面开采硬煤。刨煤机刨头的重量也在增加，由原来的2t增加至5～6t，最重的可达9t。功率的提高还带来了刨速的提高。目前，德国刨煤机基本上都采用快速刨，刨头速度可达2.25～2.4m/s，3m/s刨速也已经出现。刨链的直径也在相应增大，由Φ38mm增大到Φ42mm。
四、选择
实现薄煤层安全高效的开采，关键在于装备自动化设备的高低程度，历年来的经验证明，综合机械化采煤是薄煤层长壁工作面高效高产的唯一途径。目前，薄煤层自动化综采成套设备主要有两种较为成熟：一种就是滚筒采煤机配套机组；另一种就是刨煤机配套机组。这两种设备在不同的环境下所产生的经济效益也是大不相同的。德国通过多年来的实践经验得出了他们各自适用的条件（如图3—所示）。
第二节 无人工作面采煤概述及分类
一.无人工作面采煤概念
什么叫无人工作面采煤
工人不长时间在工作面跟机操作，而是在巷道或其它地点控制或操纵工作面机械，完成采煤、装煤、运煤、顶板管理及采空区处理等工序的一种采煤方法。简称无人采煤或无人开采。
二、发展无人工作面采煤技术的必要性
1．生产的需要
综采对采煤工艺和煤炭生产技术发展起了很大的推动作用。但煤层厚度小于0.7m时，工人很难操作，故障很难排除，炮采、普采工人的劳动条件也十分艰苦，因此必须把工人从繁重的体力劳动和恶劣的作业环境中解放出来，发展了人不进工作面的无人采煤法
2．安全的需要
工作面顶板裸露面积大,顶板事故多，难处理，人不进工作面对安全有利。
3．科技发展的趋势
无人采煤目前已发展到中厚煤层和厚煤层，程控采煤机、支架、闭路电视监测，机器人处理机械故障已在发达国家开始研制和开发。因此无人采煤技术是标志一个国家煤炭发展技术的尺度，是技术密集型的产物，是代替劳动力密集型的好方法之一，世界各国都十分重视，并相继投入了大批的人力、物力、财力来从事这一领域的研究。
美国、前西德、在50年代初就开始研制有关设备
前苏联50年代末开始研制，70年代以后大力发展无人采煤技术，目前也正在不断提高，89年召开了全苏无人开采的全国性学术大会，对中厚、厚煤层都有方案，对设备也有很好的想法。
三、我国无人采煤技术现状和发展新技术的迫切性及趋势
1．我国现状
60年代我国在江西、徐州、广东等地试验过煤锯采煤，原始的无人采煤。由于设备可靠性差，顶板管理问题没有解决，仃止了。
2. 我国发展无人采煤技术的迫切性
无人开采目前主要适用于薄煤层中，重点解决工人的劳动环境问题，我国薄煤层约占总储量的20%左右，而产量只占10.4%，而且产量有逐年下降的趋势。我国的薄煤层开采一直不景气。
全国86个统配矿务局586处矿井中，有80个局455处赋存有薄煤层。双鸭山局、鸡西、七台河、淄博比重较大，峰峰、焦作、西山也有相当比重，徐州、兖州、大同、新汶、枣庄及华北、华东的许多地区都赋存有薄煤层。研究薄煤层开采是具有战略意义的课题，我们在这方面应赶上世界发展水平，也是每个采矿工作者的义不容辞的任务。
四.无人工作面采煤方法的分类
采煤方法是回采巷道布置和回采工艺的组合，分类应考虑各种因素在内，包括落煤、运煤、支护、矿压控制，工作面推进方向，开采方式和有无改变煤的聚集状等，这样比较全面。
第三节 煤锯无人工作面采煤
一. 煤锯采煤及其装置
（一）、煤锯的产生及发展
1910年首先在德国出现，开采急倾斜煤层，获得成功
30年代末前苏联第一次实验，50年代扩大应用
我国50年代末60年代初先后在四川鱼田堡煤矿、京西大台煤矿、广东曲仁煤矿、江西乐平矿务局、徐州的旗山等地进行了实验，取得了一些经验
（二）、煤锯的结构
煤锯种类繁多，但工作原理大致相近。一般都是由双向割煤的碎煤刀组成，碎煤刀每0.5~1m安装一组，碎煤刀上有截齿、截齿钳有合金钢片，在钢丝绳或钢链的牵引下，由上下绞车驱动，往复切割煤壁破煤。一般在煤壁下方拉出一个横沟，随横沟的加深，在矿山压力和自重的作用下垮落，靠自重遇运出工作面。如图2-3所示 ,煤锯结构图
（三）、煤锯采煤法的种类
分为 ： 走向长壁—工作面较长 40~130m
倾斜长壁—工作面较短 10~40m
二. 走向长壁煤锯无人工作面采煤
（一）．巷道布置：如图2-1所示
特点：
①采区布置同急倾斜的上山采区，布置大致相同。
②上山也一般为三条： 溜煤、运料、行人、也可四条
③区段高（斜长）40~130m
④区段巷道可采用单巷或双巷布置，运输巷一般有超前平巷
⑤采用U型通风系统
（二）．回采工艺系统如图所示2—2
1. 设备布置 : 上下平巷各一部绞车，在10m外，并有导向滑轮;
工作面安装煤锯，由钢丝绳牵引，或链牵引,
煤锯长3~7m。
2．回采工艺过程
①先锯工作面下方1~3m，再锯上端1~3m，使工作面成弧形；
②正常割煤；
③采空区不支护；
④ 当工作面推进到接近顶板垮落步距时，仃采留下2~3的小煤柱，搬到新开切眼内采煤，顶板管理采用刀柱式管理。
(三)实例 江西乐平矿务局涌山矿煤锯采煤
条件 ： α=55～62°，平均56°，m=1.8～2.4m,不粘顶，顶板10m厚的细砂岩,瘦煤,煤中有夹矸0.2m，高沼气，有煤和瓦斯突出危险。上下2~5m开有辅助平巷，解决瓦斯超限，工作面长33~38m，每20~25m开一新开切眼，煤锯长7m，碎煤刀为六角十二刃形式，小煤柱为3m，上下平巷安装有电声讯号，三班出煤。
工作面主要经济技术指标为：
采高 2m
倾角 58°
工作面长度 33～38m
日推进度 2m
日产量 224t/天
月推进度 56m
月产量 6720t
回采工效 4.51t/工
坑木消耗 51.4m3/万t
（四）效果及评价
优点： 设备简单，便于管理，容易操作， 体力劳动强度小，生产环境良好，材料消耗少，成本低，效果良好。
缺点： 对顶底板适应性差，断绳处理困难， 煤损大，采区回采率底。
三.倾斜长壁煤锯无人工作面采煤
（一）巷道布置如图2—5所示
特点：
1.先划区段再划条带；
2.在条带顶部布置回风巷,在条带下部布置运输巷；
3.条带两侧设回采斜巷（或大直径钻孔眼）；
4.运输巷顶部设放煤口，将工作面的煤放出外运；
5.条带斜长、条带宽度与煤层顶底板条件有关。
（二）回采工艺系统
1．首先完成条带准备，ДГИ钻机钻透上下平巷；
2．在靠近运输巷处开开切眼，安装好放煤口；
3．安装设备进行采煤；
4．工作面采空区不支护。
此采煤方法在前苏联广泛使用，顿巴斯、别丘尔、库兹巴斯等矿区使用，效果较好。
（三）条带采煤放煤方式
1.采空区储存煤炭，利用破碎下来的煤控制顶板，将煤逐渐放出，类似仓诸采煤法。对控制顶板有利。如图2—6所示
2.采煤的同时煤炭直接通过采空区放出，工作面无任何支护。当工作面推进一定距离后，对放煤口冲击太大，不易控制。如图2—7所示
3．利用笨溜槽等专门设备放煤，不太成功 。 图示2—8所示
第一种方法较好，使用较多，对控制顶板有利。
四. 对煤锯采煤的评价
1.优点：设备相对简单,造价低 ,工人易操作 ,劳动强度小,
材料消耗少，工人作业环境好 ,巷道内操作机械，曾一度广泛被采用。
2.存在问题：
煤锯工作性能差，可靠性低，常出现断绳、卡绳现象,处理事故困难。
关键问题是顶板管理没解决，除顶板冒落外，底板也会滑落。煤拄支撑法煤损较大，开切眼开切工作量大，仰斜条带也是如些。
3.适用条件
煤厚0.3~5m，围岩稳定，α＞35°,
煤层较软，煤层节理裂隙发育，不粘顶。
发展方向:
高效、可靠、强动力煤锯，解决断绳问题。
大直径、大功率钻机用于开开切眼。
新型支护设备的发展，如气垛支架等。
第四节 螺旋钻机无人工作面采煤
一．螺旋钻机无人工作面采煤概述
1、起源与发展
最早发展的是美国卡尔托克斯单轴螺旋钻机，回收房间煤柱，在50年代初。随后是原西德也研制出单轴螺旋钻机。
前苏联58年以后第一次在井下使用，70年以后大量使用，年产500多万吨，从单轴到双轴到多轴。
2、特点
①是比较成熟的一种方法；
②可采出用其它方法不能采出的煤炭；
③彻底改善和解放了工人的劳动环境和条件，安全大有改善；
④向更完善的方向发展，与刨煤机、水采联合使用，向综合技术发展。
（一）螺旋钻机的种类
1.按结构分：单轴螺旋钻机 ：如 美国的卡普顿，奥盖尔马依温尔；
多轴螺旋钻机 如 苏БYГ-3，БШУ多轴螺旋钻机；
图形3-1，3-2，3-5， 3-6所示
2.按切削方式分：
钻削式: 美奥盖尔—马依涅尔,苏БYГ-3，БШУ ;
切削式 : 美国卡普顿
3.按工作方式分：
单向钻进式 : 苏ΑШΚ
双向钻进式 :БШУ
(二)螺旋钻机的结构和工作原理
1.结构
钻头 ， 螺旋节式钻杆，钻机 ， 电机，减速器 ， 液压部等；
千斤顶 ， 单轨吊， 运输机等组成。还有附属设备等。
图3-2是美国的奥盖尔马依涅尔单轴钻机
1.钻头 2.螺旋叶片 3.导向架4.导向座 5.千斤顶 6.液压部 7.电机 8.减速器 9.钻杆
2.工作原理及过程
①钻头破煤钻进;
②螺旋钻杆不断接长，推进钻头钻采，煤由钻杆自动运出；
③千斤顶可调整角度和稳固钻机 ； 图3-6
④单轨吊为接长钻杆和撤出钻杆服务，钻杆放在钻杆仓内或巷道内；
⑤钻孔的煤由运输巷内的输送机运出；
⑥钻机移动可用绞车或 自动行走（履带或迈步滑靴等）；
⑦工人在巷道内操纵机器即可钻进采煤。
如图3-3所示
3、螺旋钻机目前的发展状况
①美国奥盖尔—马依涅尔 单轴钻机；卡普顿钻机，可向两帮钻进采煤，履带行走，功率大，钻进深度可达25～38M；
②美国安捷尔哥劳德,奥盖尔—马依涅尔钻机；
③苏БУГ系列钻机，基洛夫机械厂制造；
④ БШУ 钻机更好，性能优越。
趋势：单轴 双轴 多轴；大功率,自动行走,性能更可靠,扩钻孔,长钻进。
⑤目前在乌克兰顿巴斯已使用更为先进的三轴螺旋钻机，型号为：БЗМ，可以充填矸石，自动行走，单机产量1吨/分钟。由钻机本身自带的局扇通过风筒向钻孔内送风。如图1-12和1-13所示。
三． 螺旋钻机采煤的开采方案
（一）形式
在同一条回采巷道内常用的有以下几种方式：
1、单机单向钻进后退式开采 ； 图3-7a上
2、单机双向钻进后退式开采； 图3-7b
3、双机单向钻进后退式开采， 双机错开一定距离同时后退；
4、单机单向钻进混合式（前进、后退混合式）；图3-7a上下
5、分段作业式 。 图 3-10
（二）分析
1、单机单向钻进后退式开采（一般上下平巷各一台单向钻进）
工作单一，比较简单，设备少；
设备利用率低，但巷道维护量大，需保留区段平巷，维护费高。
2、单机双向钻进后退式（西德 瓦里祖姆矿使用此方法）
工作复杂，设备较多，需经常换向开采；
但巷道不需维护。
3、双机单向钻进后退回采
设备多，两台运输机，前后两机有干扰；
产量高，巷道维护量小，只维护一段。
4、单机单向钻进混合式，同第一种。
5、分段作业方式
产量高，生产集中，设备多，利用率高；
巷道维护量稍大，但一般薄煤巷道好维护。
（三）钻机在平巷中的设置
有两种方式：
①钻架车朝向采空区方向，辅助设备在煤体方向，不影响撤钻杆，生产效率高，工序影响少，较多采用。
②钻架车朝向煤体方向，后方撤支架时可采用这种方式。
四、螺旋钻机采煤的通风系统
局扇通风—无瓦斯矿井和瓦斯涌出量小的矿井，回收煤柱等。
全矿井负压通风—瓦斯涌出量大的矿井，可用U型通风，钻孔内可用风筒通风。
五、螺旋钻机采煤的巷道形状及支护
形状：可采用拱型，且较为多用，需卧底和挑顶；巷道断面一般为6.5-7.2m2 。如图3-6,图3-4
支护：①支护：注意棚距与钻孔尺寸的匹配，相同或成倍数 ② 最好用锚杆支护
六、螺旋钻机采煤钻孔间的煤柱形状及尺寸
1.煤柱的作用：
控制顶板，控制矿山压力，代替支架；便于运煤，防止煤涌向旧钻孔；保证钻机的正常钻进，不夹钻。图3-11，图3-9
（二）煤柱的形状及尺寸
1、形状:工字形，实际是矩形，双轴之间不连续。图3-7，图3-11
2、煤柱尺寸
①影响因素：煤层厚度、煤体的硬度、顶底板岩性、钻孔的形状等。
②尺寸：每一特定条件下煤柱有其最佳尺寸，煤损小，又能支撑和控制顶板，保证钻机的正常钻进采煤。
双轴双孔的经验数据：煤厚0.5～0.7m，煤柱最窄部分0.15～0.25m.
煤厚0.8m，煤柱最窄部分0.2～0.3m . 图3-9
单轴单孔的经验数据:煤柱尺寸还可再小些。
③钻机钻进深度:30～40m，ВЗМ三轴钻机可达60m.
④回采率：60～70%
（三）扩钻孔技术
为了提高煤炭采出率，降低煤炭损失，世界各国都在应用扩钻孔技术。
扩钻孔一般有三种形式：
1、先钻小直径的基本孔，然后扩孔：小钻孔钻进，后退扩孔（换钻头）；两台钻机，有专门扩孔机。 图3-11
2、沿煤层厚度扩钻孔，西德钻机螺旋叶片上安有刀具，先向上扩再向下扩。 图3-12
3、沿煤层层面扩孔
在钻到预定深度后，采用远距离控制，将端头钻杆向一侧（两侧双轴）偏转一定角度，在回程式中将钻孔间的煤柱采出。图3-13
七、螺旋钻机采煤法顶板管理与矿山压力控制
1、煤柱支撑顶板,0.15～0.35.在周期来压时留大煤柱控顶板;
2、用矸石充填采空区（钻孔）：可减少矸石提升量；
充填可使有效钻进深度提高；
提高回采率，留大煤柱充填后再钻采。
图3-14 掘进用矸石风力充填钻孔，沿平巷布置80M。较复杂，有干扰。
采用专门钻头，后退时将矸石填入钻孔。
八．螺旋钻机采煤法的适用条件及评价
（一）、适用条件
1、a≤15°；
2、煤层厚度0.45～1.5m；
3、煤的切割阻力≤250KN/m；
4、煤层不会黄铁矿结核；
5、煤层无自燃、无突出危险，无冲击地压危险；
6、顶板条件随意；
7、正常布置工作面采煤，回收边角煤、各种煤柱，三下采煤。
（二）、评价
优点： 该方法为薄煤层开采创出了一条新路；
为薄和极薄煤层开采开辟了广阔的前景；
改善了工人的劳动条件，提高了劳动生产率；
多回收地下资源，提高了人类开发资源的能力，延长了矿井服 服务年限；用人少，效益好，省掉工作面支架、运输机，经济效益显著；
缺点： 巷道掘进率高，有一定的煤损（但总比不采出好），巷道卧底挑顶出矸量大。
第五节 刨煤机无人工作面采煤
一． 刮刨机刀柱式无人工作面采煤
（一）、刮刨机简介
薄煤层厚度、空间小，无法安装运输机，刮刨机是一种采煤、运煤为一体的采煤机械，形状似耙斗装岩机的耙斗，截齿朝向煤壁，上下巷道设牵引装置驱动，沿煤壁往返运行采煤，并将煤运出。
（二）、巷道布置 如图4-1所示
上有回风平巷，下有进风运输平巷，从开切眼安装刮刨机；
顿巴斯真理报煤管局应用情况：
工作面长：100～120m;
顶板砂页岩:8～9m;
采空区跨距：13～20m;
煤柱：3～5m , 还试验了从开切眼向两个方面开采的方案，可减少开切眼工作量.
（三）、效果
工作面日产：150T；
工作面效率：12T/工。
二． 螺旋钻机—刮刨机联合采煤
（一）、问题的提出
1、螺旋钻机孔间小煤柱丢煤；
2、刮刨机开切眼工作量大，为克服以上缺点，提出钻刮联合采煤方案。
（二）、巷道布置
如图4-2所示
工作面上有回风平巷:安装一台螺旋钻机，刮刨机动力钻，输送机，回风；
工作面下有运输平巷:安装一台螺旋钻机，刮刨机动力钻，运输机 , 进风;
开切割眼:工作面采用U型通风系统，工作面长为两台钻机的有效钻进长度。
（三）、回采工艺
1、上下螺旋钻机错开一定距离，相向钻进采煤，运输巷钻机稍滞后一定距离；
2、根据顶板来压及煤柱压酥情况，滞后钻机10-15m，安装刮刨机采出孔间煤柱，刮刨机可双向采煤，双向运煤；
3、工作面不支护，顶板缓慢下沉；
4、 沿空留巷，一巷两次使用。
（四）、重要参数的确定
1、根据矿压观测，在不同条件下，确定刮刨机的滞后距离；
2、钻孔间的煤柱尺寸；
3、煤柱的残余高度，与刮刨机的正常工作空间相适应，
一般不小于0.4～0.5m；
三.刮刨机—楔型支架无人工作面采煤
（一）、刮刨机采煤存在的主要问题
顶板管理方法采用无支护：顶板管理困难；
有支护：一次性支架 楔形支架；
工作面的移动的支架—气垛,移动困难。
（二）、楔形支架的结构
如图4—3所示:有上楔块、下楔块、木垫块
以中间木块实现可缩，楔形支架材料：水泥十矸石、粉煤灰等。
（三）、楔形支架的安装
利用支架安装机从回风巷下放，由下向上，顺序安装；
①安装步距依顶板压力而定， 一般工作面推进1~1.5m后安装 ；
②安装要求:成排 ， 有一定的初撑力，安装支架时不采煤。
支架安装机如图4—5
（四）、楔形支架的应用
①极薄煤层；
②刨煤机采煤机工作面都可以用；
③倾角大时 ：自动下滑。 双滚筒绞车牵引，工作面下部设滑轮。
四.刮刨机气垛支架综合机组无人工作面采煤
（一）、设备
采煤: 刮刨机 ；
运煤: 刮刨机；
支护: 气垛支架 ， 两排， 交错布置 ， 超前间距0.2m ， 支架间用钢丝连接； 长1340 mm, 宽740 mm, 高600~700mm; 绕在导内器的绳轮上.气压800Kpa 工作阻力:450KN。
（二）、巷道布置：
走向长壁 ，设上下顺槽。 如图4-6所示
（三） 回采工艺
1．刮刨机沿工作面往返采煤 采下的煤靠刮刨机运出工作面；
2．煤壁推进0.4m后，把导向架的卡箍连在刮刨机的侧帮上；
3．后排支架放气,刮刨机沿工作面运动,把导向器拉向煤壁，放气后的气垛随之前移；
4.充气支撑顶板,撤掉卡箍， 刮刨机正常采煤。
（四）、应用实例
顿巴斯矿 ： h2煤层 ， 煤厚0.42~0.55m，
α=3~4°， 顶板8~9砂页岩。
存在问题：移架力不足 ， 气垛漏气 ， 中间空顶距加大，1.7~2.2（2.4）m。
五．我国刨煤机综合机械化无人工作面采煤发展现状
刨煤机液压支架综合机械化无人工作面采煤在铁法煤业集团公司小青矿实验成功，在中国实现了无人工作面开采技术历史性突破。
(一)综采设备及工艺
1.工作面简况
703B刨煤机无人工作面位于该井田西部的WE采区，工作面走向长度905m,倾斜面长150m,回采推进625m后，面长变为195m。煤层厚度1.00~1.58m,平均厚度1.3m,煤层倾角5~8°，局部起伏变化比较频繁，巷道为锚杆支护。两顺槽之间有边切巷道，并与WE采区煤仓相连，构成运煤系统，采区运输方式为3吨底卸式矿车单轨运输，运输能力为150万t/a；运输顺槽通过WE进风行人斜巷与西翼—425m回风石门相连，构成回风系统。如图1-30所示
2.工作面主要设备技术特征
该工作面的按自动控制的隶属关系，设备分为两类：
第一类为自动化控制系统设备：即PROMOS系统和VRT32系统，分别由德国PROMOS公司、德国DBT公司制造并提供。它们分别与所对应的受控设备有着复杂的智能联系。在人工指令下或在接受受控设备反馈信息的过程中，自动监控工作面设备的工作状况。
第二类为受控设备：即PROMS系统和VRT32系统的控制下自动工作设备，它们分别向所对应的控制系统连续反馈工作状态及条件信息。受控设备主要有：德国产刨煤机1台，额定生产能力900t/h；德国产工作面输送机1部，额定生产能力900t/h，刨头滑行轨道可弯曲角度：水平1.10,垂直6.00；国产ZY6400-0.9/2.0液压支架135架；国产SZZ-764/160转载机1部；国产PEM650×1000破碎机一部等 。
3.回采工艺
工作面采煤由刨煤机完成，刨煤机采用Z型进刀方式，采高1.3m。刨煤机上行刨深120mm，刨速1.76m/S.。下行刨深70mm，刨速0.88m/S。
刨煤机在PROMOS的控制下，沿刨头的滑行道自动往返刨煤，刨削的煤块自动落进溜槽运走；工作面运输机的推移和支架的动作分别受PROMOS和PM4控制，尾随刨煤机同步向煤壁方向推移，推移量等于刨煤机刨深。液压支架每三架由一套PM4控制，并接受PROMOS传输的刨头当前位置信息，结合自身传感元件使支架完成推溜、降柱、拉架、升柱等功能。刨煤机工作期间的电动机、减速机的冷却及跟踪刨体定长喷雾，由PROMOS系统监控。刨煤机工作面的技术配置真正实现了计算机远程控制和自动化控制，在正常工作状态下，工作面实现了无人作业。操作人员在控制室对MCU主控台、PM4服务器、PROMOS控制器及控制盘进行监控，遥控现场作业。设备布置如图1-32所示。
4.故障处理
在设备出现故障和遇到设备不适应条件时，须人工停机，并派人到工作现场处理，使之符合采、运、支、移自动化条件。
在刨煤机刨煤过程中，遇到底板纵向起伏大，需指令停机，派工作面巡检员和有关技术人员，到现场对工作面输送机上的调斜千斤顶进行调整，及时调整刨削参数以适应新的工作条件。
（二）技术突破
铁法刨煤机综合机械化无人工作面开采的成功，实现了无人开采三项关键技术的突破与创新，取得了良好的技术经济效益和社会效益，推动了中国无人开采技术的发展。
1.顶板管理与控制技术突破与创新
铁法刨煤机综合机械化无人工作面使用了由北京煤机厂生产的ZY6400——0.9/2.0D型薄煤层掩护式液压支架与德国产刨煤机和德国产工作面运输机配套,工作面共安装液压支架135架.每三架支架为一组,受一套PM4控制,，而PM4接受PROMOS传输的刨头当前位置，在自身的传感元件控制与操纵下自动实现推溜、降架、拉架、升架、支撑顶板等功能，有效地控制了工作面顶板，防止冒顶事故发生，保证了工作面机械的正常运行。因此它是实现刨煤机综合机械化无人采煤成功的关键保证，在顶板管理与控制技术上实现了突破与创新。
2．采、运、支、移设备自动运行技术的突破
工作面的设备实现了计算机远程控制和自动控制，体现了机、电、智能一体化。在正常状态下，刨煤机在PROMOS的控制下，沿刨头滑行轨道自动往返刨煤，采用Z型进刀方式，刨削的煤块由工作面运转机运出工作面，工作面运转机推移和支架的动作分别受PRDMOS和PM4控制，随刨煤机采煤向煤壁方向同步进行。操作人员在控制室对MCU主控台、PM4服务器、PROMOS控制器及控制盘监控，工作面无人，设备可靠性好，运行正常，一切按设计程序进行，达到了无人开采的技术要求，在自动控制上实现了技术突破。
3．实现了薄煤层无人工作面高产高效技术的突破
该刨煤机综合机械化无人工作面管理水平高，职工队伍全部由大、中专毕业生组成，综合素质高，生产效率高，平均日产3417t，最高日产5300t，达到了年产120~150万t的薄煤层高产高效水平，创中国薄煤层单产最高纪录。并且工作面用人少，设备故障率低，开机率高，配件、油耗、材耗少，生产成本低，生产九个月创直接经济效益1700多万元，为薄煤层高产高效开辟了广阔前景。
（三）．中国无人开采技术的展望
中国在无人开采技术方面一直在不停的努力发展和积极探索试验。铁法刨煤机综合机械化无人开采的成功，给中国无人开采带来了希望，推动了中国无人开采技术的发展，推动了煤炭开采技术的发展，为改善煤矿工人的劳动环境、劳动条件提供了机会与可能，技术经济效益和社会效益十分巨大，使人们越来越重视薄煤层的开采问题。同时为缩小中国与世界先进开采技术的差距起到了积极作用。目前西山、晋城、兖州等矿区都在准备或已经上马刨煤机无人开采。
同时顶板管理与控制技术的突破，以及采、支、运设备的高度自动化与自动控制技术为无人开采向中厚煤层和厚煤层发展奠定了基础。相信液压支架、滚筒采煤机无人工作面开采不久将在中国问世，无人开采技术将会在中国更上一个新台阶，会有更大发展，更好地推动世界煤炭开采技术的发展。
第六节 综合机械化无人工作面采煤
一．缓倾斜煤层短壁综合机械化无人采煤
苏制KTΠ综合机组采煤 图5—1
1．设备组成
采煤机：两个垂直煤层顶底板的滚筒，可以向两侧扩展，带有挡煤板。
输送机：节式螺旋输送机，运煤 ， 把采煤机送往工作面，传动力矩给采煤机。
导向台：安装螺旋输送机。
转载机： 运煤。
2．采煤工艺
从平巷向两侧采煤，房式采煤法， 留煤柱支撑顶板。
①采煤机滚筒合扰，前进采煤；
②不断接长螺旋转送机 ；
③到达预定距离后，放下挡煤板，展开滚筒后退扩宽煤房；
④到达下平巷前几米收拢滚筒，撤出采煤机；
⑤煤房不支护。
3．工作指标
m=0.45~0.9m ， α=18~20°。
0.6m 厚时： 日产615t 效率20t/工，
煤损22% ， 煤柱宽 0.5m，
前进采煤房宽1.24m ，后退 2.64m；
煤房长50m。
二．倾斜煤层综合机械化无人工作面采煤
（一）苏ΚБВ机组
1.设备：
采煤机两台,一台工作,一台准备； 水平滚筒两个；
螺旋输送机,给采煤机传动动力,送采煤机到工作面；
传动导向台,控制方向， 供给动力。
2.回采工艺 图5-4
一台钻进;
一台扩孔采煤;
螺旋输送机运煤.
3.指标
钻进 75m ， 煤房扩宽到3m ， 煤柱 0.3~0.5m，
α=35°以下，m=0.6M，日产450t 效率＞15.5t/工。
（二）苏金捷克综采机组
1.设备 图5-5
钻机
采煤机
螺旋输送机
2.工艺
①先钻进；
②钢丝绳通过钻孔牵引采煤机采煤；
③螺旋输送机把煤运到平巷；
④螺旋输送机传送力炬给采煤机；
⑤到回风巷辅加滚筒，上行1.2米,下行2.4米.；
⑥改进运输机,可弯曲90度。
3.指标
m=0.8m,日产570吨，效率46吨/工。
4．改进后的金捷克2k型 图5-6
从平巷向两个方向采煤 , 日产800~1200t 效率20~30t/工,
利用输送机顶梁支撑顶板;
输送机带胶轮, 顶部带托滚,用于支撑顶板.
三．急倾斜煤层短壁综合机械化无人工作面采煤
（一）、设备КМД机组 图5-7
采煤机， 传动杆，每10m一个支撑连接器，保证方向，并给煤机传送动力；
受煤仓带闸门， 控制台。
（二）、采煤工艺
①设备定位；
②向煤房内采煤 ， 可达120m ， 采宽1.2m;
③透到回风平巷后安装扩宽器,自上而下扩宽煤房到3.6m~4.2m;
④回收设备，移动地点,重新采煤.
(三)、工艺系统 图5-8
①留 0.8m煤柱 , 煤损17.5~20%;
②矸石充填 , 提高回采率。
（四）、应用
顿巴斯 、 库兹巴斯 ， 整机性能良好，方向性好；
围岩中等稳定以上，M=0.45~1.2m ， 日产580~600t。
四．有支架的急倾斜煤层综合机械化无人工作面采煤
（一）、苏КБК综采机组 图5—9
1．设备
隔离型支架；
刨煤机—钢链牵引；
平巷机站—牵引、动力装置 ， 支架支点；
千厅顶—用来移动工作站；
2．回采工艺
①刨煤机沿工作面往返采煤；
②把隔离型支架和刨煤机移向煤壁；
③采空区自行垮落
3．实用
在卢门捷夫矿、 耶娜基也夫斯卡娅 矿使用；
存在问题 ： 支架不稳定，向煤壁倾倒，影响刨煤机通过，上下出口支护不好；下口堵煤，通风不畅。
（二）、苏КБТ机组 图5—10
1.设备 ： 采煤机 ， 滚筒截深900mm,绞车牵引;
支架安装机, 楔型支架.
2.工艺：
①工作面人工开下缺口；
②采煤机单向采煤 , 从下缺口开始；
③采煤机割两刀后,支架安装机安装支架，在自重的作用下， 由下向上安装支架；
④安装支架时采煤工作仃止；
⑤支架安装排距1.8m,上下出口排距0.9m；
⑥工作面是正伪斜 。
3.使用
煤厚0.3~0.5m；
日产250~300t；
效率17~20t/工；
对底板要求平稳；
楔形支架初撑力不足。
五．采煤机-气垛支架长壁无人采煤
（一）2K ЭБ 机组 图5－11
1.设备
采煤机;
气垛支架;
绞车三部 ： 一部牵引采煤机;
一部下放支架;
一部回采绞支架;
工作面两排主要支架：
煤壁排支架
由运输巷供风;
放顶排支架
辅助排支架——由回风巷供风;
气垛支架采用撤回到回风巷重新安装的方式， 此时采煤机位于上出口附近。
2.回采工艺
①滚筒采煤机单向采煤，从下缺口开始；
②支架安装；
安装顺序：
a.首先把气垛与钢丝绳连上，气垛滑靴也与采煤机钢丝绳连上；
b.利用采煤机自重下滑支架，把支架引向工作面；
到达一个支架安装步距步距后仃车，把第二组气垛连上钢丝绳，滑靴与采煤机钢丝绳连上再下放，该项工作依次进行，直到工作面全部安装完气垛，采煤机到达下缺口。
c.第一排支架安装完，摘掉滑靴，充气；
d.采煤上行采煤；
e.采够一个排距后，安装第二排，乃至第三排；
f.到达最大控顶距后，把辅助排和放顶排支架的钢丝绳连上，先放辅助排，上拉，放顶排顺序放气，转180度回撤。
工序：
采煤—下放采煤机—辅助排支架卸载—放顶排支架顺序卸载—支架撤回到回风巷—下放支架—支撑顶板。
3.应用
阿尔诺尼斯基局;
阿里哈娃兹卡亚矿应用;
拆除工作量大，气垛软管易坏。
（二）、涅瓦综合机组 图5—12 列宁革勒矿业学院研制
1．设备 采煤机探索—2型， 气垛两排， 四联杆相互链接。
2．应用：斯达汉诺夫矿
煤厚0.85m，应用成功。
小 结
1.无人采煤方法很多,如水采、气化、液化、重液采煤、液压脉冲采煤等，因时间关系，就不再介绍。可参考《无人工作面采煤》一书,刘过兵编著,煤炭工业出版社,1993年。
2．我国在刨煤机综合机械化采煤方面已有突破，应继续发展和完善；并向中厚、厚煤层采煤机综合机械化无人工作面方向进展，尽快实现突破。
3.各位应积极支持新技术的实验和开发研究，不断创新，为煤炭科技发展作出贡献。
谢 谢！
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