[科普中国]-薄煤层

地下开采时厚度1.3m以下的煤层；露天开采时厚度3.5m以下的煤层。

我国薄煤层煤炭资源分布及开采状况煤炭工业是我国重要的基础产业。长期以来，煤炭在我国一次性能源生产和消费构成中均占2/3以上。我国煤炭资源丰富，在未来相当长的时期内，以煤为主的能源供应格局不会改变，只有保持煤炭工业的持续、稳定和健康发展，才能确保我国国民经济的稳定增长。我国薄煤层资源分布十分广泛，储量丰富。全国已探明的薄煤层可采储量约为61．5×108 t，约占煤炭总可采储量的20．4%。在一些地区薄煤层储量比重很大，如四川省占60%，山东省占54%，黑龙江省占51%，贵州省占37%，其他产煤省份如河南、山西、内蒙古、河北、吉林等也有丰富的薄煤层资源。

我国作为世界上重要的产煤基地，在厚煤层综采、综放开采方面取得了重大突破，处于国际领先地位，然而在薄煤层综采方面却是一个相对薄弱环节。其主要的客观原因是薄煤层开采空间小、效率低、工人劳动强度大、安全事故多、经济效益低下，致使大量薄煤层煤炭资源处于搁置状态，回采产量占总产量的比重只有10．4%，远低于储量所占的比重，而且有下降的趋势。其关键原因在于缺乏适应性好、生产效率高的薄煤层综采技术装备，特别是各矿区在投产初期通常优先开采中厚煤层和厚煤层，放弃开采厚度在1．2 m以下的煤层，浪费了大量宝贵的煤炭资源，缩短了矿井的服务期限，制约了整个煤炭工业的协调发展。

近年来，随着我国中厚煤层大量开采，东部老矿区可采煤层储量急剧下降，生产接续和资源平衡开采的矛盾日益突出，薄煤层高效开采问题日益受到重视并提到议事Et程。如何实现薄煤层机械化高效开采，提高工作面产量、改善工作面作业环境、减轻工人劳动强度，是煤炭行业面l临的急需解决的难题。

薄煤层高效开采的紧迫性薄煤层高效开采的紧迫性体体现于以下几个方面：

(1)各矿区在投产初期通常优先开采中厚煤层和厚煤层，甚至放弃了部分薄煤层开采，浪费了大量宝贵的煤炭资源，造成了生产接续和资源平衡开发的矛盾日益突出，也缩短了矿井的服务期限。为了实现矿区的健康协调发展，必须实现薄煤层高效开采。

(2)我国华东、华南、西南、东北等地区煤炭资源紧缺，薄煤层资源可采储量所占的比重大，为缓解煤炭供求关系紧张、运力紧张和运输成本高的局面，必须实现薄煤层高效开采。

(3)煤炭是不可再生资源，随着开采的不断进行，资源储量越来越少。

(4)薄煤层炮采工艺技术落后、生产效率低、劳动强度大、作业环境差，不符合以人为本的时代要求，必须以机械化、自动化、信息化安全高效开采为手段，研究和推广薄煤层高效综合机械化开采技术，才能体现出科学发展、以人为本的时代要求，并获得良好的经济效益。

(5)对于煤厚1 m左右含硫化铁硬结核体薄煤层开采，还没有成熟的配套装备和技术，急需研究开发先进的成套装备与技术。

研究表明，国外还没有有效的综采设备可以用于开采类似兖州矿区这种含坚硬硫化铁结核(f=1 1)以及炭质砂岩夹矸(f=7)的煤层。主要原因在于硫化铁和炭质砂岩夹矸硬度较高，给破煤(岩)机械设备的制造加工带来很大难度。而综采设备中常用的切削破煤岩设备如刨煤机和滚筒式采煤机都无法用于上述煤层的开采。

自20世纪40年代刨煤机采煤技术在德国问世以来，很快就得到推广和发展，成为薄煤层采煤综合机械化的强大支柱。德国、波兰、俄罗斯、法国、西班牙等主要产煤国，使用刨煤机开采的煤炭产量占总产量的50%以上。多年生产实践表明，刨煤机对工作面地质条件要求较高，适于开采软及中硬以下的脆性煤，煤的坚固性系数．厂一般在2～3，对于坚固性系数f=4的硬煤效果则不甚理想。上述特点决定了刨煤机无法开采坚固性系数>4的硬煤与夹矸。采煤机尽管适应能力较强，但当遇到坚硬的炭质砂岩时，会在截齿端部形成较强的冲击载荷。该载荷一般为正常截割阻力的10～30倍，强大的冲击载荷会在截齿根部产生很大弯矩，造成截齿折断。另外，当采煤机遇到硫化铁结核时，由于其硬度相当高(f=11)，截齿无异于切割钢材，不仅会给正常割煤带来很大难度，而且切割过程中产生的火花会对作面正常生产造成很大的安全隐患。基于上述原因，国外一些采煤技术比较发达的国家对于难采薄煤层大多选择放弃。

世界上薄煤层开采技术先进的两个国家——美国和德国，全都采用综采设备用于薄煤层开采。其中，德国主要采用刨煤机配备液压支架等综采设备进行薄煤层开采，而美国则采用滚筒式采煤机配备液压支架等综采设备进行薄煤层开采。美国薄煤层的储量很丰富，且煤层倾角小、埋藏浅、不受断层影响。由于技术和经济因素的限制，这些薄煤层大部分没有开采。20世纪80年代中期以来，美国矿业局试图研究厚度为150～1065mm的薄煤层开采新技术，并以阿帕契亚高原的薄煤层为研究对象，进行了一些有针对性的研究项目，但效果都不显著。美国多采用滚筒式采煤机开采薄煤层，最小煤层厚度一般不低于1．2 m，通过切割矸石来加大采高，通常将采高控制在1．8 m左右；一旦遇到断层和坚硬夹矸则选择打眼爆破或直接搬家倒面的方法来解决，对于无法用采煤机开采的复杂煤层，他们则根本不开采。而德国多采用刨煤机进行开采，由刨煤机的特点可知，其开采的煤层坚固性系数厂不可能超过4。

总的说来，这些采煤技术比较发达的国家对矿井煤层地质条件要求比较苛刻．对于难采的煤层他们大多选择放弃。根据已掌握的资料来看，还没有采用综采设备开采含坚硬硫化铁结核和硬夹矸薄煤层的报道。

国内薄煤层机械化开采技术途径与现状我国薄煤层的开采经历了以下几个发展阶段。20世纪50年代薄煤层开采主要采用炮采_[：艺；60年代开始试验深截煤机掏槽、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；1974年研制成功了BM一100型薄煤层滚筒采煤机；90年代开始引进国外的螺旋钻采煤机，用于薄煤层的开采。

我国薄煤层综合机械化开采主要有3种技术途径：一是采用滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架配套的采煤机综采机组；二是采用刨煤机、刮板输送机和液压支架配套的刨煤机综采机组；三是采用螺旋钻机组。1

本词条内容贡献者为:

张勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院