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一、采煤工艺演变与发展

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山东煤矿采煤工艺参照开采煤层具体条件,呈现炮采、炮采机装、水采、普采、高档普采、综采(放)等多种方式。2005年,省属煤炭企业机械化程度达到93.63%,其中综采机械化程度80.15%、高档普采机械化程度13.29%、炮采比重仅为6.56%。综采采煤工艺在山东煤矿广泛应用,水采工艺基本取消,高档普采逐步下降,炮采只占很小比重。
炮采(爆破采煤) 炮采采用打眼放炮落煤的生产工艺,主要工艺流程为打眼装药、放炮落煤、人工装煤(攉煤)、刮板输送机运煤、移置输送机(移溜子)、人工架设单体支柱和回柱放顶等。这一工艺多应用于中小煤矿和不适于机采的薄煤层及含有硬夹矸的煤层。
肥城矿区1991年平均29.54个采煤工作面,其中6.36个工作面采用炮采工艺,2005年矿区平均22.73个采煤工作面,其中炮采工作面3.22个。龙矿集团20世纪90年代后除洼里煤矿受地质条件限制继续采用炮采与高档普采外,北皂煤矿、梁家煤矿全部采用综采工艺。2005年,临沂矿区东部的草埠、莒县、岐山、汤庄、五寺庄、褚墩、塘崖、株柏等矿,以及淄博老矿区的夏庄、西河、石谷、双沟、南定等矿和一些地方小煤矿,仍以纯炮采工艺作为采煤主导工艺。
炮采机装 炮采机装也称高档炮采,采用爆破落煤、机械化装煤、单体液压支柱支护顶板的采煤工艺。2005年,省内一些资源量少、地质构造复杂、煤层条件差、推广机采非常困难的小煤矿以及开采含硬夹矸薄煤层的省属煤矿仍然采用炮采机装工艺。
水采(水力采煤) 利用高压水射流落煤的生产工艺。水采工艺具有生产环节简约、机械化程度高等特点,但存在通风系统不完善、回采率低(仅60%左右)、对直接顶板稳定性要求较高、巷道掘进率高、准备工作量大、吨煤电耗和粉煤率较高、辅助运输机械化程度较低等不足,山东只有少数煤矿采用。

图4-5 枣矿集团20世纪90年代水采工作面

滕南矿区高庄煤矿1997年10月至2005年5月采用水力采煤工艺,最高月产11.23万吨。肥城矿区杨庄煤矿、官桥矿区八一煤矿均以水力采煤为主导工艺,其中杨庄煤矿的水力采煤于1978年结束,1979—1994年转为水力复采共采出原煤237万吨,八一煤矿水采至1992年矿井报废,服务期32年,累计生产原煤1939万吨。
普采 全称为普通机械化采煤,即落煤和装煤采用浅截式滚筒采煤机,运煤采用刮板运输机,支护选用金属摩擦支柱配合铰接顶梁。
普采工艺20世纪60年代广泛采用,对提高煤矿采煤机械化程度发挥了重要作用。山东煤矿采煤机械化程度从1965年12.3%增至1967年29.74%,2000年后山东国有重点煤矿只有少数煤矿受煤层地质条件限制继续采用普采工艺。
高档普采 全称为高档普通机械化采煤,支护采用单体液压支柱,与普采采煤工艺基本相同。20世纪90年代后,高档普采成为山东国有重点煤矿采煤作业的主导工艺之一。
1990年,淄博矿区高档普采面由1985年的8个增加到18个;1998年淄博矿务局32个采煤工作面全部采用单体液压支柱支护。肥城矿区1990年后全部改用高档普采。枣庄矿区2005年高档普采平均月产4.2万吨,最高月产5.2万吨。新汶矿区1988—1995年以高档普采为主,工作面采用单体液压支柱配金属铰接顶梁支护顶板,配备MDY-150型采煤机,1996年起中厚煤层高档普采工作面实现机组自开机窝和双向割煤,1998年后高档普采工作面逐步应用MG-200采煤机破煤,2002年后矿区多数使用无链牵引双滚筒采煤机。兖州矿区4对大型煤矿1982—2000年以综采为主,高档普采1991年占8.46%,2000年只占2.72%。龙口矿区1990—2005年以综采、高档普采为主,1990年高档普采占34.69%,1995年高档普采占16.39%,2000年高档普采只占2.04%,2004年后均为综采。临矿集团没有经过普采阶段,2001年新区古城矿井投产就实现综合机械化采煤。
2005年,山东煤炭工业高档普采占机械化采煤比重为13.29%。高档普采比例中,淄矿集团为13.35%、新矿集团为31.70%、枣矿集团为9.04%、肥矿集团为94.89%。兖矿集团、龙矿集团、临矿集团均无高档普采。
综采 全称为综合机械化采煤,特点是采煤各道工序全部实现机械化,落煤和装煤采用浅截式采煤机或刨煤机,工作面运煤采用可弯曲刮板输送机,支护采用自移液压支架,并在工作面配有通信、照明等附属设备。
山东煤矿应用综采工艺始于20世纪70年代。80年代,兖州矿区的南屯、兴隆庄等煤矿综采设备效能发挥越来越好,兴隆庄煤矿1984年将高档普采工作面全部改造成综采面,1985年综采机械化程度达到100%,成为全省第一对综合机械化采煤矿井;南屯煤矿1980年采用综采,1986年实现综采,综采机械化程度名列全省第二;1986年、1989年投产的鲍店煤矿、东滩煤矿,投产当年便实现综采。全省煤矿综采产量1990年仅为1153.56万吨,综采程度32.86%,平均综采工作面19.88个,平均单产5.02万吨;1995年综采程度达到49.16%,2000年达到61.28%。

图4-6 综合机械化采煤工作面

综放开采 全称为综合机械化放顶煤开采,在综合机械化采煤基础上演变而来。综采采高受液压支架支撑高度影响,中厚煤层开采要实现综采需要采用分层开采的办法,采用综放开采工艺流程简单,同时简化巷道布置。
1991年8月,兖州矿务局申报推广应用综放开采技术并选点兴隆庄煤矿进行试验。山东煤炭工业管理局成立鲁西南厚煤层综采放顶煤课题组,1992年2月在兴隆庄煤矿召开全省综采放顶煤技术座谈会,其后综采放顶煤技术迅速在兖州矿务局继而在全省推广,效果显著。
全省煤矿综采(综放)产量、综采机械化程度1991年分别为1356.09万吨、37.11%,1995年分别达到2042.41万吨、49.16%,2001年分别达到3956.92万吨、63.67%,2005年分别提高到6974.69万吨、80.15%。