論煤礦開采工藝

張海

摘 要：在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的新形式下，煤礦開采技術(shù)的進(jìn)步和完善始終是采礦學(xué)科發(fā)展的主題。在發(fā)展現(xiàn)代采煤工藝的同時(shí)，繼續(xù)發(fā)展多層次、多樣化的采煤工藝，建立具有中國(guó)特色的采煤工藝?yán)碚?。我?guó)采煤方法已趨成熟，放頂煤采煤的應(yīng)用在不斷擴(kuò)展，應(yīng)用水平和理論研究的深度和廣度都在不斷提高。本文就對(duì)煤礦開采技術(shù)作了分析。

關(guān)鍵詞：煤礦；采煤工藝；控制技術(shù)；機(jī)械化開采

1.采煤方法和工藝

開發(fā)煤礦高效集約化生產(chǎn)技術(shù)、建設(shè)生產(chǎn)高度集中、高可靠性的高產(chǎn)高效礦井開采技術(shù)以提高工作面單產(chǎn)和生產(chǎn)集中化為核心，以提高效率和經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，研究開發(fā)各種條件下的高效能、高可靠性的采煤裝備和工藝，簡(jiǎn)單、高效、可靠的生產(chǎn)系統(tǒng)和開采布置，生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控與科學(xué)管理等相互配套的成套開采技術(shù)，發(fā)展各種礦井煤層條件下的采煤機(jī)械化，進(jìn)步改進(jìn)工藝和裝備，提高應(yīng)用水平和擴(kuò)大應(yīng)用范圍，提高采煤機(jī)械化的程度和水平。

1.1 開發(fā)“埋深淺、硬頂板、硬煤層高產(chǎn)高效現(xiàn)代開采成套技術(shù)”，主要解決以下技術(shù)難題。

硬頂板控制技術(shù)，研究埋深淺、地壓小的硬厚頂板控制技術(shù)，主要通過(guò)巖層定向水力壓裂、傾斜深孔爆破等頂板快速處理技術(shù)，使直接頂能隨采隨冒，提高頂煤回收率，且基本頂能按定步距垮落，既有利于頂煤破碎，又保證工作面的安全生產(chǎn)。

硬厚頂煤控制技術(shù)，研究開發(fā)埋深淺、支承壓力小條件硬厚頂煤的快速處理技術(shù)，包括高壓注水壓裂技術(shù)和頂煤深孔預(yù)爆破處理技術(shù)，使頂煤體能隨采隨冒，提高其回收率。頂煤冒放性差、塊度大的綜放開采成套設(shè)備配套技術(shù)，研制既有利于頂煤破碎和頂板控制。又有利于放頂煤的新型液壓支架，合理確定后部置輸送機(jī)能力。

兩硬條件下放頂煤開采快速推進(jìn)技術(shù)，研究合適的綜放開采回采工藝，優(yōu)化工序，縮短放煤時(shí)間，提高工作面的推進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。

5.5m寬煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)，通過(guò)寬煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的研究開發(fā)和應(yīng)用，有利于綜采配套設(shè)備的大功率和重型化，有助于連續(xù)采煤機(jī)的應(yīng)用，促進(jìn)工作面的高產(chǎn)高效。

1.2 緩傾斜薄煤層長(zhǎng)壁開采

主要研究開發(fā)：體積小、功率大、高可靠性的薄煤層采煤機(jī)、刨煤機(jī)；研制適合刨煤機(jī)綜采的液壓支架；研究開發(fā)薄煤層工作面的總體配套技術(shù)和高效開采術(shù)。

1.3 緩傾斜厚煤層一次采全厚大采高長(zhǎng)壁采

應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)完善支架結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度，加強(qiáng)防倒、防滑、防止頂梁焊縫開裂和四連桿變、防止嚴(yán)重?fù)p壞千斤頂措施等的研究，提高可靠性，縮小其與中厚煤層（采高3m左右）產(chǎn)高效指標(biāo)的差距。

2.深礦井開采技術(shù)

深礦井開采的關(guān)鍵技術(shù)是：煤層開采的礦壓控制、沖擊地壓防治、瓦斯和熱害治理及深井通風(fēng)、井巷布置等；需要攻關(guān)研究的是：深井圍巖狀態(tài)和應(yīng)力場(chǎng)及分布狀態(tài)的特征；深井作業(yè)場(chǎng)所工作環(huán)境的變化；深井巷道（特別是軟巖巷道）快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)與裝備；深井沖擊地壓防治技術(shù)與監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)；深礦井高產(chǎn)高效開采有關(guān)配套技術(shù)；深礦井開采熱害治理技術(shù)與裝備。

3.“三下”采煤技術(shù)

提高數(shù)值模擬計(jì)算和相似材料模擬等，深入研究開采上覆巖層運(yùn)動(dòng)和地表沉陷規(guī)律，研究滿足地表、建筑物、地下水資源保護(hù)需要的合理開采系統(tǒng)和優(yōu)化參數(shù)，發(fā)展沉降控制理論和關(guān)鍵技術(shù)，包括用地表廢料向垮落法工作面采空區(qū)充填的系統(tǒng)；研究與應(yīng)用各種充填技術(shù)和組合充填技術(shù)，村莊房屋加固改造重建技術(shù)，適于村莊保護(hù)的開采技術(shù)；研究近水體開采的開采設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)優(yōu)化和裝備，提出煤炭開采與煤礦城市和諧統(tǒng)一的開采沉陷控制、開采村莊下壓煤、土地復(fù)墾和礦井水資源優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)。

4. 優(yōu)化巷道布置，減少矸石排放的開采技術(shù)

改進(jìn)、完善現(xiàn)有采煤方法和開采布置，以實(shí)現(xiàn)開采效益最大化為目標(biāo)，研究開發(fā)煤礦地質(zhì)條件開采巷道布置及工藝技術(shù)評(píng)價(jià)體系專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開采方法、開采布置與煤層地質(zhì)條件的最優(yōu)匹配。

5 .采場(chǎng)圍巖控制技術(shù)

5.1 進(jìn)一步完善采場(chǎng)圍巖控制理論

以科學(xué)合理、優(yōu)化高效的巖層控制技術(shù)來(lái)保證開采掘活動(dòng)的安全、高效、低成本為目標(biāo)，深入總結(jié)我國(guó)幾十年的礦山壓力研究成果，以理論分析（解析法）、現(xiàn)代數(shù)學(xué)力學(xué)（統(tǒng)計(jì)分析預(yù)測(cè)、數(shù)值法）和實(shí)測(cè)法相結(jié)合運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，深入研究各種煤層地質(zhì)及開采條件。

5.2 研究堅(jiān)硬頂板與破碎頂板條件下應(yīng)用高技術(shù)低成本巖層控制技術(shù)

目前，由于應(yīng)用高壓注水、深孔預(yù)裂爆破處理堅(jiān)硬頂板和應(yīng)用化學(xué)加固技術(shù)存在工藝復(fù)雜、成本高的問(wèn)題，因而需進(jìn)一步研究開發(fā)新技術(shù)、新工藝、新材料來(lái)解決這些問(wèn)題。

5.3 放頂煤開采巖層和支架—圍巖相互作用機(jī)理

研究放頂煤開采力學(xué)模型、圍巖應(yīng)力、頂煤破碎機(jī)理、支架—頂煤—直接頂—基本頂相互作用關(guān)系；運(yùn)用離散元等方法研究頂煤放落規(guī)律，提出放頂煤優(yōu)化準(zhǔn)則和提高頂煤回收率的途徑。

5.4 支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

在總結(jié)緩傾斜中厚長(zhǎng)壁工作面開展支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面，應(yīng)進(jìn)一步在堅(jiān)硬頂板、破碎頂板、急傾斜、放頂煤工作面開展支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)應(yīng)不斷完善現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)技術(shù)，發(fā)展智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，改進(jìn)監(jiān)測(cè)儀表，使監(jiān)測(cè)儀表向直觀、輕便、小型化方向發(fā)展。

5.5 沖擊地壓的預(yù)測(cè)和防治

通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬研究沖擊性礦壓顯現(xiàn)發(fā)生的機(jī)理；進(jìn)一步完善沖擊性礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，發(fā)展遙控測(cè)量和預(yù)報(bào)技術(shù)，完善沖擊性礦壓綜合防治措施的優(yōu)化選擇專家系統(tǒng)。

5.6 研究開發(fā)新型的支護(hù)設(shè)備

研究硬煤層、硬頂板放頂煤液壓支架，完善液壓支架性能和快速移架系統(tǒng)，開發(fā)耐炮崩、輕型化單體液壓支柱和厚煤層巷道錨索和可伸縮錨桿。

6 .小煤礦技術(shù)改造和機(jī)械化開采技術(shù)

實(shí)施國(guó)家關(guān)閉小煤礦，淘汰落后生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備，提高平均單井規(guī)模的技術(shù)政策，開發(fā)小型煤礦機(jī)械化、半機(jī)械化開采技術(shù)和裝備，改進(jìn)小煤礦的采煤方法和開采工藝，提高采煤工作面的單產(chǎn)和工效；提高小煤礦的頂?shù)装蹇刂萍夹g(shù)水平，最大限度地減少頂?shù)装迨鹿事省?/p>

7. 煤炭地下氣化技術(shù)

煤炭地下氣化技術(shù)是將處于地下的煤炭進(jìn)行有控制的燃燒，通過(guò)對(duì)煤的熱化學(xué)作用而產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過(guò)程。煤炭地下氣化技術(shù)屬于一種特殊的采煤方法，它是國(guó)際首創(chuàng)。煤炭地下氣化技術(shù)具有投資少、安全、工期短、見效快、用人少、效率高、成本低、效益好等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合我國(guó)煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜、劣質(zhì)煤比例高、“三下”壓煤嚴(yán)重的礦區(qū)。具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。應(yīng)繼續(xù)研究完善“長(zhǎng)通道、大斷面、兩階段”和“礦井式氣化”兩種典型煤炭地下氣化工藝，進(jìn)行較大規(guī)模的地下氣化試驗(yàn)研究，摸索實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)控制、三個(gè)穩(wěn)定”的技術(shù)途徑，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)探索應(yīng)用的途徑。