薄煤层机械化开采工艺优化与资源回收率提升技术研究

姓名：陈云峰

身份证号：140481198204305613

摘要

随着我国煤炭资源开采年限不断延长，中厚煤层可采资源逐步衰减，薄煤层已然成为各大煤矿产能接续、资源稳产的重要接替资源。薄煤层普遍存在赋存厚度小、作业空间狭窄、地质构造复杂、顶底板稳定性较差等典型特征，开采条件相较于常规煤层更为恶劣。现阶段多数矿井沿用传统机械化开采模式，工艺体系、设备选型、巷道布置均参照中厚煤层标准设计，与薄煤层实际开采工况适配性不足，普遍存在设备作业受限、采高控制不合理、煤柱资源损耗大、边角残煤丢弃严重、工序衔接紊乱等问题，造成煤炭资源大量流失，整体资源回收率偏低，制约矿井资源利用率与综合经济效益提升。为改善薄煤层开采技术现状、实现资源集约化利用，本文系统分析薄煤层赋存特点与开采技术难点，梳理传统开采工艺存在的短板及资源损耗核心成因，从综采设备适配、巷道布局优化、回采工序协同、残煤资源回收、全过程管控体系建设等多个维度，构建系统化的工艺优化方案。研究成果可有效解决薄煤层开采资源浪费问题，改善井下开采作业条件，提升机械化开采稳定性与资源回收水平，为同类矿井薄煤层安全高效、绿色集约开采提供理论参考与技术借鉴。

关键词

薄煤层；机械化开采；工艺优化；资源回收率；无煤柱开采

一、引言

煤炭是我国能源体系的核心支柱，在保障工业生产与社会能源供给中占据不可替代的地位。长期以来，国内煤炭开采以中厚煤层为主要开采对象，随着高强度持续开采，优质中厚煤层储量持续缩减，开采深度不断增加，开采成本与安全管控难度逐年提升。在此背景下，储量丰富的薄煤层资源逐渐成为矿井稳产增产的关键支撑，对延续矿井服务年限、盘活煤炭存量资源具有重要现实意义。但薄煤层先天赋存条件较差，煤层厚度起伏波动大、地质构造发育、围岩稳定性弱，狭小的作业空间极大限制了机械化设备的运行效率与作业范围，导致传统开采工艺适配性不足。

目前国内多数薄煤层开采仍沿用传统综采工艺体系，未针对薄煤层特殊工况开展工艺适配优化，普遍存在资源损耗渠道多、开采效率偏低、安全隐患突出等问题。传统巷道大煤柱留设、工作面残煤弃采、浮煤清理不彻底等问题，造成大量可采煤炭资源永久性浪费，不符合煤炭行业绿色开采、集约利用的发展要求。在国家严格规范矿产资源开发利用、严控资源浪费的政策导向下，开展薄煤层机械化开采工艺优化研究，破解资源回收率偏低的行业痛点，实现安全开采、高效开采、资源最大化利用，对推动煤炭行业高质量发展具备重要的理论与工程意义。

二、薄煤层赋存特征及开采技术难点

2.1 薄煤层赋存基本特征

薄煤层整体赋存厚度较小，且层位起伏变化较为频繁，同一工作面不同区段煤层厚度存在明显差异，固定采高模式难以适配全域开采需求。区域内地质构造发育密集，断层、褶皱、陷落柱等地质结构分布广泛，构造影响区域煤体破碎、煤层连续性差，大幅提升机械化连续开采难度。同时，薄煤层顶底板围岩条件薄弱，伪顶岩体松散破碎、易垮落，底板遇水易软化鼓起，围岩整体稳定性较差，支护管控难度大。此外，煤层内部夹矸分布不均匀，不仅增加割煤作业难度，还会提升原煤含矸比例，影响开采质量与资源有效利用率。

2.2 机械化开采核心技术难点

薄煤层开采作业空间极度受限，综采设备布置紧凑，割煤、移架、推溜等核心工序作业空间重叠，各工序易相互干扰，施工容错率较低，开采过程中极易出现煤炭洒落、堆积、遗漏等问题。传统综采设备体型偏大，最小采高阈值较高，无法适配薄层开采工况，为保障设备正常推进，只能预留一定厚度顶底煤，造成人为资源损耗。同时，传统巷道支护模式依赖实体煤柱护巷，煤柱资源无法回收，是薄煤层资源损耗的主要途径。受大型综采设备作业边界限制，工作面端头三角煤、巷道边角煤、构造带破碎煤体难以常规开采，且缺乏配套残煤回收工艺，零散煤炭资源长期弃采，资源浪费问题较为突出。

三、传统开采工艺存在的问题及资源损耗成因

3.1 综采设备工况适配性不足

传统综采成套设备专为中厚煤层开采设计，设备结构尺寸、运行参数均不适配薄煤层狭小作业空间。设备最小支撑高度、机身厚度无法适配薄层采高，开采过程中需被动调整开采参数，导致大量煤炭残留于顶底板位置。同时，传统采煤机滚筒结构设计老旧，割煤过程煤体抛洒量大，工作面浮煤堆积问题严重，常规清理方式难以彻底回收浮煤，造成持续性资源损耗。

3.2 巷道布置模式落后，煤柱损耗严重

传统开采普遍采用实体煤柱护巷的巷道布置方式，为保障巷道围岩稳定、降低后期维护难度，在区段巷道、工作面端头位置留设宽大实体煤柱。此类煤柱属于永久性不可采资源，无法进行二次回收利用，占据薄煤层总资源损耗的主要比重，大幅压缩可采资源范围，严重制约矿井资源回收率提升。

3.3 回采工序衔接混乱

传统开采工序时序排布缺乏标准化规范，移架滞后、推溜超前、割煤速度失控等问题频发。顶板裸露后无法及时支护，易出现局部垮落现象，垮落矸石掩埋未开采煤体，导致部分煤炭资源无法回收。同时，割煤速度把控不合理，易造成工作面采面凹凸不平，煤层起伏区域残留煤体清理难度大，进一步加剧资源流失。

四、薄煤层机械化开采工艺优化技术方案

4.1 轻量化综采设备适配优化

针对薄煤层狭小作业空间，替换选用低矮型、轻量化专用综采成套设备，适配薄层开采工况。采用超薄机身采煤机，降低设备最小采高限制，优化滚筒结构与割煤参数，减少割煤过程煤体抛撒损耗。选用紧凑型液压支架，优化支架伸缩行程与底座结构，实现采煤机跟机及时支护，减少护顶煤预留厚度。配套改造低矮刮板输送设备，适配低采高运输条件，增设工作面智能清扫装置，实时清理浮煤，从设备层面减少煤炭资源漏失。同时根据煤层厚度动态调整采高参数，实现精准割煤，杜绝无效煤体残留。

4.2 无煤柱沿空留巷工艺优化

摒弃传统实体煤柱护巷模式，采用沿空留巷无煤柱开采工艺。通过巷旁充填支护技术，利用井下矸石与高强充填材料构筑巷旁支撑墙体，保留上区段回风巷道作为下区段进风巷道，彻底取消区段护巷煤柱，消除煤柱永久性资源损耗。结合薄煤层顶板垮落规律与围岩稳定性特征，优化充填配比与支护参数，在保障巷道安全稳定、满足采掘接续与通风需求的基础上，最大限度释放巷道周边煤炭资源，扩大可采资源范围。

4.3 回采工序时序协同优化

重构割煤、移架、推溜核心工序流程，建立标准化协同作业体系，推行跟机移架、及时支护、有序推溜的作业模式。采煤机割煤完成后，液压支架立即跟进支护裸露顶板，规避顶板垮塌压煤问题，移架稳定后再有序推移刮板输送机，杜绝工序交叉干扰。针对煤层平缓区段、起伏区段与构造区段制定差异化作业节奏，规整工作面采面形态，减少凹凸区域煤体残留，全面提升回采规整度与资源回收质量。

五、结语

薄煤层赋存条件复杂、开采空间受限、资源损耗渠道多样，传统机械化开采工艺设备适配性差、巷道布局老旧、工序衔接混乱、资源管控薄弱，是制约资源回收率提升的核心因素。本文结合薄煤层开采技术难点，从设备适配、巷道优化、工序协同、残煤回收、制度管控五个方面构建成套工艺优化体系，有效解决了传统开采模式资源浪费严重、作业效率偏低、工况适配性不足等突出问题。优化后的工艺体系能够有效降低各类资源损耗，盘活薄煤层存量资源，改善井下安全生产条件，提升机械化开采整体水平，完全契合煤炭行业安全开采、集约利用、绿色发展的核心要求，可为国内同类薄煤层矿井工艺升级与资源高效回收提供可靠的技术支撑与理论参考。

参考文献

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