中國的采煤技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

趙學(xué)文

采煤技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀

采煤方法種類很多，目前世界主要產(chǎn)煤國家使用的采煤方法，總的劃分為：壁式盒柱式兩大類。這兩種不同類型的采煤方法，無論從采煤系統(tǒng)還是回采工藝多有很大的區(qū)別。

柱式采煤法的特點是煤壁短呈方柱形，同時開采的工作面數(shù)較多，采出的煤炭垂直于工作面方向運出。壁式采煤法的特點是煤比較長、工作面的兩端巷道分別做為進縫合回風(fēng)、運煤和運料用，采出的煤炭平行于煤壁方向運出工作面，我國多采用壁式采煤法開采煤層。

壁式采煤法一般以長工作面采煤為其主要特征，產(chǎn)量約占我國國有重點煤礦的95%以上。隨著煤層厚度及傾角的不同，開采技術(shù)和采煤方法會有所區(qū)別。對于薄及中厚煤層，一般都是按煤層全厚一次采出，即正層開采。對于厚煤層，可把它分為若干中等厚度進行開采，即分層開采，也可以采用放頂煤整層開采。無論整層開采或分層開采，依據(jù)不同傾角，按采煤工作面推進方向，又可分為走向長壁開采和傾斜長壁開采兩種類型。

壁式體系采煤法優(yōu)點。巷道布置簡單，巷道掘進和維護費用低、投產(chǎn)快；運輸系統(tǒng)簡單，占用設(shè)備少，運輸費用低；減少了工作面長度的變化給生產(chǎn)帶來的不利影Ⅱ向，對綜合機械化采煤非常有利；通風(fēng)線路短，風(fēng)流方向轉(zhuǎn)折變化少，同時使巷道交叉點和風(fēng)橋等通風(fēng)構(gòu)筑物也相應(yīng)減少。

壁式體系采煤法缺點。長距離的傾斜巷道，使掘進及輔助運輸、行人比較困難：有時在污風(fēng)下行問題。

長壁放頂煤采煤法優(yōu)點。單產(chǎn)高：工作面內(nèi)具有多個出煤點，而且在工作面內(nèi)可實現(xiàn)分段平行作業(yè)，即在不同地段采煤和放煤同時進行，因而易于實現(xiàn)高產(chǎn)；效率高：由于放頂煤工作面的一次采出厚度大，生產(chǎn)集中，放煤工藝勞動量小以及出煤點增多等原因，其生產(chǎn)效益和經(jīng)濟效益大幅度提高；成本低：放頂煤開采比分層開采減少了分層數(shù)目和鋪網(wǎng)工序，由此節(jié)省了鋪網(wǎng)費用，此外，其它材料、電力消耗，工資費用等也都相應(yīng)減少：巷道掘進量?。壕蜻M量和巷道維護費用減少，便于采掘接替。

長壁放頂煤采煤法缺點。煤損失多：在目前的技術(shù)水平條件下，放頂煤開采的工作面煤炭采出率一般比分層開采低10%左右；易發(fā)火：由于煤損較多，在回采期間采空區(qū)就可能發(fā)生自然：煤塵大：在放頂煤工作面，采煤機割煤、支架操作時的架間漏煤及放煤為煤粉的來源；瓦斯易積聚：與分層開采相比，放頂煤開采的產(chǎn)量集中，瓦斯散發(fā)面大，采空區(qū)高度大，易于瓦斯積聚。

采煤技術(shù)的發(fā)展趨勢

礦山機械的發(fā)展一人類的科技進步、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和整體行業(yè)水平息息相關(guān)，特別是與機械工程科學(xué)和采礦科學(xué)的發(fā)展緊密相聯(lián)。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)前沿具有明顯的時域、領(lǐng)域和動態(tài)特性。信息科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、納米科學(xué)、管理科里和制造科學(xué)是改變21世紀的主流科學(xué)，由此產(chǎn)生的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界。不同科學(xué)之間的交叉融合將產(chǎn)生新的科學(xué)聚焦，經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步對礦山機械產(chǎn)生新的要求和期望。機械工程科學(xué)發(fā)展的總趨勢將是數(shù)字化、智能化、精密化、微型化、生命化和生態(tài)化。礦山機械作為機械工程學(xué)科的一個分支，也遵循這個發(fā)展的總趨勢。同時，結(jié)合礦山行業(yè)的特點，其發(fā)展趨向是數(shù)字化、智能化、生態(tài)化和宜人化。礦山機械制造業(yè)應(yīng)不斷融入人類在各領(lǐng)域的優(yōu)秀成果，面向國家經(jīng)濟建設(shè)重大需求，以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

礦山機械發(fā)展的動務(wù)機制市場競爭驅(qū)動。我國礦山機械的整體水平與國際先進水平相比尚有差距。子邁向礦山機械制造強國的征途中，機遇和挑戰(zhàn)并存。產(chǎn)品設(shè)計是制造業(yè)的靈魂，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、質(zhì)量、成本交貨時間及可制造性、可維修性、報廢后處理以及人、機和環(huán)境關(guān)系等，原則上都是在產(chǎn)品設(shè)計階段決定的。產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計能力已成為決定企業(yè)在全球化競爭中地位的首要要素。

礦山機械是技術(shù)含量和集成化很高的裝備，新設(shè)備的開發(fā)中不斷將人類在各領(lǐng)域成果融合進來，隨著材料科學(xué)、制造工藝、信息科技計算機技術(shù)的進步，每一輪產(chǎn)品都有新的技術(shù)注入，零部件的更新周期越來越短、新設(shè)備換代越來越快，尤其是大型礦山機械的開發(fā)，五成熟的經(jīng)驗可借鑒而要不允許設(shè)計中出現(xiàn)任何失誤，因此必須借助多科學(xué)的技術(shù)融合，提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力和市場競爭能力。礦山機械和計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜合的基礎(chǔ)上形成了數(shù)字化的發(fā)展趨勢。

經(jīng)濟建設(shè)的需要。隨著社會進步和國民經(jīng)濟的發(fā)展，人類對資源和能源的需求量越來越大，而我國是一個資源相對貧乏的國家。隨著資源的開發(fā)，開采深度的逐漸增加，由陸地向海洋延伸，資源開采條件日益惡劣化，安全開采的形式日趨嚴重；我國煤炭開采的深度已達到1000m，金屬礦的濃度達到1380m，礦床開采深度增加，地下水、瓦斯、高地應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造是資源開采難度大大增加。

自動化無人工作面開采是井下或危險環(huán)境采礦的發(fā)展方向，也是保障工作面安全開采的有效途徑。綜合應(yīng)用采礦學(xué)、自動化技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機科學(xué)和技術(shù)等，進行自動化無人工作面開采的基本理論研究和開發(fā)新技術(shù)、新裝備，使礦山機械將向機器人化合自能化方向發(fā)展。

煤炭開采技術(shù)

改進采煤方法和工藝：礦井集約化開拓布置技術(shù)。隨著生產(chǎn)集約化合自動化程度的提高，在地質(zhì)條件允許的礦區(qū)，可以走一井一面的集約化生產(chǎn)模式，而在地質(zhì)條件不允許的礦區(qū)，也可以走多井生產(chǎn)，一井出煤的模式大量減少地面設(shè)施和簡化生產(chǎn)流程，降低管理成本。

短壁開采工藝技術(shù)。隨著大規(guī)模粗放性開采，適合長壁開采的煤炭資源日益減少，但長壁開采后的殘留煤柱，不能布置長壁式殘采煤區(qū)，不規(guī)劃塊段等的煤炭儲量卻在逐年上升，一些城市和村鎮(zhèn)的建筑物下、鐵路下、水體下（以下簡稱“三下”）壓煤量也很大：另外，處于礦區(qū)煤田的邊緣地帶、小的地質(zhì)構(gòu)造附近的煤炭，均不能用常規(guī)的長壁開采技術(shù)采出，因此，短壁開采技術(shù)將有很大的發(fā)展空間。為滿足適應(yīng)短壁開采，又可快速掘進的需求，將需要開發(fā)出能夠進行橫軸與縱軸切割方式互換的用于半煤巖巷道掘進和煤巷快速掘進的掘進機短壁開采離機遙控操作系統(tǒng)、連續(xù)運輸系統(tǒng)以及短壁工作面通風(fēng)安全系統(tǒng)等。

機電一體化、自動化煤礦開采技術(shù)裝備。應(yīng)用電力電子驅(qū)動、傳感檢測、計算機與自動控制、機械一電氣一體化設(shè)計等技術(shù)研究開發(fā)的煤礦新一代采掘、運輸、提升等新型開采設(shè)備將不斷涌現(xiàn)。這些設(shè)備總體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)機械一電氣控制操縱一體化設(shè)計，具備工況自動監(jiān)測監(jiān)控功能，傳動系統(tǒng)采用程序控制調(diào)速和軟啟動。煤礦機械機電一體化新型技術(shù)裝備總體結(jié)構(gòu)更合理，在煤礦井下狹小作業(yè)空間工作更加可靠、維修更加方便；配備更大功率的驅(qū)動系統(tǒng)，生產(chǎn)能力大幅度提高，在操縱和性能上實現(xiàn)程序控制、離機遙控、自動監(jiān)測監(jiān)控，使煤礦傳統(tǒng)的采掘、運輸?shù)仍O(shè)備功能內(nèi)涵發(fā)生重大突破，為生產(chǎn)過程的自動化控制奠定基礎(chǔ)。

采用礦井網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)。為適應(yīng)高度集中化生產(chǎn)模式和煤礦生產(chǎn)集團化管理模式，先進采煤國家研制開發(fā)了礦井自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)已基本實現(xiàn)自動化監(jiān)測監(jiān)控。全礦井綜合自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)集語言、數(shù)據(jù)、圖像于一體，兼容各種專用監(jiān)控系統(tǒng)功能的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將監(jiān)測、控制、通信功能合成一網(wǎng)，并發(fā)展靈活、方便的無線接入技術(shù)。監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋全礦井各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控層、生產(chǎn)與安全集中控制監(jiān)視層、信息管理層3個層次，通過各種礦用控制器、傳感器、通信終端、攝像器等實現(xiàn)對綜采工作面和礦井運輸、通風(fēng)、排水等設(shè)備和礦井瓦斯、煤塵等安全參數(shù)的自動化監(jiān)測和監(jiān)控。

采煤技術(shù)不僅是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志，也是國際間科技競爭的重點。我國正處于經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵時期，采煤技術(shù)是我們的薄弱環(huán)節(jié)。只有跟上發(fā)展先進采煤技術(shù)的世界潮流，將其放在戰(zhàn)略有限地位，并以足夠的力度予以實施，才能盡快縮小與發(fā)達國家的差距，才能在激烈的市場敬振華中立于不敗之地。