淺議煤礦開采技術(shù)與工藝發(fā)展

尹春恒 廖為康

摘要:采煤方法工藝技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中占有極其重要的地位。一個煤礦企業(yè)生產(chǎn)指標的優(yōu)劣,除資源條件外,主要決定于所采用的工藝技術(shù)的適應(yīng)性和先進性。文章對新時期煤礦開采工藝技術(shù)、煤礦開采方法、采煤工藝發(fā)展進行了闡述分析。

關(guān)鍵詞:煤礦開采;煤礦開拓技術(shù);采煤工藝

中圖分類號:TD823文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)22-0043-02

我國煤炭資源儲量豐富,可采儲量44億噸。由于煤田成煤時期多,分布廣泛,類型復(fù)雜,含煤性和煤質(zhì)差異很大,特別是煤層賦存條件多樣,地質(zhì)構(gòu)造、地層及地質(zhì)條件相差極大,因此形成多類型、多結(jié)構(gòu)的賦存狀態(tài)。由于成煤時期,地質(zhì)變動多,使煤層埋藏深度相差懸殊,有的煤層露出地表,有的煤層上部覆蓋著極厚的沖積層,有的煤層埋藏深度超過1000m。

一、煤礦開拓技術(shù)

煤炭資源賦存條件是確定煤礦開拓方式和開拓系統(tǒng)的重要依據(jù),我國煤礦開拓經(jīng)過幾十年的改革、發(fā)展,具有以下三方面特點:

(一)開拓方式多樣

由于我國煤層的不同賦存條件,決定了需要采用多種開拓方式,基本型式是以主、副井井簡型式作為分類標志,有立井開拓、斜井開拓、平響開拓、綜合開拓等4種。立井開拓具有較大的生產(chǎn)能力,生產(chǎn)系統(tǒng)也比較簡單,主要應(yīng)用于煤層埋藏較深或傾角較大,特別是表土層較厚,含有流砂層的井田;斜井開拓中小型礦井采用較多,而且還廣泛應(yīng)用于表土層不厚、無流砂層、煤層傾角較小的礦區(qū)中的一些大型、特大型礦井;平響開拓由于受地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造等條件的限制,應(yīng)用不廣泛;綜合開拓隨著礦井延深、技術(shù)改造的發(fā)展得到了廣泛應(yīng)用。

(二)大、中、小型礦井并存

由于我國煤層地質(zhì)條件的多樣性,既有受地質(zhì)變動和破壞輕的無限煤田,又有受地質(zhì)變動和破壞較多的有限煤田,井田的幾何尺寸相差懸殊。同時,由于礦井開采技術(shù)水平上的差異,以及多種所有制的存在,使得我國礦井大小井型并存。我國國有重點煤礦以大、中型礦井為主,還有一部分大型和特大型礦井;地方國有煤礦以中、小型礦井為主,其平均生產(chǎn)能力為8.45萬噸。

由于井型的差異,并田的幾何尺寸相差懸殊。我國國有重點煤礦特大型、大型、中型、小型礦井并田平均走向長度分別為9.21km、7.70km、5.95km和4.24km。

(三)特殊條件下礦井開拓各具特點

由于我國煤層賦存條件的多樣性和分布的地區(qū)極不平衡,有些地區(qū)煤層賦存復(fù)雜、開采條件特殊,因而形成了特殊的開拓方式和開拓系統(tǒng)。主要有水力采煤礦井開拓、水力充填礦井開拓、在承壓水體上采煤的礦井開拓、有煤和瓦斯突出的礦井開拓等。

二、煤礦開采方法

采煤方法是煤礦生產(chǎn)的核心技術(shù)。采煤方法的適用性和先進性是除資源條件外決定礦井生產(chǎn)效率的主要因素。

世界上井工采煤方法有兩大體系:以長工作面采煤為主要標志的壁式體系采煤法;以短工作面采煤為主要標志的柱式體系采煤法。我國煤礦開采條件與特點主要內(nèi)容有:(1)能源結(jié)構(gòu)長期以煤為主;(2)煤炭資源地區(qū)分布不均;(3)開采煤層條件類型多樣:地方國有煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦開采的煤層較淺,富集積度較低,就全國煤礦礦井開采地質(zhì)條件看,總體上我國是以開采多煤層、總厚大、小傾角、低瓦斯、表土不厚、埋深不大的煤層為主,但又具有其他復(fù)雜條件的多樣性,為發(fā)展多層次的多種開采技術(shù)提供了重要的依據(jù);(4)多種辦礦體制并存:用多種體制辦各種模式的煤礦是中國煤礦開采的重要特點。不同體制的煤礦具有不同的技術(shù)經(jīng)濟特點,要求發(fā)展與之相適應(yīng)的開采技術(shù);(5)多層次多樣化的開采技術(shù)協(xié)同發(fā)展:我國煤礦開采以井工開采為主,露天開采的比重不大。采煤機械化是煤礦開采技術(shù)的核心和技術(shù)層次的主要標志,我國與世界先進來煤國家相比,在廣度和深度上都存在相當大的差距。

我國煤層賦存條件多樣,開采技術(shù)條件各異,因而促使了采煤方法向多樣化方向發(fā)展。我國是世界上采煤方法種類最多的國家。常見的幾種主要采煤方法為:單一走向長壁采煤法;刀柱式采煤法;傾斜分層走向長壁下行垮落采煤法;單一傾斜長壁采煤法;傾斜分層傾斜長壁下行垮落采煤法;傾斜分層長壁上行充填采煤法;放頂煤采煤法;水平分層、斜切分層下行垮落采煤法;水平分段放頂煤采煤法;掩護支架采煤法;水力采煤法;柱式體系采煤法。

三、采煤工藝發(fā)展

(一)壁式體系采煤技術(shù)

壁式體系可實現(xiàn)聯(lián)系采集,具有單產(chǎn)高、工效高、采出率高及適用性強等優(yōu)點。80年代以來,美國、澳大利亞等國家發(fā)展應(yīng)用了壁式體系采煤技術(shù),一個礦井一個綜采工作面生產(chǎn),年產(chǎn)達3Mt/a以上,礦井全員工效可達70~100/工以上,一躍達到世界領(lǐng)先地位。美國煤層優(yōu)越的賦存條件及壁式開采技術(shù)的發(fā)展,使得礦井平均全員工效已由十多年前的10t/工左右,提高到25t/工以上,是西歐國家的三倍;澳大利亞的情況基本與美國相似?？偟膩砜?世界范圍內(nèi),壁式體系呈發(fā)展趨勢。我國煤層賦存條件多樣,開采條件較復(fù)雜,主體將發(fā)展以壁式體系縱才為主的不同類型的長壁式開采技術(shù)。

世界上以長壁開采為主的主要產(chǎn)煤國綜采程度均達到80%以上,有的接近100%。我國國有重點煤礦礦井緩斜煤層可采儲量及產(chǎn)量比重均在85%左右,但綜采程度尚不到50%。長壁綜采是今后發(fā)展的主要方向。

我國緩斜厚煤層儲量豐富,從厚煤層中采出的產(chǎn)量占國有重點煤礦的40%以上,主要采用傾斜分層長壁開采。近幾年來,我國較廣泛采用放頂煤開采,分層開采的比重有下降的趨勢,但目前仍占主導(dǎo)地位。分層開采的裝備與中厚煤層有通用性,特點是:頂分層需增設(shè)鋪網(wǎng)工藝及有關(guān)裝備;中下分層需在網(wǎng)下進行開采。緩斜厚煤層采用命層綜采在中國、前蘇聯(lián)等國得到廣泛應(yīng)用。

(二)發(fā)展大功率、高可靠性薄煤層采煤機、刨煤機是一個趨勢

只有大功率,才會有更高的可靠性與更廣的適應(yīng)性。國外薄煤層采煤機總裝機功率已超過500kW,刨煤機總裝機功率已超過2×400kW。我國正研制的MG200/450-WD型采煤機裝機功率為450kW;刨煤機最大功率為2×200kW。制約我國薄煤層采煤機發(fā)展的一個主要因素是:主電機功率與機面高度的矛盾較難解決,研制適用于薄層采煤機使用的體積小、功率大的電機是當務(wù)之急。我國薄層采煤工作面輸送機的設(shè)計長度一般僅為150~200m,而國外普遍為250m,有的達300m以上,差距較大。

我國研制了30余種放頂煤液壓支架架型。并對礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、頂煤碎裂規(guī)律及可放性、放煤規(guī)律等進行了大量的研究、對生產(chǎn)起了重要指導(dǎo)作用。我國在架型結(jié)構(gòu)功能、參數(shù)、理論研究及使用效果等方面居國際領(lǐng)先水平。我國厚煤層儲量大,加快完善與發(fā)展放頂煤綜采具有重要現(xiàn)實意義。

四、結(jié)語

煤礦開采技術(shù)隨著煤層賦存條件的不同而有很大的差異。我國煤層賦存條件多種多樣,目前國有重點煤礦緩斜、傾斜和急斜煤層可采儲量分別占86.3%,10.1%和3.6%,這些特點決定了我國采煤方法必然是多種多樣的。20世紀80年代以來采煤方法得到迅速發(fā)展,生產(chǎn)技術(shù)指標明顯改善,普通機械化采煤工作面的裝備發(fā)展較快,綜合機械化采煤工作面向大功率、電牽引、程序化發(fā)展。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,煤礦安全條件將進一步得到改善,采煤生產(chǎn)技術(shù)必將達到國際先進水平。

參考文獻

[1]王浩.采煤方法選擇之我見[J].科技信息(科學(xué)教研),2008,(3).

[2]付崇禹,高海濤.生產(chǎn)礦井采煤方法選擇及影響因素分析[J].知識經(jīng)濟,2008,(1).

[3]包福林,薛峰.采煤技術(shù)及采煤方法的選擇[J].煤炭技術(shù),2006,(8).

[4]齊俊德.采煤方法的合理選擇及實踐[J].礦冶,2007,(3).

[5]郝忠軍.井下采煤技術(shù)及采煤工藝的選擇[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟,2007,(13).

[6]汪理全,楊真.長壁綜合機械化采煤方法的發(fā)展趨勢[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2005,(1).