薄煤层螺旋钻无人工作面开采技术推广应用价值

薄煤层螺旋钻无人工作面开采技术推广应用价值CONTENTS目录01薄煤层开采现状与技术需求02螺旋钻无人开采技术原理与特点03关键技术参数与设备配置04开采工艺与实施流程CONTENTS目录05技术应用成效分析06工程应用案例研究07推广前景与发展建议01薄煤层开采现状与技术需求我国薄煤层资源分布特征

储量占比与分布广度我国薄煤层可采储量约占全国煤炭总可采储量的20%，在四川、山东、黑龙江等省分布集中，全国84%的已探明矿区均有薄煤层赋存。

区域分布集中度高部分地区薄煤层资源占比突出，如四川省占60%，山东省占54%，黑龙江省占51%，贵州省占37%，华东、华南等地区资源紧缺且薄煤层占比大。

开采现状与资源潜力尽管储量丰富，但受限于开采技术，薄煤层年产量仅占全国总产量的10.4%左右，远低于其储量占比，存在巨大的资源开发潜力。传统开采工艺的局限性分析工艺复杂性与单产低下传统炮采工艺工序复杂，如新汶矿区薄煤层炮采单产低，采煤直接工效仅为500～1000t/(人·年)，难以满足矿井生产需求。劳动强度大与作业环境恶劣薄煤层工作面空间狭小，矿工需弯腰甚至匍匐作业，长期工作易患腰椎损伤等职业病，且温度高、湿度大、煤灰重，劳动条件艰苦。资源回收率低与适应性差传统工艺对厚度较小的薄煤层（如小于0.6m）无法开采，且遇构造时搬家频繁，导致资源浪费，新汶矿区薄煤层可采储量占总储量41%却因技术问题开采困难。安全风险高与经济效益差工作面人员密集，遇紧急情况躲避空间不足，安全事故风险高；同时，人工成本高、效率低，如炮采需大量人力，而螺旋钻采煤机每班仅需7人，显著降低成本。无人化开采技术发展趋势01智能化与自动化深度融合惯性导航系统与智能截割算法融合，采煤机可自动规划最优路径，实现"厘米级操作、毫米级控制"，如陕煤黄陵矿区项目通过数字孪生技术构建智慧开采"中国方案"。02设备小型化与高适应性突破采用"机身传动系统悬机身式布置+双截割电机"等创新结构，使采煤机在0.78米采高下仍保持灵活作业，中压变频技术提升设备在起伏巷道的适应能力，突破传统空间局限。03远程干预与无人作业常态化开创"无人作业+远程干预"模式，实现三角煤自动截割、工作面与顺槽装备协同控制，达到无人化常态开采标准，推动行业由"汗水驱动"向"智慧驱动"转变。04资源利用率与安全水平双提升技术全面推广可释放我国超百亿吨极薄煤层资源，相当于再造10个大型煤矿，同时通过"井下无人则安"理念，显著降低安全风险，保障能源安全与可持续发展。02螺旋钻无人开采技术原理与特点技术定义与核心工艺技术定义薄煤层螺旋钻无人工作面开采技术是指工人不进入回采工作面，而是利用螺旋钻采煤机在巷道内完成工作面内的破煤、装煤、运煤等各工序，使薄煤层工作面复杂的回采工艺简单化的一种开采技术。核心工艺：回采工艺螺旋钻机布置在运输顺槽中，采用前进式独头钻采的工艺方式，先向一个方向（如下山）煤层打钻，钻头割煤，螺旋钻杆掏煤，煤直接落到运输顺槽的刮板输送机上运出。达到设计采深或遇到断层时退出钻杆，螺旋钻机整体前移，预留煤柱后开始下一循环钻采，完成后退回调头钻采另一方向（如上山）煤层。核心工艺：设备协同与辅助系统在运输顺槽内布置螺旋钻采煤机主机、液压系统、电控装置等，形成链式布置。配套刮板输送机、胶带输送机等运输设备，单轨吊等辅助运输设备，并设有通风、防尘、供电等系统，实现破煤、装煤、运煤、通风、降尘等工序的协同进行。螺旋钻采煤机结构组成

主机系统主机由液压推进部件、定向部件、传动框架及底座组成。液压推进部件含主推进液压缸（缸径125mm×杆径70mm）和副推进液压缸，总行程1900mm；定向部件通过两个液压千斤顶调节钻进角度，适应±15°煤层倾角；底座设支撑液压缸（行程1300mm），确保机身稳定。

钻具系统由三轴联动式钻杆和钻头组成。钻杆采用内卡环式连接，每5节配一节稳定器，提升刚性与定向性；中间轴为通风管道，可敷设水管实现内喷雾降尘。钻头直径625mm-825mm，钻宽1.905-2.105m，单孔钻深可达85m（上山方向）。

动力与控制系统配备两台110KW电动机驱动钻杆旋转，总功率235kW；操作台集中控制，支持机械化接卸钻杆，一人即可操作。液压系统含泵站、油缸等，实现推进、调斜、稳定等动作；电控系统含移动变电站（KBSGZY-500/6型）及隔爆控制开关，保障高瓦斯环境安全运行。

辅助配套设备包括SGW-40T型刮板输送机、SPJ-800型胶带输送机等运输设备，单轨吊（起吊重量2t，爬坡6°）用于钻杆搬运；通风系统采用DKJ-65No4.5型风机，供风量130-200m³/min；防尘管路（φ50mm）每50m设三通阀门，实现喷雾降尘。三轴联动式钻具技术优势

01刚性稳定性与定向精准性提升三轴钻杆设计，每5节配备一节稳定器，与单钻杆相比，显著增强刚性与稳定性，侧向钻偏风险降低，定向精度提高，钻孔截面更大，有助于提升采煤回收率。

02机械化接卸钻杆提高生产效率采用内卡环式钻杆连接结构，实现机械化操作换装钻杆，大幅缩短拆、接钻杆辅助时间，减少非生产工时，有效提升整体生产效率。

03集成通风降尘系统保障安全高效中间轴设计为通风管道，可同步敷设水管，实现向钻孔内通风及内喷雾降尘降温功能，提升钻头截齿使用寿命，安全可靠，适用于高瓦斯矿井等复杂环境。

04煤层适应性与操作便捷性优化钻杆前部装有微调装置，可适应煤层倾角起伏变化；底盘配备稳钻油缸和调斜油缸，便于固定钻机和调整角度，对煤层条件适应性强，集中操作台一人即可完成操作。内卡环式钻杆连接创新机械化快速拆装机制

采用内卡环式结构设计，实现钻杆连接的机械化操作，大幅缩短拆、接钻杆时间，有效减少辅助作业时长，显著提升了生产效率。连接稳定性增强设计

相较于传统单钻杆连接方式，内卡环式连接提高了钻杆整体的刚性与稳定性，增强了定向钻进能力，降低了侧向钻偏风险，有利于保证钻孔截面规格和采煤回收率。复杂工况适应性提升

该连接方式与钻机的分体式布局相配合，使螺旋钻机组在巷道内的链式布置更加灵活，对不同条件巷道的适应性更强，满足薄煤层开采中复杂巷道环境的作业需求。03关键技术参数与设备配置BSHK-2DM型螺旋钻机性能指标

基础钻采能力参数钻高0.65m，钻宽1905mm，上山方向钻深85m，下山方向钻深45m，钻进速度1.0m/min，满足薄煤层开采空间及深度需求。

动力与效率参数电机功率235kW，单机制定日产可达250～350吨，有效保障薄煤层开采的动力输出与生产效率。

适应条件参数适用于煤层倾角0～±15°（特殊条件下-25°～+25°），煤硬度f≤1.5，岩石夹层硬度f≤6，对不同煤层条件适应性强。配套运输系统设计

运输设备选型与配置工作面侧配置SGW—40T型和SGW—30B型刮板输送机，用于将螺旋钻采出的煤输送至顺槽；顺槽内布置SPJ—800型胶带输送机，实现煤炭向采区运输系统的转载。

辅助运输设备配套采用单轨吊作为辅助运输设备，起吊重量2t，爬坡角度6°，主要用于钻杆、设备零部件等物料的运输及钻杆的安装与拆卸作业。

运输系统布置特点运输顺槽采用单巷布置，净宽4400mm，净高3500mm，断面13.3m²，锚网梁支护，为运输设备安装和运行提供足够空间，确保煤炭连续高效运输。通风降尘系统解决方案

三轴联动式钻杆通风设计螺旋钻采煤机采用三轴联动式结构，中间轴为通风管道，可向钻孔内持续通风，有效排除瓦斯等有害气体，满足高瓦斯矿井安全要求。

内喷雾降尘降温技术沿通风管道敷设水管，实现钻孔内喷雾降尘降温，提升钻头截齿使用寿命，降低粉尘浓度，改善作业环境。

巷道通风系统配置运输顺槽采用压入式通风方式，选用DKJ—65No4.5型通风机，供风量达130～200m³/min，确保巷道及钻孔内空气流通。

转载点喷雾降尘措施运煤巷道各转载点安设喷雾装置，实施自动喷雾降尘；运输顺槽内布置φ50mm防尘管路，每50m设三通阀门，满足降尘及巷道冲刷需求。单轨吊辅助运输技术

单轨吊的核心功能与技术参数单轨吊作为螺旋钻无人工作面的关键辅助运输设备，主要承担钻杆、材料等的吊装与转运任务。以潘西矿1701工作面为例，采用的单轨吊起吊重量为2t，爬坡角度可达6°，能适应巷道内复杂的空间条件，满足设备移动和物料运输需求。

单轨吊在钻杆装卸中的应用在螺旋钻机作业中，单轨吊负责钻杆的机械化拆卸与安装，通过其起吊装置精准完成钻具的对接与更换，减少人工干预，提高辅助作业效率。配合螺旋钻机的自动接杆功能，有效缩短了钻杆换装时间，保障了连续钻进作业的顺利进行。

单轨吊对巷道适应性的提升作用单轨吊采用悬挂式轨道安装，不占用巷道地面空间，与螺旋钻机、刮板输送机等设备形成链式布置，对巷道断面尺寸要求较低。在净宽4400mm、净高3500mm的巷道内即可稳定运行，增强了整个开采系统对薄煤层巷道条件的适应性。

单轨吊与无人化开采的协同优势单轨吊的自动化操作特性与螺旋钻无人工作面“少人化”需求高度契合，通过集中控制实现物料的定点运输，减少了巷道内作业人员数量。在新汶矿业集团的应用实践中，单轨吊的引入使辅助运输环节用人减少，进一步凸显了“系统环节少、用人少”的技术优势。04开采工艺与实施流程单巷前进式开采工艺

单巷布置与开采方向采用单巷布置方式，运输顺槽兼具进风、运煤和运料功能，净宽4400mm，净高3500mm，断面13.3m²，采用锚网梁支护。螺旋钻机组沿巷道滞后于掘进工作面，先向下山方向钻采，完成后退回调头钻采上山方向煤层，实现前进式开采。

核心钻采作业流程螺旋钻机布置在运输顺槽内，钻头割煤后由螺旋钻杆将煤直接输送至顺槽刮板输送机。一次采宽1905mm，钻深根据方向不同可达45-85m，达到设计采深或遇断层时退出钻杆，整体前移并预留0.5m煤柱后开始下一循环。

工艺适应性与优势适用于煤层厚度0.6-1.0m、赋存稳定、顶底板条件一般的薄煤层，尤其适合构造复杂区域。通过“掘进-钻采”连续作业模式，减少巷道掘进量，单巷即可满足开采需求，系统环节少，对巷道条件适应性强。钻采循环作业流程前进式独头钻采工艺采用单巷前进式开采模式，螺旋钻机布置于运输顺槽，先向下山方向煤层打钻割煤，钻杆掏煤后直接落至刮板输送机运出；完成下山方向钻采后，退回钻机调头进行上山方向钻采，实现双向循环作业。自动接卸钻杆与循环控制钻机配备机械化接卸钻杆系统，采用内卡环式结构实现自动接杆，达到设计采深（上山85m、下山45m）或遇断层时自动退出钻杆；整体前移预留0.5m煤柱后开始下一循环，单次采宽1905mm，每班钻进深度达30m。设备协同与生产组织工作面采用"三八"制作业制度，每班配置7人（含司机、维修工等），实现边采边准；配套刮板输送机、胶带输送机形成连续运输系统，单巷内链式布置钻机、液压泵站等设备，通风机提供130-200m³/min风量保障钻孔内作业环境。顶板管理技术要点

条带式开采与煤柱留设原则采用条带式开采工艺，钻采宽度1.905m，预留0.5m煤柱支撑顶板，通过煤柱与采空区的交替布置控制顶板压力，适用于埋藏较浅、顶板稳定性较差的薄煤层条件。

矿压观测与顶板稳定性分析基于相邻工作面矿压观测数据（如南冶矿1203西钻采面），结合本工作面顶板条件（如潘西矿1701面二级二类不稳定直接顶），分析采动影响下顶板下沉量及来压规律，确保支护方案适配性。

钻机调斜与稳钻控制技术利用钻机底盘稳钻油缸和调斜油缸实现快速固定与角度调整，适应煤层倾角起伏变化；通过钻杆前部微调装置，确保钻孔轨迹精准，减少对顶板的非均匀扰动。

顶板管理与通风降尘协同措施通过三轴中间轴通风管道及内喷雾系统，向钻孔内通风降温降尘，减少粉尘堆积对顶板观测的干扰，同时改善工作环境，间接提升顶板稳定性监测的准确性。劳动组织与作业制度

作业制度设计采用"三八"制作业制度，每班作业8小时，实行边采边准的生产组织方式，每天预留3小时以上检修时间，确保设备持续稳定运行。

人员配置与职责每班配置1名带班工长负责生产组织，配备螺旋钻机司机2人、维修工1人、辅助工2人、电工1人，全班合计7人，实现集中控制与专业化分工。

人机协同模式依托操作台集中控制系统，实现一人操作螺旋钻机的主体作业，辅助工种围绕设备维护、物料运输、安全监测等环节协同配合，大幅降低人工干预强度。05技术应用成效分析资源回收率提升数据

螺旋钻开采与传统炮采回收率对比传统炮采工艺在薄煤层开采中回收率较低，而螺旋钻无人工作面开采技术可显著提升资源回收率，钻煤采出率≥80%，相比之下更能有效利用煤炭资源。

螺旋钻开采工艺的回收率优势薄煤层螺旋钻无人开采技术具有相对0.6～1.0m煤层其它采煤工艺回收率高的特点，这一优势使得有限的煤炭资源得到更充分的开发。

实际应用中的资源回收成效以新汶矿区为例，在采用螺旋钻开采技术后，有效解决了厚度较小薄煤层采用炮采无法开采的问题，提高了薄煤层资源的整体回收水平，延长了矿井服务年限。生产效率对比分析螺旋钻采煤机工效优势螺旋钻采煤工作面效率可达6.5t/工，相比传统炮采工艺（500～1000t/(人·年)）大幅提升，显著降低人工投入。单产能力对比螺旋钻采煤机单机制定日产可达250～350吨，如潘西矿1701工作面月产量达3745吨，较传统炮采单产有明显优势。辅助时间缩短螺旋钻采煤机采用内卡环式钻杆连接，机械化拆接钻杆，减少辅助时间，提升有效作业时长，提高生产连续性。安全效益改善成果实现工作面“无人化”生产薄煤层螺旋钻无人开采技术实现了工作面无人员、无设备的“二无”特点，工人在支护条件良好的巷道内操作，彻底改变了传统薄煤层开采工人在工作面内爬行作业的状况，从根本上消除了工作面内的安全隐患。提升高瓦斯矿井作业安全性螺旋钻采煤机三轴的中间轴为通风管道，可向钻孔内通风及内喷雾降尘降温，有效解决了高瓦斯矿井的通风问题，提升了作业环境的安全性，使得该技术可在高瓦斯矿井中安全可靠使用。减少人为安全风险因素该技术系统环节少、用人少，大幅减少了井下作业人员数量。以相关实践为例，工作面每班仅需7人左右，相比传统炮采工艺用人显著减少，降低了因人员操作失误、疲劳等人为因素引发安全事故的概率。顶板管理安全可靠采用条带式开采，采宽与煤柱留设合理（如采宽1.905m，预留0.5m煤柱），结合底盘稳钻油缸和调斜油缸固定钻机，对顶板的适应性强，顶板来压及下沉等显现不明显，保证了顶板管理的安全可靠。成本控制与投资回报

设备租赁成本对比螺旋钻采煤机设备租赁费为53000元；传统炮采工艺设备租赁费总计2.862万元，其中包括1200棵单体支柱、2台乳化液泵、260根金属铰接顶梁及40T溜子等。

材料消耗成本优势螺旋钻采煤机采煤材料消耗为15115元；传统炮采工艺材料消耗小计1.975万元，包含炸药、雷管、坑木等，螺旋钻开采在材料成本上更具优势。

电力与人力成本节约螺旋钻采煤机电力消耗12016元，工资成本42000元（21人）；炮采工艺电力消耗1.27万元，工资成本30万元（150人），螺旋钻开采显著降低人力及电力支出。

投资回收效率分析该技术具有投资回收率高的特点，新汶矿业集团等应用案例显示，通过减少系统环节、用人及材料消耗，可实现较快的投资回收，提升矿井整体经济效益。06工程应用案例研究新汶矿业集团试验成果

试验工作面概况新汶矿业集团在南冶煤矿1203西钻采工作面和潘西煤矿1701工作面进行了螺旋钻开采试验。以潘西煤矿1701工作面为例，其走向长1043m，倾斜长40～120m，面积83440m²，煤层平均厚度0.65m，属较稳定层。

主要经济技术指标潘西煤矿1701工作面采用BSHK—2DM型螺旋钻采煤机，钻进度达30m/班，日产量138t，月产量3745t，工作面效率6.5t/工，钻煤采出率≥80%，正规循环率≥90%。

劳动组织优化工作面采用“三八”制作业制度，每班作业8h，每天检修时间保持3h以上。每班配备带班工长1人、螺旋钻机司机2人、维修工1人、辅助工2人、电工1人及相关工种操作人员，全班合计7人，显著减少了作业人员。

成本效益对比与传统炮采工艺相比，螺旋钻采煤在设备租赁费、材料消耗、工资等方面具有明显优势。如设备租赁费方面，螺旋钻采煤为5.3万元，炮采则需2.862万元（含单体支柱、乳化液泵等）；工资方面，螺旋钻采煤每班21人月工资4.2万元，炮采150人月工资30万元，经济效益显著提升。潘西煤矿1701工作面实践

工作面地质条件概况潘西矿1701钻采工作面位于-350m水平一采区七层煤东翼，走向长1043m，倾斜长40～120m，面积83440m²。煤层厚度0.42～0.81m，平均0.65m，结构简单，属较稳定煤层，可采指数为1，变异系数25.28%。

巷道布置与设备配置采用单翼布置，运输顺槽净宽4400mm、净高3500mm，锚网梁支护。配置乌克兰BSHK—2DM型螺旋钻采煤机（钻高0.65m、钻宽1905mm、电机功率235kW），SGW—40T型刮板输送机、SPJ—800型胶带输送机及单轨吊辅助运输设备，形成链式布置。

回采工艺与生产能力采用前进式独头钻采工艺，先下山方向钻采后退回调头钻采上山方向。每班钻进30m，日钻进90m，钻孔高度0.65m、宽度1.905m，回收率95%，日产量达138.7t，月产量3745t，可采期13.6个月。

经济与技术指标对比与炮采相比，螺旋钻采煤设备租赁费5.3万元（炮采2.862万元），材料消耗1.51万元（炮采1.98万元），电力消耗1.20万元（炮采1.27万元），工资成本4.2万元（炮采30万元），实现“五高五少”，钻煤采出率≥80%。黄陵矿区极薄煤层应用突破

项目概况与核心价值黄陵矿区双龙煤业应用全国首个薄及极薄煤层高效智能开采成套装备，采高范围0.78-1.3米，成功入选2024年度全国煤矿智能化建设重大进展名单，实现极薄煤层“无人作业+远程干预”常态开采，标志我国在该领域从“跟跑”到“领跑”的跨越。

关键技术创新点创新采用“机身传动系统悬机身式布置+双截割电机”结构，结合中压变频技术，实现采煤机在0.78米采高下灵活作业与“厘米级操作、毫米级控制”；融合惯性导航系统与智能截割算法，设备可自动规划最优路径，刮板机、液压支架协同配合，构建数字孪生矿井。

显著应用成效实现三角煤自动截割、工作面与顺槽装备协同控制，开创“无人作业+远程干预”新模式，推动行业由“汗水驱动”向“智慧驱动”转变。据测算，该技术全面推广可释放我国超百亿吨极薄煤层资源，相当于再造10个大型煤矿，对保障国家能源安全具有重要战略意义。07推广前景与发展建议适用条件与推广范围煤层赋存条件要求适用于厚度0.42～1.3m、倾角0～±15°（特殊条件下经调整可达±25°）、结构简单、赋存相对稳定的薄煤层，可采指数为1，变异系数一般不超过25.28%，煤硬度f≤1.5，不适用于有突出危险、自燃煤层及岩石夹层硬度f>6的情况。地质构造适应性对顶底板条件要求适中，直接顶为不稳定的二级二类顶板仍可应用，能适应煤层倾角度的起伏变化，可用于开采边角煤、三下压煤及回收各种煤柱，但遇到断层等复杂构造时需退出钻杆调整。巷道与设备空间条件要求巷道净断面不小于11.2m²，净高不低于3.5m，净宽不小于4.4m，卧底量不小于0.6m，以便钻机、液压泵站、电控装置等链式布置，采用单轨吊等