薄煤层智能开采技术研究现状与进展.pdf

第 ４８ 卷第 ５ 期煤 炭 科 学 技 术Ｖｏｌ􀆱 ４８ Ｎｏ􀆱 ５ ２０２０ 年５ 月Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｙ２０２０ 特约综述 袁 永１９８３ꎬ男ꎬ河南泌阳人ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ博士ꎮ 澳大利亚阿德莱德 大学、中国科学院武汉岩土力学研究所访问学者ꎬ中国煤炭学会会员、煤炭科学技 术青年专家委员会委员ꎬ兼任科技部国家科技专家库专家、江苏省科技咨询专家、江 西省科技专家库专家、教育部学位与研究生教育网评专家ꎮ 主要从事智能采矿、卸压增透和灾害防控方面的教学与研究工作ꎮ 提出了“基于 地质条件 ＣＴ 探测的采煤机预设轨迹＋三机协同控制＋视频监控干预”的智能化开采 模式ꎬ主要包括智能开采系统的立体化设计方法ꎬ智能开采辅助决策支持系统ꎬ复杂 条件煤层综采割煤轨迹与割煤速度调控方法ꎻ揭示了薄/ 极薄煤层卸压开采应力－渗 流－损伤耦合作用机制ꎬ提出了钻采卸压增透参数确定方法ꎬ拓展了二氧化碳预裂爆破提高坚硬煤层块煤率的 研究方向ꎻ提出了复杂条件煤层大采高综采/ 综放采场支架－围岩稳定性控制技术ꎬ浅埋残留煤柱重复采动致 灾机理与预裂爆破防控方法ꎬ超长综采工作面双采煤机开采工艺和顶板控制技术ꎮ 主持国家自然科学基金项目２ 项面上、青年、国家重点研发计划项目子课题 １ 项、国家“８６３ 计划”项目子课题 １ 项、江苏省自然科学基金项目２ 项面上、青年、教育部博士点基金项目１ 项以及企业联合攻关项目等３０ 余项ꎮ 出 版专著３ 部ꎬ发表论文６０ 余篇ꎬ其中 ＳＣＩ 检索２０ 篇、Ｅｉ 检索２６ 篇ꎬ授权发明专利１７ 项ꎮ 荣获教育部科技进步二等奖 １ 项、山西省科技进步二等奖１ 项、黑龙江省科技进步二等奖１ 项、中国煤炭工业科技进步二等奖 ６ 项ꎬ其他省部级科 技进步三等奖６ 项ꎮ 主讲采矿学智能采掘智能化开采等课程ꎬ获第三届全国采矿工程专业青年教师讲课比 赛一等奖 １ 项ꎬ中国矿业大学多媒体课件一等奖和教学成果二等奖各 １ 项ꎮ 移动扫码阅读 袁 永ꎬ屠世浩ꎬ陈忠顺ꎬ等.薄煤层智能开采技术研究现状与进展[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０２０ꎬ４８５１－１７. ｄｏｉ１０􀆱 １３１９９/ ｊ􀆱 ｃｎｋｉ􀆱 ｃｓｔ􀆱 ２０２０􀆱 ０５􀆱 ００１ ＹＵＡＮ ＹｏｎｇꎬＴＵ ＳｈｉｈａｏꎬＣＨＥＮ Ｚｈｏｎｇｓｈｕｎꎬｅｔ ａｌ.Ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓ[Ｊ].Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２０ꎬ４８５１－１７􀆱 ｄｏｉ１０􀆱 １３１９９/ ｊ􀆱 ｃｎｋｉ􀆱 ｃｓｔ􀆱 ２０２０􀆱 ０５􀆱 ００１ 薄煤层智能开采技术研究现状与进展 袁 永１ꎬ２ꎬ３ꎬ屠世浩１ꎬ２ꎬ３ꎬ陈忠顺１ꎬ２ꎬ３ꎬ张 村４ꎬ王 沉５ꎬ王文苗１ꎬ２ꎬ３ １.中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室ꎬ江苏 徐州 ２２１１１６ꎻ ２.中国矿业大学 矿业工程学院ꎬ江苏 徐州 ２２１１１６ꎻ３.中国矿业大学 深部煤炭资源开采教育部重点实验室ꎬ江苏 徐州 ２２１１１６ꎻ ４. 中国矿业大学北京能源与矿业学院ꎬ北京 １０００８３ꎻ５. 贵州大学 矿业学院ꎬ贵州 贵阳 ５５００２５ 收稿日期２０２０－０２－２５ꎻ责任编辑朱恩光 基金项目国家重点研发计划资助项目２０１８ＹＦＣ０６０４７０１ꎻ国家自然科学基金资助项目 ５１４０４２４９ꎻ江苏省自然科学基金资助项目 ＢＫ２０１４０２０１ꎻ煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题资助项目ＳＫＬＣＲＳＭ１９Ｘ０７ 作者简介袁 永１９８３ꎬ男ꎬ河南泌阳人ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ博士ꎮ Ｅ－ｍａｉｌｙｙ２００６２００６＠ １６３.ｃｏｍ 摘 要薄煤层储量占我国煤炭总储量的 ２０％ꎬ受狭小采掘空间等特殊条件制约ꎬ薄煤层开采效益 差、智能化水平低ꎬ产量仅占煤炭总产量的 １０％ꎮ 基于薄煤层多样性赋存条件和提高工作面单产、卸 压效果与采出率的不同开采需求ꎬ将薄煤层开采的技术需求分为 ３ 类薄煤层长壁智能化综采、薄煤 层保护层智能化开采和薄煤层高采出率开采技术ꎮ 系统分析了我国薄煤层矿井开采设计、长壁综采 装备、智能化开采技术、半煤岩巷道掘进和极薄煤层开采技术等方面的研究现状ꎬ详细介绍了 ３ 类薄 煤层开采技术的研究进展ꎬ具体包括①在长壁综采工作面智能化方面ꎬ提出了放大采区面尺寸、 降低采掘高度的立体化设计方法ꎬ开发了薄煤层开采方法、设备配套等辅助决策专家系统ꎬ研制了大 功率、矮机身半煤岩快速掘进机及其支护机具和矮型化超长综采工作面成套装备ꎬ研发了“基于煤层 条件精准探测预设割煤轨迹＋三机协同控制＋视频监控”的智能化开采技术ꎻ②在高瓦斯薄煤层保护 １ ２０２０ 年第 ５ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４８ 卷 层智能化开采方面ꎬ揭示了卸压开采的应力－损伤－渗流耦合作用机制ꎬ提出了长壁面极限卸压采厚 与钻采面卸压增透合理参数确定方法ꎬ研发了基于瓦斯浓度调控的智能割煤技术ꎻ③在提高薄煤层采 出率方面ꎬ研发极薄煤层的长壁综采自动化技术和五钻头自动换钻螺旋钻采煤机ꎬ开发了不同种类的 薄煤层沿空留巷技术ꎮ 提高薄煤层采掘装备的适应性和控制精度ꎬ构建智能开采与灾害防控一体化 理论与技术将是薄煤层智能开采技术的研究方向ꎮ 关键词薄煤层ꎻ智能开采ꎻ增产ꎻ卸压增透ꎻ采出率 中图分类号ＴＤ８２３ꎻＴＤ６７ 文献标志码Ａ 文章编号０２５３－２３３６２０２００５－０００１－１７ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓ ＹＵＡＮ Ｙｏｎｇ１ꎬ２ꎬ３ꎬ ＴＵ Ｓｈｉｈａｏ１ꎬ２ꎬ３ꎬ ＣＨＥＮ Ｚｈｏｎｇｓｈｕｎ１ꎬ２ꎬ３ꎬ ＺＨＡＮＧ Ｃｕｎ４ꎬ ＷＡＮＧ Ｃｈｅｎ５ꎬＷＡＮＧ Ｗｅｎｍｉａｏ１ꎬ２ꎬ３ １.Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｓａｆｅ ＭｉｎｉｎｇꎬＣｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｘｕｚｈｏｕ ２２１１１６ꎬＣｈｉｎａꎻ ２.Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ ＭｉｎｅｓꎬＣｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＸｕｚｈｏｕ ２２１１１６ꎬＣｈｉｎａꎻ３.Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｄｅｅｐ Ｃｏａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｍｉｎｉｎｇ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣｈｉｎａꎬＣｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＸｕｚｈｏｕ ２２１１１６ꎬＣｈｉｎａꎻ ４.Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｍｉｎｉｎｇ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＣｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－ＢｅｉｊｉｎｇꎬＢｅｉｊｉｎｇ １０００８３ꎬＣｈｉｎａꎻ ５.Ｍｉｎｉｎｇ ＣｏｌｌｅｇｅꎬＧｕｉｚｈｏｕ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＧｕｉｙａｎｇ ５５００２５ꎬＣｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓ ａｃｃｏｕｎｔ ｆｏｒ ２０％ ｏｆ Ｃｈｉｎａ’ｓ ｔｏｔａｌ ｃｏａｌ ｒｅｓｅｒｖｅｓ.Ｄｕｅ ｔｏ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｎｇ ｂｙ ｓｐｅｃｉａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬｓｕｃｈ ａｓ ｎａｒｒｏｗ ｍｉｎｉｎｇ ｓｐａｃｅꎬｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｈａｓ ｐｏｏｒ ｍｉｎｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｌｅｖｅｌꎬ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓ ｏｕｔｐｕｔ ａｃｃｏｕｎｔｓ ｆｏｒ ｏｎｌｙ １０％ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｃｏａｌ ｐｒｏｄｕｃ￣ ｔｉｏｎ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｖｅｒｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｕｎｉｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎꎬ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅꎬ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｔｈｉｎ ｓｅａｍ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ ｌｏｎｇｗａｌｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｉｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｉｎ ｓｅａｍｓꎬ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｎ ｓｅａｍｓ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｈｉｇｈ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｒａｔｅ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ. Ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｑｕｏ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｍｉｎｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｍｉｎｅｓꎬ ｌｏｎｇｗａｌｌ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｉｎｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎬ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏ￣ ｇｙꎬ ｓｅｍｉ－ｃｏａｌ ｒｏｃｋ ｒｏａｄｗａｙ ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｕｌｔｒａ－ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌꎬｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ①Ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｌｏｎｇ－ｗａｌｌ ｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅꎬ ａ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｅｎｌａｒｇｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ ｆａｃｅ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇ ｅｘｐｅｒｔ ｓｙｓｔｅｍ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｍｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄꎬａ ｈｉｇｈ－ ｐｏｗｅｒꎬ ｓｈｏｒｔ－ｂｏｄｙ ｓｅｍｉ－ｃｏａｌ ｒｏｃｋ ｒａｐｉｄ ｈｅａｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ꎬ ｓｈｏｒｔ－ｔｙｐｅ ｕｌｔｒａ－ｌｏｎｇ ｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ “ａｃｃｕｒａｔｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｓｅｔ ｃｏａｌ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ＋ ｔｈｒｅｅ－ｍａｃｈｉｎｅ ｃｏｏｐｅｒａ￣ ｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ＋ ｖｉｄｅｏ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ” ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄꎻ② Ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｏｆ ｈｉｇｈ ｇａｓ ａｎｄ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｐｒｏ￣ ｔｅｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒｓꎬ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ－ｄａｍａｇｅ－ｓｅｅｐａｇｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｍｉｎｉｎｇ ｗａｓ ｒｅｖｅａｌｅｄꎬａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｒｅａ￣ ｓｏｎａｂｌｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｎｇｗａｌｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ａｎｄ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌ￣ ｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ.Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ａｎｄ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇａｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄꎻ③ Ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｒａｔｅꎬ ｌｏｎｇｗａｌｌ ｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｕｌｔｒａ－ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓ ａｎｄ ｆｉｖｅ－ｂｉｔ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｄｒｉｌｌ－ｃｈａｎｇｉｎｇ ａｕｇｅｒ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｋｅｅｐ ｌａｎｅｓ ａｌｏｎｇ ｔｈｉｎ ｓｅａｍｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｍｉｎｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎬ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍꎻ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇꎻ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｐｅｒ－ｕｎｉｔ ｙｉｅｌｄꎻ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ａｎｄ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔꎻ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｒａｔｅ ０ 引 言 ２０１９ 年我国煤炭产量 ３７.５ 亿 ｔꎬ在一次能源消费 中的比例占 ５７.７％ꎬ煤炭作为我国能源结构主体地位 的形势将长期存在ꎮ 截止到 ２０１８ 年ꎬ我国煤炭储量 １ ３８８.１９亿 ｔꎬ占世界煤炭总储量的 １３.２％ꎬ却支撑着 世界 ４６.７％的产量ꎬ储采比仅为 ３８[１]ꎬ约为美国 ３６５、俄罗斯３６４的 １/１０ꎬ澳大利亚３０４的 １/８ꎬ 后备资源紧张ꎬ急需提高煤炭资源的采出率ꎮ 薄煤层广泛分布于我国 ８０ 个矿区ꎬ共计 ７５０ 多 个煤层ꎬ工业储量丰富ꎬ可达 ９８.３ 亿 ｔꎬ其中可采储 量约为 ６５ 亿 ｔꎬ占全部可采储量的 ２０％左右[２－３]ꎮ 但是薄煤层的开采过程中ꎬ较大的劳动强度、极低的 机械化程度和经济效益ꎬ导致各类矿区普遍存在 “采厚弃薄”现象ꎬ造成了煤炭资源的巨大浪费与可 采储量极不协调ꎬ薄煤层产量仅占全国煤炭产量的 １０％左右[４]ꎬ安全高效开采薄煤层是提高煤炭资源 采出率的重要途径ꎮ ２ 袁 永等薄煤层智能开采技术研究现状与进展２０２０ 年第 ５ 期 相较于中厚煤层和厚煤层ꎬ薄煤层开采有如下 特征①采掘空间狭小ꎬ设备运转空间有限ꎬ人员活 动区域小ꎬ且易受地质条件影响[５]ꎻ②薄煤层多作 为解放邻近高瓦斯煤层的首采保护层ꎬ地质条件不 清ꎬ探测要求高ꎻ③薄煤层工作面推进速度快ꎬ半煤 岩回采巷道掘进速度慢ꎬ采掘接替紧张ꎻ④薄煤层工 作面作业环境差ꎬ远程监控和巡检困难ꎮ 因此ꎬ需研 发配套的智能开采技术ꎬ以此增加薄煤层开采的自 动化程度ꎬ降低开采成本ꎬ增加开采效益ꎮ 我国煤炭行业发展新的阶段和潮流是智能化开 采ꎬ这也是我国煤炭行业升级转型的必由之路[６]ꎬ目 前ꎬ我国煤矿仍处于智能化开采的初级阶段[７]ꎮ 薄煤 层的智能化开采是在绿色开采理念指导下ꎬ采用成套 智能化采煤装备和人工智能技术ꎬ实现工作面规模化 安全高效绿色开采ꎮ 由于我国薄煤层赋存条件的多 样性ꎬ其实现智能化开采难度较大ꎬ同时ꎬ各矿区由于 地质条件的差异ꎬ薄煤层开采技术也不尽相同ꎬ为此 笔者对不同类型薄煤层的开采技术需求进行了分析ꎬ 全面分析了我国薄煤层开采技术的研究现状ꎬ基于薄 煤层高效、安全和绿色等开采目标ꎬ从提高工作面单 产ꎬ提高低渗透率煤层群卸压效果与薄煤层采出率方 面ꎬ介绍了薄煤层长壁综采智能化、薄煤层保护层智 能开采与薄煤层提高采出率等技术的研究进展ꎬ并对 薄煤层智能开采的进一步发展进行了展望ꎬ研究成果 对推动我国薄煤层智能化开采具有一定借鉴作用ꎮ １ 薄煤层开采技术需求分类 虽然煤炭资源在能源消耗的占比有降低趋势ꎬ 但是其开采强度却愈发加强ꎬ煤炭资源也逐渐枯竭ꎬ 中东部及部分老矿区为均衡各矿井生产能力及延长 其服务年限、提高资源采出率及煤层群卸压开采的 需要等ꎬ许多矿区都面临薄煤层开采问题ꎬ亟需解决 薄煤层安全卸压、规模化智能开采和高采出率开采 等技术难题ꎮ 目前ꎬ薄煤层的常用机械化开采方法 有 ４ 种滚筒采煤机综采、刨煤机综采、连续采煤机 开采和螺旋钻采煤机开采方法ꎬ其中滚筒采煤机综 采是主流的机械化开采方法所占比例达 ８５％ꎮ 基于上述 ４ 种开采方法ꎬ对薄煤层安全绿色开采的 智能化开采技术进行研究ꎮ 基于薄煤层提高工作面单产、采出率和卸压效 果等不同开采需求ꎬ可将薄煤层开采技术分为 ３ 类 １薄煤层规模化智能开采技术ꎮ 随着我国部 分矿区的中厚及以上的煤层储量日趋减少ꎬ薄煤层 逐步成为这些矿井的主采煤层ꎬ提高工作面单产和 智能化水平是此类煤层条件矿区关注的重点ꎬ为此ꎬ 亟需研发长壁综采的成套智能化技术与装备ꎬ以实 现矿井高产高效的目标ꎮ ２薄煤层高效卸压开采技术ꎮ 在高瓦斯煤层 群开采过程中ꎬ先采瓦斯压力小、含量低、危险程 度低的薄煤层保护层ꎬ卸压上下被保护煤层的高 应力、解吸低透气性煤层吸附瓦斯ꎬ是一种有效的 煤层群安全开采技术ꎮ 针对此类煤层矿区ꎬ研究 的重点是提高煤层群卸压开采效果和首采薄煤层 的安全度ꎬ为此需要开发薄煤层高效卸压与高瓦 斯综采工作面智能开采技术ꎬ以实现高瓦斯煤层 群的安全开采ꎮ ３薄煤层稀缺煤种高采出率开采技术ꎮ ２０１２ 年国家发改委颁布的特殊和稀缺煤类开发利用管 理暂行规定要求高于其他煤种采出率 ３％开采稀 缺煤种薄煤层采区采出率要求高于 ８８％ꎬ焦煤、 肥煤、无烟煤等稀缺煤种广泛分布于华北、东北矿区 薄煤层中ꎬ这些矿区出台了关于薄煤层的保护性开 采措施ꎬ如沙曲矿、七台河矿储量 １１ 亿 ｔꎬ平均煤 厚０.８６ ｍꎬ是我国 ３ 大稀有煤种保护性开采煤田之 一ꎬ对边角煤块段及极薄煤层尽可能地开采干净ꎮ ２ 薄煤层开采技术研究现状 ２.１ 矿井开采设计 １薄煤层采区面尺寸小ꎬ工作面产能低小 于 ５０ 万 ｔ/ ａ ꎬ规模化开采困难ꎮ 据不完全统计图 １ꎬ我国薄煤层采区走向长度主要分布在 １ ０００ 图 １ 部分煤矿薄煤层采区尺寸频度分布 Ｆｉｇ.１ Ｓｉｚｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｉｎ ｓｏｍｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ ３ ２０２０ 年第 ５ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４８ 卷 １ ３００ ｍ约占 ７０％ꎬ倾向长度主要分布在 ４００ ８００ ｍ占 ７１％ꎬ采区储量一般在 １００１５０ 万 ｔꎬ单 个采区一般布置 ５ 个以上工作面ꎬ单面储量不足 ２０ 万 ｔꎬ万吨掘进率达到 １００ ｍ/ 万 ｔ 以上图 １ꎻ薄煤 层工作面长度大部分小于 １５０ ｍ占 ７６％ꎬ工作面 年产量多低于 ５０ 万 ｔ图 ２ꎮ 图 ２ 部分薄煤层工作面长度和产能频度分布 Ｆｉｇ.２ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｎ ｓｏｍｅ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓ ２“薄煤层、厚装备”现象普遍ꎬ导致产生大量 采矸ꎬ煤炭含矸率高、设备损耗严重ꎮ 通过对国内薄 煤层实际采掘情况调研可知图 ３①半煤岩巷道 最低巷道掘进高度多分布在 ２.２２.６ ｍ７９.６％ꎬ与 薄煤层厚度１.３ ｍ 以下相比ꎬ存在超高掘进的问 题ꎬ导致掘巷破岩率近 ５０％ꎻ②薄煤层工作面采高 多在１.１ ｍ 以上ꎬ有的甚至超过１.５ ｍ、破岩０.２ ｍ 以 上ꎬ含矸率超过 ２０％ꎮ 为提高薄煤层工作面单产ꎬ 需综合考虑薄煤层矿井的开采设计和长壁综采成套 装备技术ꎬ放大采区面尺寸ꎬ研制成套的薄煤层 智能化开采技术与装备ꎮ ２.２ 薄煤层长壁综采装备 薄煤层长壁综采工作面有 ２ 种开采方法滚筒 采煤机综采和刨煤机综采ꎬ包括 ４ 种核心的长壁综 采装备ꎬ滚筒采煤机、刨煤机、液压支架和刮板输 送机ꎮ ２.２.１ 滚筒采煤机 国外将煤层厚度不大于 ２.０ ｍ 的煤层统称薄煤 层ꎬ７ＬＳ０ 采煤机由美国 ＪＯＹ 公司在 ７ＬＳ１Ａ 的基础 上推出ꎬ为目前国际上较为先进的薄煤层采煤机ꎬ机 身高度为８９０ ｍｍꎬ适应采高１.３２.０ ｍꎬ总装机功率 图 ３ 部分薄煤层采掘工作面实际高度统计 Ｆｉｇ.３ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａｃｔｕａｌ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ ｉｎ ｓｏｍｅ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓ ８２０ ｋＷꎬ截割功率 ２３３６ ｋＷꎬ牵引功率 ２６０ ｋＷꎬ 质量 ４５ ｔꎬ 该 采 煤 机 降 低 机 身 高 度ꎬ 增 大 过 煤 空间[８]ꎮ 我国自 ２０ 世纪 ６０ 年代开始研究适用于薄煤层 开采的滚筒采煤机ꎬ并于 ７０ ８０ 年代开始自行研 制ꎮ 起步阶段ꎬ由于薄煤层滚筒采煤机综采技术套 用普通综采技术ꎬ导致出现了采高大、工作条件差、 破岩量大、采掘比大、掘进率高、采煤工作面接替困 难、设备移动困难等诸多问题ꎮ 自 ９０ 年代以来ꎬ开 始研制的大功率、多电机驱动无链牵引的交变频调 速薄煤层滚筒采煤机ꎬ很好地解决了较硬薄煤层开 采的稳定性与可靠性ꎮ 此外ꎬ相配套的支架、输送机 等设备也随之兴起ꎬ最终形成较为完善的薄煤层综 合机械化采煤技术ꎮ 滚筒采煤机在截割薄煤层时效率高ꎬ能够很好 地适应薄煤层开采ꎮ 据不完全统计ꎬ适用于薄煤层 开采的滚筒采煤机机型达 ６７ 种ꎬ但是最小采高在 ０.８ ｍ以下的采煤机仅有 ６ 种ꎬ仅占调研总数的 ８.９％ꎬ可见适用于极薄煤层开采的采煤机种类依然 很少[５]ꎻ采高在 １.２ ｍ 以上ꎬ装机功率在 ６００ ｋＷ 以 上分布于 ２００ ８００ ｋＷ的采煤机占调研总数的 ３８.８％图 ４ꎬ大功率小型化的滚筒采煤机可供选 择的余地较小ꎬ其中装机功率最大的为鸡西煤矿机 械公司生产的 ＭＧ３５０/８１１ － ＷＤꎬ 适用于 １. ００ １.９８ ｍ的综采工作面ꎬ能够满足硬煤的截割要求ꎬ并 ４ 袁 永等薄煤层智能开采技术研究现状与进展２０２０ 年第 ５ 期 成功应用于韩城桑树坪煤矿 ４２１９ 工作面ꎬ且在煤层 开采期间运行平稳ꎬ机况良好ꎮ 图 ４ 薄煤层滚筒采煤机参数信息统计 Ｆｉｇ.４ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｄｒｕｍ ｓｈｅａｒｅｒ ２.２.２ 刨煤机 德国为最先研究刨煤机的国家ꎬ刨煤机一经问 世便在薄煤层开采中快速得到应用及推广ꎬ并在波 兰、俄罗斯、澳大利亚及南非矿井工作面中成功应 用ꎬ年产量达 ２００ 万 ｔ 以上的工作面ꎬ到目前为止ꎬ 波兰有 ６５ 个ꎬ俄罗斯则高达 １５０ 多个ꎮ 对于刨煤机 的使用ꎬ效率最高的是美国ꎬ薄煤层工作面年产量可 达 ３００ 万 ｔ 以上[９]ꎮ 波兰 Ｂｏｇｄａｎｋａ 矿井 ７/ ＶＩＩ/３８５ 盘区工作面采用卡特彼勒公司 ＧＨ１６００ 型煤机系统ꎬ 刨煤机采用 ２２１０/６３０ ｋＷ 发动机提供动力ꎬ２８００ ｋＷ 的刮板输送机配备的智能 ＣＳＴ 驱动系统ꎬ工作面 支架配备 ＰＭＣ－Ｒ 电液控制ꎮ 工作面于 ２０１２ 年 ２ 月 １６ 日以日单产 ２.４４ 万 ｔ 创造在同类刨煤机工作面的 日单产世界记录[１０]ꎮ 刨煤机的发展方向为体积紧凑 型ꎬ着重提高刨煤机的可靠性、自动化以及刨煤能力ꎮ 我国引进刨煤机采煤系统ꎬ并应用于铁法煤业 集团的小青矿和晓南矿、山西焦煤集团马兰矿、晋煤 集团凤凰山矿ꎬ刨煤机功率除凤凰山矿为 ２４００ ｋＷ 外ꎬ其余均为 ２３１５ ｋＷꎮ 截止到 ２０１１ 年末ꎬ铁法煤 业集团利用刨煤机采落煤炭量已超过 １ ０００ 万 ｔꎬ创 造了中国刨煤机产煤的新纪录[１１]ꎮ 铁法煤业集团 小青矿 Ｗ２－７１２ 工作面长度 ２１２ ｍꎬ可推进长度 １ ５４７ ｍꎬ煤层厚度 １.１５１.８０ ｍꎬ煤层倾角 ２１０ꎮ 工作面可采储量５７.２ 万 ｔꎬ设计月产量９.３ 万 ｔꎬ可采 期 ６. ２ 个月ꎬ 工作面采用德国 ＤＢＴ 公司 ＤＢＴ － ９８ＶＥ５.７Ｎ 全自动化刨煤机、ＰＲＴ－ＧＨ－ＰＦ３/８２２ 输 送机及计算机远程控制系统等装备ꎬ其他配套设备 由国内各生产厂家协助制造ꎬ液压支架型号为 ＺＹ４８００/０６/１６.５Ｄꎬ乳化液泵站型号为 ＢＲＷ３１５/３１.５ꎮ 在地质条件相对简单、煤厚 １.４ ｍ 左右时ꎬ刨煤机综 采工艺的适应性较好[１２]ꎮ 刨煤机受采高变化、国产化、破煤能力等因素制 约ꎬ在我国薄煤层开采中应用范围有限ꎮ 我国西部 鄂尔多斯等矿区赋存大量稳定坚硬的薄煤层ꎬ为刨 煤机的推广应用提供了天然有利条件ꎮ 中煤装备张 家口煤矿机械有限责任公司研制的 ＢＨ３８/２４００ 型 全自动化变频拖动强力滑行刨煤机ꎬ在陕西南梁矿 业有限公司 ２０３０２１薄煤层工作面ꎬ煤层厚度１.２ １.９ ｍ、煤层倾角 １３ꎬ煤层普氏系数 ｆ＝４ 条件下ꎬ 实现了全国产化刨煤机工作面无人开采ꎬ平均日进 尺 ４.８ ｍꎬ工作面月产 ３.７ 万 ｔꎮ ２.２.３ 液压支架 通过对国内 ４９ 种薄煤层液压支架的调研ꎬ发现 薄煤层液压支架具有如下特征[５]图 ５最大工作 阻力可达 ７ ０００ ｋＮＺＹ７０００/０９/１８Ｄꎬ支撑范围 ０.９１.８ ｍꎬ最小支撑高度为 ０.７０.９ ｍꎮ 图 ５ 薄煤层液压支架参数信息统计 Ｆｉｇ.５ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｕｐｐｏｒｔ ｉｎ ｔｈｉｎ ｓｅａｍ 陕西南梁矿业有限公司 ２０３０２１工作面引进 液压支架ꎬ支护效果良好ꎮ 由图 ５ 得ꎬ工作阻力在 ５ ０００ ｋＮ 以上的薄煤层液压支架种类仅占 ８.２％ꎬ可 供选择的高工作阻力液压支架架型较少ꎬ难以满足 极薄煤层综采工作面开采的需求ꎻ整体来看ꎬ最小支 撑高度在 ０.７０.９ ｍ 薄煤层液压支架架型相对丰 ５ ２０２０ 年第 ５ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４８ 卷 富ꎬ占 ６９.４％ꎻ薄煤层液压支架支撑高度最小达到 ０. ５５ ｍＺＹ２４００/５.５/１２ꎮ 薄煤层工作面规模化开 采ꎬ需要解决支架矮型化、大功率和快速移架等 问题ꎮ ２.２.４ 刮板输送机 通过调研国内 ５１ 种薄煤层刮板输送机图 ６ꎬ 其输送能力能够满足年产量 １０１５０ 万 ｔ 工作面运 输要求ꎬ为适应薄煤层智能开采需要ꎬ刮板输送机要 求高度低、具备实时监控和软启动功能ꎮ 图 ６ 薄煤层刮板输送机运输能力统计[５] Ｆｉｇ.６ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｓｃｒａｐｅｒ ２.３ 薄煤层智能化开采 对薄煤层自动化开采技术的研究ꎬ始于 １９ 世纪 ９０ 年代ꎬ以美、英、德、澳等国家为代表ꎬ并取得了显 著成果ꎬ其中德国 ＤＢＴ 公司成功研制了基于 ＰＭ３ 电液控制系统的薄煤层全自动化综采系统ꎮ 美国 ＪＯＹ 公司开发了基于计算机集成的薄煤层少人操作 切割系统[１３]ꎮ 国外对于薄煤层智能化开采的整体 思路为钻探与掘进相结合描绘工作面煤层赋存特 征ꎬ陀螺仪获取采煤机三维坐标ꎬ进而实现自动化 割煤[１４－１５]ꎮ 在薄煤层自动化开采技术的应用方面ꎬ我国取 得了卓有成效的尝试及试验ꎬ具有代表性的是２０１０ 年由辽宁铁法能源有限责任公司等单位完成的“薄 煤层刨煤机全自动化无人工作面安全高效开采模式 研究与应用” 项目ꎬ获中国煤炭工业协会一等奖ꎻ ２０１２ 年ꎬ由中国矿业大学牵头的国家 ８６３ 计划主题 项目“薄煤层开采关键技术与装备”项目启动ꎬ项目 以构建薄煤层机械化开采工艺技术体系ꎬ研制极薄 煤层钻式采煤机和小断面半煤岩掘进机ꎬ研发工作 面空间环境信息与开采设备工况信息采集、传输、监 测装置与系统以及采煤机智能运行、支架工况自动 调节、支架与刮板输送机自动推移和“三机”联动控 制系统ꎬ开发综采工作面瓦斯、顶板、粉尘灾害防治 等安全开采保障技术为研究目标ꎬ首次提出了“基 于地质条件 ＣＴ 探测的采煤机预设轨迹＋三机协同 控制＋视频监控干预”的智能化开采模式ꎬ并于 ２０１５ 年 ９ 月在冀中能源邯郸矿业集团郭二庄煤矿成功开 展工业性试验ꎮ ２０１３ 年ꎬ由冀中能源峰峰集团有限公司等完成 的“０.６１.３ ｍ 复杂薄煤层自动化综采成套技术与 装备”项目ꎬ在滚筒采煤机的基础上成功研发了配 套的自动化装备ꎬ突破了大功率矮机身采煤机、大运 量矮槽帮刮板输送机、大伸缩比液压支架及无人自 动化控制关键技术ꎬ实现了 ０.６１.３ ｍ 薄煤层安全 高效开采ꎮ 项目获得 ２０１３ 年国家科技进步二 等奖[１６]ꎮ ２０１４ 年 ２４ 月ꎬ黄陵矿业有限公司一号煤矿 １００１ 综采工作面进行了为期 ３ 个月的中厚较薄煤 层智 能 化 开 采 工 业 性 试 验ꎮ 该 工 作 面 倾 斜 长 ２３５ ｍꎬ煤厚 １.１２.３ ｍꎮ 实现了在地面调度室和监 控中心进行远程干预ꎬ采煤机记忆割煤等关键技术 大幅减少了井下作业人员ꎬ工作面作业人数由 ９ 人/ 班 缩减为 １ 人/ 班ꎬ很大程度上降低了工人劳动强度ꎬ 减少人工费用可达 ５２５ 万元/ 年ꎮ 该工作面月产量 达 １７.０３ 万 ｔꎬ年产量可达 ２００ 万 ｔ 以上ꎮ １００１ 综采 工作面在探索工作面无人化、少人化和常态化应用 方面做出了开创性贡献[１４]ꎮ ２０１９ 年ꎬ中国煤炭工业协会在山东枣庄组织召 开“全国煤矿薄煤层智能开采现场推进会”ꎬ王显 政[１７]发表了“推进薄煤层智能开采为煤炭工业高质 量发展提供新动能”的讲话ꎬ认为薄煤层智能开采是 增加煤炭资源可采储量、推动煤炭绿色发展、促进煤 炭生产“机器换人”和煤炭工业高质量发展的客观要 求ꎬ极大地推动了薄煤层智能开采技术的发展ꎮ 目前ꎬ智能化工作面开采以“工作面自动控制 为主ꎬ远程干预为辅”ꎻ并在煤厚稳定的薄煤层开采 中取得成功ꎬ实现了“无人跟机作业ꎬ有人安全值 守”ꎬ采煤时ꎬ采煤机主要为记忆割煤ꎬ液压支架自 动跟机支护ꎬ各设备配套感知ꎬ最后辅以视频监控和 人工调控ꎬ达到智能开采目的[１４ꎬ １８]ꎬ但对复杂条件 煤层的适应性差ꎬ不能满足工作面自适应割煤和自 动找直等需要[１９]ꎮ 由于煤岩界面识别技术进展缓 慢ꎬ薄煤层智能开采技术近期的研究重点将是在提 高远程干预无人化采煤工艺精度的基础上ꎬ研发工 作面精细探测技术ꎬ力求绘制精准的工作面动态导 航地图ꎬ并探讨巡检机器人代替人的巡检功能ꎮ 相 关研究获得了“十三五”国家重点研发计划项目“智 能开采的安全技术与装备研发”等的支持[６]ꎮ ２.４ 半煤岩巷道掘进 实现半煤岩巷道的快速掘进ꎬ是缓解薄煤层采 掘衔接ꎬ提高薄煤层开采产量、效益的关键之一ꎮ 目 ６ 袁 永等薄煤层智能开采技术研究现状与进展２０２０ 年第 ５ 期 前煤矿巷道快速掘进技术有综合机械化掘进、连续 采煤机掘进和掘锚一体化掘进 ３ 种[２０]ꎮ 受限于薄 煤层半煤岩巷道断面尺寸ꎬ目前综合机械化掘进还 是半煤岩巷道快速掘进的常用方式[２１]ꎮ 调研了国 内 ２０ 多种薄煤层掘进机ꎬ机型主要有ＥＢＺ－１３２、 １３５、１５０Ａ、１６０ 等ꎬ其中以 ＥＢＺ－１６０ 机型使用最多ꎮ 从截割高度来看ꎬ尽管型号和厂家不同ꎬ掘进机截割 功率最低为 ５０ ｋＷꎬ最大功率为 ２６０ ｋＷꎮ 机身高度 分布在 １.６２.０ ｍ 的占掘进机种类的 ５５％ꎬ综掘机 实际最低截割高度都在 ２.２２.３ ｍ 以上占７２.３％ 图 ７ꎮ 因此ꎬ提高掘进机的截割能力、降低机身高 度是半煤岩巷道快速掘进的关键问题ꎮ 图 ７ 薄煤层掘进机机身高度、截割功率与最低截割高度统计 Ｆｉｇ.７ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｂｏｄｙ ｈｅｉｇｈｔꎬ ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｍｉｎｉｍｕｍ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｒｏａｄ ｈｅａｄｅｒ ２.５ 薄煤层短壁机械化开采 连续采煤机短壁开采技术在美国、澳大利亚得 到了广泛的应用ꎮ Ｆ３３０ 连续采煤机是 Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ Ｉｎ￣ ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ 公司生产的ꎬ一次采宽可达 ６.１ ｍꎬ该采煤 机成功应用于美国 Ｒｏｓｅｂｕｄ、Ｓｔｅｒｌｉｎｇ 和 Ｆｏｕｒ Ｏ 矿业 公司的薄煤层工作面的开采表 １ꎮ ２０ 世纪 ９０ 年代以来ꎬ我国注重连续采煤机配 套设备的引进ꎬ连续采煤机在煤巷掘进及完成残留 表 １ 美国薄煤层矿业公司采用连续采煤机进行房柱式 开采典型案例[２２] Ｔａｂｌｅ １ Ｔｙｐｉｃａｌ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｒｏｏｍ－ａｎｄ－ｐｉｌｌａｒ ｍｉｎｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｒｓ ｉｎ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｍｉｎｉｎｇ ｃｏｍｐａｎｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ 煤矿 Ｒｏｓｅｂｕｄ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｓｔｅｒｌｉｎｇ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｆｏｕｒ Ｏ Ｃｏａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ 地点 Ｋｉｔｔａｎｎｉｎｇꎬ Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ Ｎｏｒｔｈ ＬｉｍａꎬＯｈｉｏＨａｙｓｉꎬＶｉｒｇｉｎｉａ 煤层厚度/ ｍ０.８８１.０１０.９７１.０２０.８１１.０７ 连续采煤机ＧＥ－Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ Ｆ３３０ ＧＥ－Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ Ｆ３３０ ＧＥ－Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ Ｆ３３０ 连续运输系统４ 节ꎬ６ 节４ 节ꎬ６ 节４ 节 盘区巷道布置３ 巷ꎬ５ 巷５ 巷ꎬ７ 巷５ 巷 盘区采出率/ ％５８ꎬ４９６４ꎬ７２５８ 每米进刀产量/ ｔ７.５７.９７.４ 生产能力/ 万 ｔ􀅱ａ －１ ５５ ５０２１ 煤柱的回收和对煤田边角煤、条带煤的开采方面显 示了独特优势[２３]ꎮ 以连续采煤机为核心的现代房 柱式采煤方法在我国神东、黄陵等浅埋深矿区得到 推广应用ꎬ取得了月产１０ 万 ｔ、采出率达到８０％的良 好效果ꎮ 近年来ꎬ为了进一步扩展连续采煤机短壁 开采技术的适用范围ꎬ以适应我国复杂多变的煤层 地质条件ꎬ中国煤炭科工集团太原研究院在山西中 煤东坡煤业有限公司开展了复杂地质条件下的连续 采煤机机械化开采示范工程ꎬ开创了东坡连采短壁 采煤法ꎬ简称“东坡采煤法” [２４]ꎮ 但由于连续采煤 机开采方法存在采出率低、通风条件差等不足ꎬ在我 国薄煤层开采中的