短壁机械化开采技术综述

摘  要详细论述了三种短壁机械化开采技术的设备构成，巷道布置方式及回采工艺，分析了三种短壁机械化开采技术的特点及使用条件。短壁机械化开采作为长壁开采的重要补充，在“三下”开采以及不适合布置长壁工作面的不规则块段、边角煤等区域的开采具有重要的意义。认为三种短壁机械化开采技术模式基本满足当前我国煤矿短壁开采的需要，代表了我国短壁机械化开采技术的发展方向

关键词短壁机械化  连续采煤机  采掘一体机  巷道布置  回采工艺

0  引言

传统的短壁开采在我国煤矿应用已有几十年，它是柱式开采体系的总称，包括房式采煤法、房柱式采煤法及在此基础上演变而来的其它一些采煤方法，一般以短工作面采煤为基本特征。传统的短壁开采工作面装备十分简单，回采工艺落后，安全性差，效率低，资源浪费严重，这种开采技术目前只有一些地方煤矿和小煤窑仍在使用。现代的短壁机械化开采技术不同于传统的短壁开采，给短壁开采技术赋予了新的内涵。短壁机械化开采无论是工作面装备还是在工作面安全、工作面单产、资源回收率等方面都有很大程度的提高，它能够实现工作面落煤、运输、支护等工序的机械化作业。短壁机械化开采按工作面采煤机械装备不同可以构成三种技术模式：第一种是连续采煤机短壁机械化开采技术，它是以连续采煤机为龙头，是一种较为先进的短壁开采技术；第二种是采掘一体机短壁机械化开采技术，采用采掘一体机进行掘进和采煤，是一种适合中国煤矿条件的短壁开采技术，具有投资少、见效快的特点；第三种是短机身单滚筒采煤机短壁机械化开采技术，这种开采技术与前两种开采技术在工作面装备、巷道布置、回采工艺等方面有着本质的区别，它是采用短机身单滚筒采煤机割煤，工作面布置方式及设备与长壁综采工作面基本相同，只是工作面长度较短而已。三种短壁机械化开采技术在我国的神东、兖州、潞安、大同等矿区已应用或正在试验，代表了我国短壁机械化开采技术的发展方向。

1 连续采煤机短壁机械化开采技术

连续采煤机短壁机械化开采技术于1948年首先在美国应用，经过50多年的发展、完善和提高，现已形成了以连续采煤机为核心的比较先进的短壁机械化开采技术。在美国，采用短壁机械化采煤法的产量在井工采煤中一直领先,20世纪80年代中期占井下产量的70%以上。近年来，随着高产高效综采技术的发展，短壁机械化开采的产量有所下降，但1999年美国采用房柱式采出的煤量为2.2亿t,仍占井下煤产量的53%。目前，除美国外还有澳大利亚、南非、印度及加拿大等国广泛采用短壁机械化采煤，取得了较好的经济效益。

从1979年开始，我国先后引进了多种型号的连续采煤机，并在条件适合的矿区进行了试验。大同矿务局大斗沟煤矿使用JOY12CM-9B型连续采煤机进行刀柱式开采，年产量达35万t,曾创造了月进2187m单巷掘进的全国记录；山西雁北地区马口矿使用连续采煤机在小窖破坏区回收煤柱，年产7万t；山西大同市姜家湾煤矿使用JOY12CM-9B型连续采煤机和RBD-8B型锚杆机，采用条带式采煤方法，最高月产达2.67万t，工作面回采率达91%，发挥了连续采煤机采掘合一、机动灵活的特点；鸡西矿务局小恒山煤矿采用MK-22型薄煤层连续采煤机组，开采1.2～1.4m厚的10下煤层，采用单中巷双面巷柱式采煤法，最高月产量为2.15万t。我国在引进连续采煤机初期，由于没有考虑到设备的成套性，只引进了主机，所以上世纪80年代引进的32套连续采煤机，大多数在井下使用效果不好，大部分矿井已将连续采煤机退役。

自1995年神东矿区开始将连续采煤机及配套设备应用短壁开采以来，通过几年的实践、研究与探索，结合神东煤层实际条件，将连续采煤机短壁机械化开采技术不断改进和完善，形成了具有神东特色的连续采煤机短壁机械化开采模式，实现了工作面落煤、运输及回收煤柱等各工序的机械化作业，为不适合采用长壁机械化开采工艺的煤矿提供了一种高效、安全成套的采煤技术，该技术作为长壁采煤技术的重要补充，在神东矿区煤炭开采中发挥着重要作用。2002年神东矿区连续采煤机在用台数为22台，用于巷道掘进和短壁机械化开采，连续采煤机短壁机械化开采产量达到609.5万t；上湾矿连续采煤机短壁化开采工作面年产达220万t。

1.1工作面设备配置

连续采煤机短壁机械化开采工作面设备配置按工作面运输方式一般分为两种：一种是间断式运输方式，工作面配置为连续采煤机、运煤车或梭车、给料破碎机、锚杆机、铲车、履带行走式支架及胶带输送机；另一种是连续运输方式，工作面配置为连续采煤机、锚杆机、连续运输系统、铲车、履带行走式支架及胶带输送机。

工作面设备配置方式应根据各矿煤层赋存条件及设备适用条件选用。连续采煤机短壁机械化开采工作面主要设备配置如表1所示。

1.2工作面巷道布置

我国连续采煤机短壁机械化开采工作面可分为房柱式、旺格维利式和短壁布置3种方式。根据煤层赋存条件和配套设备可采用适合各自特点的巷道布置方式。

1.2.1  连续采煤机房柱式工作面巷道布置

神东矿区使用连续采煤机开采边角煤初期曾使用房柱式采煤法,兖州矿区南屯煤矿也是采用房柱式开采边角煤进行试采。神东地区大柳塔煤矿房柱式开采巷道布置如图1所示。

在房柱式开采中，通过开掘一组服务于矿井或若干盘区的主平巷和服务于盘区的3～5条盘区平巷。煤房为4.5～6.0m宽的巷道,房间煤柱为待回收煤柱，大柳塔矿房柱式开采的巷道布置方式与美国、澳大利亚等国传统的房柱式开采盘区巷道布置不同，具有自身的特点。盘区内只掘进胶带运输巷和回风巷两条巷道，从这两条巷道向盘区内掘进了3条巷道，在留出盘区和大巷间的煤柱15～20m后，开始掘第一条联络巷，并由该联络巷开始在3条盘区平巷的中央，新掘进两条盘区平巷，这样五条盘区平巷依次向前掘进，直至盘区边界，然后后退式回收房间煤柱。在房柱式开采中前进掘巷时回采率为45%，后退回收煤柱后总回采率可达75%。有的矿区为了保护地区建筑，只采房，而不回收煤柱，这样回采率可提高到50%左右。

图1大柳塔煤矿房柱式开采巷道布置

1.2.1.1 开采工艺

1）掘进与支护。

连续采煤机掘进巷道时是依次在第1、2、3、4、5条巷道中截割，锚杆机紧跟连续采煤机作业。当连续采煤机在第1条巷道中向前掘进6m时，完成掘进工序，就转入第2条巷道中作业，这时锚杆机由第5条巷道转入到第1条巷道中进行钻眼和安装锚杆，依次类推周而复始，5条巷道同时向前掘进。

连续采煤机掘进时可分为“切槽”和“采垛”两个工序，如图2所示。首先，连续采煤机在煤房的一侧掘进，截割头从巷道的顶部切入煤体，其深度为截割头直径，由上而下切割煤体。当截割头切到煤层底部时，采煤机稍微向后移，割平底板，并装煤清底，完成“切槽”工序；然后采煤机退出，切割另一侧剩余的煤壁，使巷道掘进至所设计的宽度，这一工序称为“采垛”。巷道一次掘进长度根据顶板特点和通风布置情况而定，一般为6m，采用遥控器时可达15m左右。巷道一般采用树脂锚杆支护，间排距为1.5m×1.5m。

a-切槽工序     b-采垛工序

图2 连续采煤机掘进工序

2）煤柱回收。

采用连续采煤机对煤柱进行回收时有多种方案，这主要取决于顶板稳定性。如果顶板稳定，可以全部回收煤柱；反之则需要保留部分煤柱作为安全支撑煤柱。煤柱回收时为保证人员和设备安全应采用履带行走式支架支撑顶板，以达到安全生产。

3）通风方式。

一般采用局扇辅助通风和风障导流通风相结合的方式。

1.2.1.2 连续采煤机房柱式开采的特点

连续采煤机房柱式开采一般在美国应用较为广泛,我国神府矿区、黄陵矿区及兖州矿区在引进连续采煤机初期曾使用这种开采方法,但这种方法煤柱回收时顶板管理困难，放顶线不易掌握，煤炭回收率低，巷道多为独头掘进，通风条件差，通风构筑多，漏风严重，不利于安全生产。在“三下”采煤时留设煤柱支承上覆岩层，可以采用房柱式开采，只采房不回收煤柱。目前我国使用连续采煤机的矿区不采用此方法开采，多采用在此方法基础上进行改进和完善的采掘方法。

1.2.2 连续采煤机旺格维利工作面巷道布置

连续采煤机旺格维利采煤法是为了提高资源回收率,提高工作面安全性，改善工作面环境，实现工作面高产高效，解决开采深度较大、顶板中等稳定性条件下的煤层开采而发展起来的。旺格维利采煤法在澳大利亚应用比较广泛。连续采煤机旺格维利采煤法是一种高效短壁式采煤方法，旺格维利采煤法的实质是从顺槽掘支巷，形成回收区段，然后在支巷内连续采煤机双翼或单翼斜切进刀回收煤柱。它与房柱式采煤法的主要区别是，采煤区段划分和区段内煤体切割及回收方法不同，煤柱回收后，顶板类似长壁工作面顶板冒落，使煤房、煤柱的回采避开支承压力高峰区。

1.2.2.1 巷道布置方式

连续采煤机旺格维利工作面巷道布置可分为三种形式：一种类似于长壁工作面巷道布置形式,上下顺槽均为双巷布置，如图3所示。巷宽4.5～5.0m，护巷煤柱15～20 m，工作面长度60～100 m，支巷宽5.0～6.0 m，巷道支护方式为锚杆支护。当工作面顺槽掘进到位后，开始后退式回采。依次掘进支巷,每两条支巷间距为10m, 支巷掘成后即可单翼进刀回采。这种巷道布置方式适用于工作面瓦斯涌出量较大的煤层开采，通风系统简单、可靠易于管理。第二种形式是右翼前进式，左翼后退式开采，每翼宽度112.5 m，如图4所示。采煤区段集中布置3条顺槽，作为进风、回风和运输顺槽，顺槽煤柱为15m。为了充分发挥连续采煤机快速掘进的优势，留有多头施工空间，顺槽每隔20m用联络巷贯通。当顺槽掘进到边界且右侧煤体采完时，开始顺着各联络巷位置向左侧煤体掘支巷与支巷的联络巷，形成右翼工作面前进式，左翼工作面后退式开采的格局。工作面运输方式为运煤车运输。第三种方式为采煤区段集中布置两条顺槽，1条胶带运输顺槽和一条辅运顺槽，如图5所示，工作面为双翼对拉前进式回采。当工作面采到采区边界后，后退回采顺槽煤柱。工作面运输方式采用连续运输系统。两顺槽间距为20.5m每隔27m向两翼分别掘进与顺槽呈60°夹角的支巷和联巷，左翼支巷长80m，右翼支巷长60m，每回采完7对支巷留设20m宽的隔离煤柱。

图3 单翼后退旺格维利式巷道布置

图4 双翼折返旺格维利式巷道布置

图5 双翼对拉旺格维利式巷道布置

1.2.2.2  工作面回采工艺

1）巷道掘进。

连续采煤机旺格维利开采的巷道掘进与房柱式开采相同，由连续采煤机和锚杆机交叉平行作业。采用连续采煤机割煤、落煤及装煤，锚杆支护采用四臂锚杆钻机打眼和安装锚杆，采用铲车运送材料、设备以及清理浮煤和底板。

2）煤柱回收。

当支巷掘进到位后即可进行煤柱回收。煤柱回收一般分为双翼进刀回收和单翼进刀回收两种方式。双翼进刀回收如图6所示，连续采煤机从支巷一端后退式依次按45°斜切进刀，回收支巷左右两侧煤柱，斜切进刀深度为11m，宽度为3.3m，每条支巷的回采宽度约25m（含支巷宽度）。两台履带行走式液压支架在支巷内交替逐步式向前移动，及时支护连续采煤机后方的悬空顶板。单翼进刀回收如图7所示，连续采煤机从采空区一侧依次按45°角斜切进刀回收煤柱，并与采空区间留小三角煤柱。两台履带行走式液压支架在支巷中及时移动支护顶板，每条支巷的回采宽度约15m（含支巷宽度）。

煤柱       支巷       行走支架

图6  双翼进刀回收方式

煤柱        支巷       行走支架

图7单翼进刀回收方式

3）顶板管理。

在回收煤柱过程中履带行走式支架可以带压移动，及时支护顶板，保证回采工作面的安全。履带行走式支架还可以对顶板及时切顶，使采空区及时冒落。工作面配行走式液压支架时采硐间不留煤皮；当工作面没有配备履带行走式液压支架时，煤柱回收应采取留设肋条煤皮来支撑顶板，采煤机每采一个硐，采硐间留0.5～1.0m的煤皮。对大面积不跨落的顶板要定期进行强制放顶并留设保安隔离煤柱。

4）通风方式。

工作面通风采用局扇通风和风幛导流相结合的方式，实现全负压通风。

1.2.2.3 连续采煤机旺格维利开采的特点

连续采煤机旺格维利短壁机械化开采与房柱式开采相比有较大的技术优势，是一种高效的先进的短壁开采方法。其特点为：

1）工作面产量高。连续采煤机旺格维利开采产量高于房柱式，特别是在回收煤柱时，单机日产平均在5400t以上（工作面采用连续运输系统）。

2）回采率高。旺格维利开采工作面回收率一般可达75%～85%，房柱式开采工作面回收率仅为45%～50%，资源损失较多。

3）万吨掘进率低。根据神东矿区的应用，旺格维利开采比房柱式开采，万吨掘进率低40%～45%。

4）顶板管理合理，支护费用低。旺格维利工作面除支巷要支护外，采硐时无需支护。配备行走支架使工作面更安全，顶板采用全部跨落法管理。而房柱式开采所有煤房均需支护，吨煤支护费用较高。

5）通风构筑物少，通风费用低。房柱式开采为多巷道多头施工，工作面通风构筑物多，通风系统复杂，通风设施费用相应较多。

1.2.3 美国连续采煤机短壁工作面巷道布置

连续采煤机短壁采煤工作面布置形式类似于长壁工作面，仅仅是工作面长度较短和采用的主要采、运、支设备不一样。图8介绍了移动式可弯曲输送机作为输送机械的短壁工作面布置。它们的支护设备采用垛式液压支架，但落煤装煤机械均是采用连续采煤机。为发挥连续采煤机和履带行走式多臂锚杆钻机的优势，尽可能平行作业，巷道掘进均采用多巷掘进。在应用时，短壁工作面一个循环完成，支护空间应该保证连续采煤机能退到起始位置；输送机可以选配国内成熟的连续运输系统；支护设备如果选用履带行走液压支架，可能在移动方面更具有合理性。

图8 采用输送机运输的短壁工作面

2  采掘一体机短壁机械化开采技术

以连续采煤机为核心的短壁机械化开采技术，除神东等少数矿区适用外，我国的大多数矿区目前尚不能采用，国产连续采煤机的研制还处于起步阶段，不能在近期满足市场要求。一种既能掘进又能采煤的采掘一体机，作为连续采煤机的前期机型，将满足我国煤矿短壁机械化开采的需求，形成具有中国特色的短壁机械化开采技术体系。

EBJ/H—132型采掘一体机是煤炭科学研究总院太原分院针对潞安矿业集团公司五阳矿的实际情况而研制的一种用于短壁机械化开采的采掘设备，目前该采掘一体机正在五阳矿进行短壁机械化开采工业性试验。

2.1  工作面设备配置

采掘一体机短壁机械化开采工作面由1台采掘一体机、1台给料输送机、1台胶带转载机、1台胶带输送机、2台履带行走式液压支架、2台单体锚杆钻机等设备构成。

2.2.1  采掘一体机

采掘一体机是一种既适应短壁开采又可独立使用，实现煤巷快速掘进和回采的新型掘进机，由截割部、回转及机架部、装载部、中间刮板输送机、履带行走部、电气系统、液压系统、冷却喷雾系统及辅助装置等九大部分组成。

采掘一体机与普通掘进机的区别在于纵横截割头可更换，调机速度快，中间刮板输送机尾部摆动及离机遥控操作，适合短壁开采要求。

2.2.2  给料输送机

给料输送机紧跟在采掘一体机后面，作为采掘一体机的受料机构，将采掘一体机截割下来的煤均匀转载到胶带转载机上，以实现煤炭的连续运输，提高设备的应用效率。给料输送机是由履带行走底盘和短刮板输送机构成。

2.2.3  履带行走式液压支架

履带行走式液压支架用于煤柱回收时的顶板支护，保护矿工和设备的安全，并提高资源回收率、生产效率和安全性。履带式行走液压支架由行走机构、底盘、犁煤板、顶梁、立柱、前后连杆、液压系统、电气系统、遥控装置等九个部分组成。

采掘一体机短壁机械化开采工作面采用连续运煤方式，由给料输送机、胶带转载机和胶带输送机组成。由煤炭科学研究总院太原分院为潞安矿业集团研制的EBJ/H-132型采掘一体机短壁机械化开采工作面连续运煤系统如图9所示。

图9采掘一体机短壁开采连续运煤系统

2.2 工作面巷道布置

采掘一体机短壁机械化开采工作面由于设备构成的局限性，不适合像连续采煤机那样进行快速高效大块段区域的短壁开采，仅适合矿井内不规则边角煤及残留煤柱开采，巷道布置以单巷为主。根据工作面设备情况，借鉴连续采煤机短壁机械化开采工作面巷道布置方式，采掘一体机短壁机械化开采工作面的巷道布置方式可分为两种：一种是单巷双翼硐式布置；另一种是单巷双翼旺格维利式布置。

2.2.1 单巷双翼硐式布置及回采工艺

单巷双翼硐式布置如图10所示。顺槽掘到边界后，开始在顺槽两侧直接进行后退式回采。回采时，沿顺槽呈35～45°角斜切进刀，采深为10～12m，宽度为采掘一体机铲板宽度。（即3.0 m），高度为4.0 m。采掘一体机切割煤柱时进刀顺序如图11所示。采掘一体机在顺槽端头按先左、后右各采一硐的回采顺序进行回采,每采完一硐后退一距离,履带行走支架同时向前移动。拉架顺序与回采顺序正好相反，即采左硐时右架超前,采右硐时左架超前,两支架迈步式交替前移。采硐间根据实际情况可以留小煤柱或不留煤柱,为防止顶板大面积垮落,间隔一定距离留一隔离煤柱。

图10 单巷双翼硐式巷道

图11采掘一体机切割煤柱进刀顺序

2.2.2 单巷双翼旺格维利布置及回采工艺

单巷双翼旺格维利布置如图12所示。在顺槽两侧布置与顺槽成60°角左右的回采支巷。回采时，在支巷两侧呈45°角斜切进刀，采硐规格与单巷双翼硐式布置系统相同。支巷回采至顺槽6m时停采，待左右支巷采完后，从顺槽内采硐回收顺槽两侧煤柱。支巷长度30～50 m，每条支巷回采宽度约25m（含支巷宽度）。

图12 单巷双翼旺格维利布置

2.2.3 工作面顺槽及支护

采掘一体机短壁机械化开采工作面顺槽及支巷均为矩形断面，采用树脂锚杆支护，必要时采用锚索补强支护。顶锚杆为高强度树脂锚杆，帮锚杆为可切割锚杆或可回收锚杆支护，采硐时不需要支护，顺槽及支巷规格（宽×高）为4.5m×3.0m，掘进断面面积为13.5㎡，每排6根锚杆，锚杆间排为0.8m，每3排锚杆打1排锚索，每排2根锚索，锚索间距为1.5m。帮锚杆间排距为0.8m，每排4根锚杆。

2.2.4 通风方式

工作面的通风方式为局扇通风，必要时挂风障导流。

2.2.5 采掘一体机短壁机械化开采的特点

采掘一体机短壁机械化开采与连续采煤机短壁机械化开采相比具有以下特点：

1）具有设备投资少、见效快的特点。采掘一体机一般为连续采煤机价格的1/3，采掘一体机短壁机械化工作面成套设备价格为连续采煤机工作面设备的1/2，投资少、见效快，适合我国煤矿的特点。

2）采掘一体机一机多用，既能用于短壁开采，又能实现煤巷的快速掘进；操作简单，维修方便，纵横截割头互换可满足各种条件下的掘进要求。

3）采掘一体机一般适合单巷道掘进，不像连续采煤机那样能多巷道掘进。这样，工作面通风效果较差。

4）工作面年产量一般为20～30万t。

5）由于采掘一体机的截割方式与连续采煤机不同，所以在装煤效果上有些差异。采掘一体机采硐时，装煤不易掌握，浮煤较多，资源回收率低于连续采煤机工作面。

3  短机身单滚筒采煤机短壁机械化开采技术

短机身单滚筒采煤机短壁机械化开采技术是指在短壁工作面用短机身单滚筒采煤机破煤和装煤，输送机运煤和液压支架支护顶板的开采技术。它与长壁综采技术基本相同，只是工作面较短，设备顿位小，易搬家倒面。短机身单滚筒采煤机短壁机械化开采技术已在我国的大同、兖州等矿区应用，按工作面液压支架型式不同，可分为短壁综采和短壁综放两种。

3.1 短壁综采（放）工作面设备

短壁综采工作面设备为：短机身单滚筒采煤机1台，单电机驱动的刮板输送机1台，支撑掩护式液压支架30架左右。
短壁综放工作面设备为：短机身单滚筒采煤机1台，单电机驱动的工作面前部刮板输送机1台，单电机驱动的工作面后部刮板输送机1台，单摆杆轻型放顶煤支架30架左右。

短壁综采（放）工作面采煤机采用的短机身单滚筒采煤机，单摇臂布置在机体的中部，摇壁摆角可达310°，机身较短，滚筒可以在左边或右边的巷道内直接进刀，割煤工艺简单。短机身单滚筒采煤机结构示意图如图13所示。该机既适用于短壁工作面，也适用于工作面长度大于50m的长壁工作面。

图13  短机身单滚筒采煤机结构示意

3.2  工作面巷道布置

工作面采用普通综采（放）工作面布置方式，布置1条运输顺槽和1条轨道顺槽，两顺槽断面尺寸（宽×高）为4.0m×3.0m，工作面长度一般在50m以下。

3.3  回采工艺

工作面采用机尾进刀，即：采煤机从轨道顺槽向运输顺槽运行割顶煤，采煤机滚筒割煤通过后，即时拉架。采煤机行走到输送机机头割完顶煤后，摇臂落下并换向，仍然保持滚筒在前，从运输顺槽向轨道顺槽运行割底煤，并及时推移输送机。采煤机行走到输送机机尾割完底煤后，摇臂先换向，后举起，并使滚筒处于轨道顺槽之内，然后推移输送机机尾，进刀割顶煤，开始下一个工作循环。

3.4  短机身单滚筒采煤机短壁机械化开采技术特点

短机身单滚筒采煤机短壁机械化开采与连续采煤机、采掘一体机短壁机械化开采相比具有以下特点：

1）工作面通风系统简单，效果好。工作面布置与综采工作面相同，采用一进一回的布置方式，新鲜风流通过工作面，工作面通风效果好。

2）工作面环境好，安全性高。工人是在液压支架下操作，相对而言，工作面安全性要好于连续采煤机及采掘一体机短壁工作面。

3）工作面布置不如连续采煤机与采掘一体机短壁工作面灵活。短壁综采（放）工作面要求开采区域相对规整，有一定的可采储量。

4）掘进、采煤和辅助运输三个主要工序使用三种不同类型的设备，工序衔接和设备管理较为复杂。而连续采煤机与采掘一体机短壁工作面设备多为自行走式设备，具有采掘合一、灵活机动的特点。

5）工作面资源回收率高。比连续采煤机与采掘一体机短壁工作面的资源回收率约高10%～15%。

6）工作面产量介于连续采煤机与采掘一体机短壁工作面之间，短壁综采月产在30000t左右。

4  短壁机械化开采技术的适用条件

4.1连续采煤机短壁机械化开采技术的适用条件

1）适用于埋藏深度小于500m的煤层。一般说来上覆盖岩层厚度越大，顶板压力越大，5.0～6.0m大断面巷道支护就越困难。在大深度条件下,支护成本高,成巷速度慢,连续采煤机及配套设备的效能难于发挥。

2）适用于煤层厚度为2.0～4.5m且结构简单的煤层。连续采煤机及配套设备在2.0m以下的煤层中使用时，锚杆机操作受到较大的影响，锚杆机打孔和安装锚杆机不方便，需要换钎杆才能完成钻孔，极大地降低了支护工效，延长了支护时间。当煤层含有较厚且硬度较大的夹矸时，连续采煤机不能截割，需要人工辅助处理，降低了煤质，增加了工人劳动强度。

3）适用于煤层倾角小于8°的近水平煤层。由于连续采煤机的横向防滑性能较弱，且连续采煤机及配套设备多为自移式，爬坡能力受限，只适用于倾角较小的煤层。当倾角大于10°时，设备的自移会出现困难，工作效率就会大大降低，因而适宜布置在8°以下的近水平煤层。

4）适用于顶底板中等稳定的煤层。连续采煤机短壁机械化开采时巷道采用锚杆支护，中等稳定及稳定顶板有利于锚杆支护。由于连续采煤机尤其是运煤车等设备，在巷道中往返运行极易造成对底板的破坏，当底板岩石强度较小时，底板极易泥化，妨碍设备运行。因此，煤层底板比较坚硬，遇水不易膨胀的岩石较为理想。

5）适用于低瓦斯煤层及不易自燃的煤层。连续采煤机短壁机械化开采工作面巷道布置与长壁式开采差别较大，工作面通风系统复杂，通风效果差，独头巷道多，因此适用于在低瓦斯煤层中应用。如果在高瓦斯矿井中使用，则要另行采取专门的安全措施。连续采煤机短壁开采工作面采空区遗留煤较多，浮煤多，易引起煤层自燃。所以最好用于无自然发火威胁的煤层中。如果有发火危险，也应采取专门措施。

6）适用于“三下”开采及不适宜布置长壁综采区域的开采。由于连续采煤机及配套设备具有行走自如、能快速移动的特点，工作面布置比较灵活，适用于“三下”开采及不适宜布置长壁综采面的区域回采。

4.2 采掘一体机短壁机械化开采技术的适用条件

1）煤层埋藏深度小于800m；

2）煤层厚度2.0～4.0m；

3）煤层倾角小于12°；

4）煤层顶底板中等稳定；

5）低瓦斯及不易自燃煤层；

6）适用于“三下”开采及矿井边角煤、残采区和大巷、采区边界煤柱的回收。

4.3 短机身单滚筒采煤机短壁机械化开采技术的适用条件

短机身单滚筒采煤机短壁机械化开采技术的适用条件与长壁综采相同，适用范围广。由于受采煤机爬坡能力的限制，目前适应煤层倾角在16°以下。

5  短壁机械化开采在我国煤矿的使用前景

我国煤田分布十分广泛，煤层赋存条件多种多样,许多矿区具有与美、澳等国相似的煤层赋存条件,十分适宜使用连续采煤机,如大同、黄陵、榆神等矿区。地质构造复杂而无法布置正规综采或普采的不规则地段或边角地段的煤层以及大巷煤柱等，适合于连续采煤机及采掘一体机的机动、灵活开采。

我国煤炭资源分布甚广，一些城市和村镇的建筑物下、铁路下、水体下压煤量也很大，据不完全统计，仅我国煤矿生产矿井“三下”压煤量就达137.9亿t，其中建筑物下压煤约87.7亿t，占“三下”压煤量的60%左右，可供28个年产量500万t的大型矿井开采100年。在人口密集、工业发达的河北、河南、山西、山东、辽宁、黑龙江、陕西及安徽8省建筑物下压煤约64.7亿t，占全国“三下”压煤量的一半。山西省所属7个矿务局井田内压煤近10亿t，潞安矿区现生产的5个矿井压煤近3.7亿t。其中五阳矿有36个村庄压煤约0.92亿t，占全矿储量的23.4%。“三下”压煤问题造成回采工作面接续紧张、缩短矿区煤炭生产服务年限，使矿区过早地进入衰老报废期，不仅给国家造成极大浪费，还必将引发资源城市可持续发展的社会问题。三种短壁机械化开采技术解决“三下”采煤问题是一条很好的技术途径之一。

除“三下”压煤外，矿井内还有很多的不规则块段以及残采区，不能采用正规长壁综采开采，包括正规综采工作面回采后局部留下一些不规则区段，位于矿井边界以及断层等地质构造附近的煤炭。随着矿区生产的不断进行，煤炭资源总量和适宜长壁开采的储量比例在不断减少。

因此，三种短壁机械化开采技术在我国煤矿具有广泛的应用前景，必将产生极大的经济效益和社会效益。

6  结语

三种短壁机械化开采技术模式基本适合我国当前煤矿开采的需要，根据各自的煤层赋存条件择优选用。三种短壁开采技术作为长壁开采技术的重要补充，代表了我国短壁机械化开采技术的发展方向。适合我国煤矿特点的短壁机械化开采技术及成套设备在实际应用中将逐步完善和提高，最终将形成具有中国煤矿特色的短壁机械化开采技术体系。