文/黄刘涛

端帮开采对于煤炭开采的积极意义

文/黄刘涛

端帮开采作为目前世界上先进、安全的煤矿开采技术之一，将露天开采与井工开采技术结合起来，形成一套独特的开采方式。端帮开采技术最早起源于上个世纪80年代，是在螺旋钻开采技术的基础上发展演变而来，在延长露天矿开采年限方面以及矿山由露天向井工开采的过渡期间，都显示出了其独特的不可替代的作用与价值，已经成为解决露头煤层、边坡压覆煤层以及露天矿端帮压覆煤层开采最为经济有效的方法。

一、端帮开采技术概况

端帮采煤，就是在露天煤矿开采过程中，充分利用其采场的空间敞露条件，用井工开采方法回收露天矿境界以外的残煤，它作为对露天、井工开采技术的主要补充,已越来越多地被用户接受并采用。见图1，端帮开采工艺示意图。

图1端帮开采工艺示意图

我国煤层赋存条件较为复杂,煤炭资源分布地域辽阔，存在着储量巨大的薄煤层及倾斜煤层资源。但是，受目前开采技术条件的限制，传统的井工和露天开采方式都不能有效地回收这些资源，这些煤层不得不被放弃，造成了巨大的资源浪费。特别是在我国内蒙古、山西、陕西以及宁夏地区，大量的露头煤层及边坡煤层因早期无计划式开采，并未做掩埋处理，存在严重的火情，自燃现象十分严重，不仅浪费资源，并且对周边环境造成污染。端帮开采工艺则是将这些原先被丢弃或较难开采的煤炭资源进行更有效的回收，并能最大程度地减少对环境的影响。见图2，端帮开采工艺的典型开采方式。

图2端邦开采工艺的典型开采方式

二、端帮开采设备

由于技术的限制以及开采手段不完善，端邦开采工艺在我国一直处于空白，大量的薄煤层资源被丢弃。作为全球工程机械的领先企业，美国卡特彼勒始终将向全球的矿山行业客户提供专业高品质的产品和最全面的服务方案作为自己的目标。卡特彼勒公司旗下CatHW300露井联合端帮开采系统（见图3，卡特彼勒CatHW300端帮开采设备），作为该领域的佼佼者，截至目前已有85台（套）露井联合端邦开采系统在全世界40多个地区运行。作为全球市场占有率最高的端帮开采设备生产商，卡特彼勒公司于1994年就致力于端帮开采设备的设计与研发工作，经过二十多年的不断研发、改进，其巷道掘进深度已由最初的30m提高到300m以上，单巷道开采高度从0.8m直到4.5m，每班仅需3～4人就可以完成全部的开采作业，且整套系统的控制、运行以及维护都在矿山外部的地面进行，无需操作人员进入巷道工作，已成为现代矿山开采不可或缺的一部分。

图3卡特彼勒CatHW300端帮开采设备

三、美国矿山运行实例

1.NorthStarOne煤矿

Metlnvest公司的NorthStarOne煤矿，位于西维吉尼亚州贝克立市西南30公里的Kanawaha镇。

NorthStarOne煤矿为高价值薄煤层，其覆盖层厚度为20m～40m，煤层厚度范围从0.71m到1.27m，应用2台CatHW300露井联合端帮开采系统于2008年开始进行露头煤端帮开采。56号设备于2008年4月开始运行，66号设备于2011年2月开始运行。设备动力由当地电网供电。

针对此煤层厚度，NorthStarOne煤矿采用薄煤层截割头，掘进断面宽度2.9m，支撑煤柱的平均宽度为0.9m，其整体回采率达到72%。采用两班制进行运行，每个班12小时，每周生产5天（周六、周日不生产），单台设备的月产煤量为50～60kt。8小时内，卡特彼勒CatHW300端帮开采设备就可完成一条高1.2m（随煤层厚度起伏变化），宽2.9m，深度达到300m的巷道开采。巷道开采完毕后，推进臂带动截割头快速撤出巷道，对周边环境影响极小，实现了无塌陷开采。

2.Tacoa煤矿

Tacoa煤矿位于美国阿拉巴马州西南20公里的TacoaMinerals矿区。煤层条件为高价值焦煤。倾角向下从11°到22°，为倾斜煤层。

地层结构为松散层，厚度为10m，基岩厚度为6m，煤层厚度为1.05m，煤层无夹层。

采用一台CatHW300露井联合端帮开采系统进行开采，此套设备采用薄煤层电动截割头，煤层开采巷道的宽度为2.9m，开采巷道的深度根据覆盖层以及煤层条件从175m到225m不等，每天8小时工作制。支撑煤柱的宽度根据计算机模拟以及端帮支护计算，预留为2m。开采过程中，由于采用了预留永久煤柱的方式，实现了不塌陷开采。

四、瓦斯控制

瓦斯治理是煤矿安全高效开采的前提和基础。一般来说，如果空气中瓦斯浓度达到5%～15%时，有明火的情况下就能发生爆炸。为此，卡特彼勒CatHW300露井联合端帮开采系统在设备截割装置的电气装备方面采取防爆结构，在截割头前部充入惰性气体，例如CO2或N2，使截割头在进行工作的过程中被惰性气体充分包裹，将电气引爆的几率降低到最小程度。同时，为应对高瓦斯煤层的开采，该系统还加装了充气泵模块，并获得了美国国家安全部门MSHA以及中国“煤安”的认证与批准。

考虑到如截割滚筒在截割到夹矸或顶底板岩层时，所产生的火花亦可能引燃瓦斯，尤其是那些瓦斯量较大的煤层，卡特彼勒公司在CatHW300露井联合端帮采煤系统中还增加了瓦斯探测系统。当截割滚筒周围瓦斯浓度超过一定标准，系统将切断动力电源，截割头自动停机,并报告地面控制室人员。

五、结论

端帮开采作为对现有露天开采与井工开采的有力补充，对国内原有技术不能开采的薄煤层以及倾斜煤层资源进行回采，进一步增加了煤炭产量，提高了煤矿的整体回采率，对现有煤炭开采技术有着重大的现实意义，其绿色高效的开采方式，无论从产业政策还是安全开采方面，都具有显著优势，是对煤矿开采应用上的新发展。

（作者单位：卡特彼勒全球矿业）

（责任编辑：周琼）