70年代初，美国第一个长壁采煤工作面在固本能源集团（CONSOL Energy）位于阿
巴拉契亚北部地区的煤矿正式投入生产。而今长壁采煤技术已成为美国井工矿开采最重
要的采煤方法之一，而且也是井工开采时安全生产条件最好、产量最高、效率最好的采
煤方法。该技术已在美国的阿巴拉契亚、伊利诺斯煤田,以及美国西部各省的井工煤矿
得到普遍的采用。
1 长壁开采技术有利于井工矿实现高产高效
在过去的20多年里，固本能源集团长壁采煤工作面的平均班产量由900t增加到1998
年的4700t,目前，最好的长壁采煤工作面每个8小时的生产作业班平均产商品煤7200t。
1998年与1984年相比，最好的长壁采煤工作面的商品煤产量增长3倍以上。当1972年固
本能源集团的第一个长壁采煤工作面投产时,该集团共有55个生产矿井，而到1998年,生
产矿井的个数已减少到25个，而商品煤产量却由1973年的54.5Mt增加到1998年的69Mt。
煤炭生产矿井的雇员由1978年的21000人减少到1998年的8600人。井工煤矿开采部门每
班（工作8小时）的平均生产效率由10 t 左右提高到1998年的36t（见表1、表2、图1、
图2）。
井工煤矿产量和效率大幅度提高的原因，归纳起来主要有以下几方面：
(1)将采煤方法由房柱式改为长壁采煤法；
(2) 矿井运输方式发生了改变。现存的生产矿井全部由过去的轨道运输方式改变成
胶带输送机运输方式。矿井煤炭运输、选煤厂与铁路的外运能力已增长到与矿井长壁工
作面生产能力相互配套与适应的程度；
(3) 新投产的井工煤矿已全部设计建设成为长壁开采矿井，工作面生产出来的煤炭
可直接用胶带输送机运到洗选厂；
(4) 对长壁工作面的采煤机械设备作了重大的技术改进。长壁工作面的输送机、采
煤机都已具有较高的功率和生产效率；
(5) 长壁开采盘区的几何尺寸明显增大，从而可相对地减少连续采煤机准备盘区的
时间。现阶段连续采煤机开拓准备盘区的掘进效率，差不多是长壁工作面生产效率的1/
10左右,这已基本上能满足现阶段长壁开采所要求的采区准备速度。
2 盘区布置与生产设备发生了根本性的改变
长壁工作面生产设备主要由工作面采煤机、输送机和顶板支架3部分组成。由于矿
井生产不便、不确定的因素太多，所以必须对长壁工作面生产系统进行科学合理的设计
，使各部分之间能相互配套，以确保能形成一个安全生产条件好、生产效率高、经济效
益好的系统。长壁采煤工作面的几何尺寸变化及用工人数见表1、表2。
减少盘区的开拓准备工作量，对提高矿井生产效率具有十分重要的作用。1970年时
，准备一个面长150m、走向长度1200m，具有4条回采巷道的工作面时，全部巷道掘进的
出煤量占盘区总采出煤量的20%～25％。而今，随着采煤方法的改革，大型盘区长壁采
煤工作面一般只有3条回采巷道。准备盘区长壁工作面回采巷道时，掘进出煤量占盘区
总采出煤量一般不足10％，盘区采出煤量中90％以上来自长壁工作面开采过程。现在1
个面长330m，采煤机截割深度为1070mm的长壁工作面，所采出的煤量是原先面长为150m
、采煤机截割深度为750mm的长壁工作面的3倍以上。单纯将工作面采煤机的截深由750m
m改成1070mm，工作面的采出煤量就可增加40％。当然长壁工作面生产系统的其他组成
部分也必须要与加大采煤机的截深、增加产量的能力相互配套和相互适应，否则，就不
可能实现增加工作面产量的目的（见表3）。
在加大长壁开采盘区的几何尺寸时，以下几个关键性的环节必须要能满足生产的要
求：
(1) 必须增加采煤机械和运输设备的电机功率，改进电机和齿轮的技术性能。应保
证主要生产设备能满足大型盘区煤炭产量高，设备大修时间间隔长的要求。自70年代以
来，长壁采煤工作面生产系统的总装机功率已由600kW增加到今天的3900kW。
表1 长壁开采盘区几何参数发展变化趋势
时期
工作面宽度/m
长壁开采盘区走向长度/m
回采巷道/条数
掘进出煤量与回采煤量的比值/％
截割深度/mm
1970～1980
150
1200
4
20～25
750
1980～1990
225
1800
4
15～20
900
1990起
330
3000
3
9～15
900～1200
表2 长壁工作面和连续采煤机掘进班工种与人数
长壁采煤工作面每班人员共7名,其中:
连续采煤机梭车输送机操作人员共9名,其中:
连续采煤机、连续输送机操作人员共9名,其中:
采煤机司机2名
连续采煤机司机1名
采煤机司机1名
液压支架支护工2名
装载工1名
输送机操作工2名
锚杆安装工1名
梭车输送机操作工2名
顶板锚杆安装工3名
机械/电气维护修理工1人
顶板锚杆安装工1名
机械/电气维护修理工1名
机械/电气维护修理工1人
综合人员2名
综合人员1名
(2) 长壁采煤工作面设备的供电电压已增加到4160V，可满足大型工作面采煤机械设备需要较高的起动扭矩和大功率的要求。要避免工作面出现电压下降引起的设备事故，尤
其是由于工作面输送机机尾电机处的电压下降造成的工作面停机事故。在采煤工作面面
长很大时，工作面设备需要很高的起动扭矩，尤其是工作面输送机全载运输时更是如此。
(3) 应进一步改善采煤工作面机械设备的设计性能和材料质量，以有效地延长液压
支架、采煤机、工作面输送机圆环链、采煤机与输送机的关键部件、输送机槽组等的使
用寿命。上述长壁工作面机械设备部件的使用寿命至少应能使用到采完一个完整盘区的
走向长度。
采矿设备的制造商和煤炭生产商正在共同进行努力，以生产和开发出更多质量性能
更加优秀的采煤设备（见表4）。
当然还需进一步提高和改进长壁工作面采煤机的自动控制部件和液压支架推进
部件的技术性能与质量，使其操作起来更加简便和安全。例如，固本能源集团的几个煤
矿成功地研究开发出了一种输送机随采煤机向前割煤，自动推移输送机的系统（SISA—
Shearer initiated shield advance）。应用这种自动推移系统，既能自动前移工作面
的液压支架，也能自动前移位于工作面上下（顺槽）出口处的液压支架。
3 长壁开采盘区采准巷道的布置方式
(1）采准巷道布置在开采煤层内。这主要是由于美国煤矿在掘进采准巷道时，还习
惯于采用连续采煤机来掘进盘区的采准巷道。实际上，将盘区采准巷道布置在煤层内，
可以进一步了解开采区域内的煤炭资源赋存情况，详细查清地质构造状况和有效地防止
发生采煤量不足或浪费煤炭资源的问题。
(2）盘区采准巷道主要采用锚杆支护。大多数锚杆是由连续采煤机在采准巷道掘进
循环过程中直接安装的。增强型的顶板支护结构物，如框式支架、顶板锚杆网、钢丝绳
锚杆等，只用于地质构造复杂．巷道顶板应力很高，需要进行特别维护的场合。
(3)美国东部的煤矿瓦斯含量比较高，为确保长壁工作面内能通入足够的风量，通
常一个长壁工作面需要布置3至4条采准巷道，即增加1～2条采准巷道，专门用作通风
，以便能快速有效地冲淡和排除集中在巷道中的有害、有毒、具有爆炸危险性的气体和
粉尘。布置了4条采准巷道的长壁工作面，各巷道的具体作用是：胶带输送机巷，轨道
巷、进风巷（紧急事故撤退巷）和回风巷。对于布置3条采准巷的工作面，则常将轨道
巷和进风巷合并成为一条巷道。
表3 美国长壁工作面的设备与产量参数
项目名称
参数
工作面宽度
330m
煤层厚度
2.0m
工作面输送机宽度
1000mm
工作面输送机速度
1.5m/s
工作面输送机圆环链
42mm双中链
工作面输送机装机功率
1800kW
液压支架宽度
1.5～1.75m
液压支架支撑能力
940t
液压支架使用寿命
45000（循环）
采煤机截割功率
740～890kW
采煤机滚筒直径
1420mm
采煤机截割深度
1070～1220mm
工作面供电电压
4160V,三相交流电
工作面的日平均推进速度
7.6m
工作面的平均每机班净产煤量
5000t
盘区胶带输送机宽度
1730mm
主井和斜井胶带输送机宽度
1830mm
选煤厂洗选能力
1370～1800t/h
(4）引入房柱式采煤法中的连续采煤机来掘进巷道。由于美国不少煤矿习惯于房柱
式采煤法，尤其是习惯于连续采煤机的边掘边采的作法，因此,在进行长壁开采时，为
满足长壁工作面快速推进对采准巷道的需求，仍将原先专门设计用于房柱式采煤的连续
采煤机引进到长壁开采的生产过程中，将连续采煤机改为专门用于掘进采准巷道的设备
。
(5)使用连续采煤机来掘进回采巷道时，重点不是放在如何提高连续采煤机的生产
效率上,通常用于长壁工作面巷道掘进的连续采煤机的生产效率，比单独用于房柱式开
采、经过生产参数优化设计选择的连续采煤机的效率要降低一半。这是因为:
①为减少采区漏风和巷道顶板冒顶，开采区域内留设的煤柱尺寸比房柱式开采时要
大得多，这势必会增加连续采煤机在掘进截割联络巷道和胶带输送机尾部之间的巷道时
的煤炭装车时间。
②留设的煤柱尺寸（两巷道中心线间的距离）大小应满足长壁开采时工作面通风的
要求。要从保证长壁工作面开采时的煤柱稳定性出发，使所留设的煤柱尺寸为最佳值。
强调煤柱的稳定性主要是为了保证长壁工作面开采、进出采煤工作面、排放瓦斯时的安
全，同时也是为了保证工作面运输巷、尾巷和抽排瓦斯巷内有足够的风量。对尾巷靠工
作面一侧的煤层顶板进行强制性冒顶是希望能降低尾巷附近的水平应力。
③尽可能减少长壁工作面巷道的尺寸，目的是为了提高和改善工作面顶板的稳定性
，降低工作面上方单位面积顶板作用到工作面支架系统上的应力。但如果所掘进的巷道
太窄的话，又会降低连续采煤机掘进巷道时的灵活性。
④用连续采煤机掘进巷道时，通常是3～4条巷道共用一部胶带输送机，并将胶带输
送机布置在最外侧的一条巷道中；当5～6条巷道共用一条胶带输送机运输时，往往将胶
带输送机布置在中间的一条巷道中。这一做法所带来的问题是移动胶带输送机的时间较
多,且在连续采煤机掘进作业时，只在一半的作业区域可以充分使用胶带输送机来运输
，而另一半区域则只能采用刮板输送机、轨道和其它设备来运输。
⑤巷道条数少，采用梭车进行运输时调运的方法也少，由此导致的连续采煤机停机
等待梭车而耽误工时的机会也就多。
⑥由于盘区的主胶带输送机的运输能力要考虑长壁工作面生产时的运输量，所以掘
进长壁工作面的采准巷道过程中，移动盘区运输胶带输送机时，不仅在尺寸和重量上比
单纯采用连续采煤机生产时大得多，复杂得多，而且所需的工作量和耽误的工时也多得
多。
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