淺談煤礦開采技術的發(fā)展方向

張澤

摘 要： 煤炭是工業(yè)的糧食，煤炭工業(yè)發(fā)展的快慢直接關系到國計民生。然而，采煤方法是煤炭工業(yè)的關鍵工藝技術，是建設現(xiàn)代化礦井的基礎，所以煤炭開采技術的不斷改革以及探索就成為了我國經濟發(fā)展的必然要求，也是煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。本文闡述了我國煤礦開采應重點研究的7個技術領域：采煤方法和工藝，深礦井開采，“三下”采煤，減少矸石排放的開采技術，圍巖控制技術，小煤礦技術改造和機械化開采技術以及地下氣化技術。

關鍵詞： 煤礦開采;開采技術;發(fā)展方向

在當今科技經濟發(fā)展的新形勢下，煤炭開采技術的研究需立足于煤炭開采技術的前沿，立足于中國煤炭發(fā)展戰(zhàn)略所必要的技術儲備，立足于煤炭工業(yè)中長期發(fā)展戰(zhàn)略所必須的關鍵技術攻關，發(fā)展機械化、自動化、工藝操作控制程序化，從而達到安全、高產、高效、資源損失少的目的，并努力達到或接近國際先進水平。

1.采煤方法和工藝

采煤方法和工藝的進步與完善始終都是采礦學科發(fā)展的主題與核心。采煤工藝的發(fā)展將帶動煤礦開采各環(huán)節(jié)的變革，現(xiàn)代采煤工藝正在向高產、高效、高安全性和高可靠性方向發(fā)展，提高單產和機械化水平，基本途徑是使采煤技術與現(xiàn)代高新技術相結合，研制并使用高效、耐用、智能化的設備和監(jiān)控系統(tǒng)，改進及完善采煤工藝在發(fā)展現(xiàn)代采煤工藝的同時，改進多層次、多樣化的采煤工藝，通過學科總結實踐經驗，建立我國系統(tǒng)的采煤工藝理論。

（1）開發(fā)煤礦高效集約化生產技術、建設生產高度集中、高可靠性的高產高效礦井開采技術。以提高工作面單產和生產集中化為核心，以提高效率和經濟效益為目標，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，簡單、高效、可靠的生產系統(tǒng)和開采布置，生產過程監(jiān)控與科學管理等相互配套的成套開采技術，發(fā)展各種礦井煤層和工藝的進步和完善始終是采礦學科發(fā)展的主題。采煤工藝的發(fā)展將帶動煤炭開采各環(huán)節(jié)的變革，現(xiàn)代采煤工藝的發(fā)展方向是高產、高效、高安全性和高可靠性，基本途徑是使采煤技術與現(xiàn)代高新技術相結合，研究開發(fā)強力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤設備和生產監(jiān)控系統(tǒng)，改進和完善采煤工藝。在發(fā)展現(xiàn)代采煤工藝的同時，繼續(xù)發(fā)展多層次、多樣化的采煤工藝，建立具有中國特色的采煤工藝理論。我國長壁采煤方法已趨成熟，放頂煤采煤的應用在不斷擴展，應用水平和理論研條件下的采煤機械化，進一步改進工藝和裝備，提高應用水平和擴大應用范圍，提高采煤機械化的程度和水平。

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

硬頂板控制技術，研究埋深淺、地壓小的硬厚頂板控制技術，主要通過巖層定向水力壓裂、傾斜深孔爆破等頂板快速處理技術，使直接頂能隨采隨冒，提高頂煤回收率，且基本 頂能按一定步距垮落，既有利于頂煤破碎，又保證工作面的安全生產。

硬厚頂煤控制技術，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，包括高壓注水壓裂技術和頂煤深孔預爆破處理技術，使頂煤體能隨采隨冒，提高其回收率。

兩硬條件下放頂煤開采快速推進技術，研究合適的綜放開采回采工藝，優(yōu)化工序，縮短放煤時間，提高工作面的推進度，實現(xiàn)高產高效。

（3）緩傾斜薄煤層長壁開采。主要研究開發(fā)：體積小、功率大、高可靠性的薄煤層采煤機 、刨煤機;研制適合刨煤機綜采的液壓支架;研究開發(fā)薄煤層工作面的總體配套技術和高效開采技術。

（4）緩傾斜厚煤層一次采全厚大采高長壁綜采。應進一步加強完善支架結構及強度，加強支架防倒、防滑、防止頂梁焊縫開裂和四連桿變形、防止嚴重損壞千斤頂措施等的研究，提高支架的可靠性，縮小其與中厚煤層（采高3m左右）高產高效指標的差距。

（5）各種綜采高產高效綜采設備保障系統(tǒng)。要實現(xiàn)高產高效，就要提高開機率，對“支架-圍巖”系統(tǒng)、采運設備進行監(jiān)控。今后研究的重點是：通過電液控制閥組操縱支架和改善 “支架-圍巖”系統(tǒng)控制，進一步完善液壓信息、支架位態(tài)、頂板狀態(tài)、支護質量信息的自 動采集系統(tǒng);乳化液泵站及液壓系統(tǒng)運行狀態(tài)的檢測診斷;采煤機在線與離線相結合的“油 -磨屑”監(jiān)測和溫度、電信號的監(jiān)測;帶式輸送機、刮板輸送機全面狀態(tài)監(jiān)控。

2.深礦井開采技術

深礦井開采的關鍵技術是：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、井巷布置等;需要攻關研究的是：深井圍巖狀態(tài)和應力場及分布狀態(tài)的特征;深井作業(yè)場所工作環(huán)境的變化;深井巷道（特別是軟巖巷道）快速掘進與支護技術與裝備;深井沖擊地壓防治技術與監(jiān)測監(jiān)控技術;深礦井高產高效開采有關配套技術;深礦井開采熱害治理技術與裝備。

3.“三下”采煤技術

提高數值模擬計算和相似材料模擬等，深入研究開采上覆巖層運動和地表沉陷規(guī)律，研究滿足地表、建筑物、地下水資源保護需要的合理的開采系統(tǒng)和優(yōu)化參數，發(fā)展沉降控制理論和關鍵技術，包括用地表廢料向垮落法工作面采空區(qū)充填的系統(tǒng);研究與應用各種充填技術和組合充填技術，村莊房屋加固改造重建技術，適于村莊保護的開采技術;研究近水體開采的開采設計、工藝參數優(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、土地復墾和礦井水資源化等關鍵技術。

4.優(yōu)化巷道布置，減少矸石排放的開采技術

改進、完善現(xiàn)有采煤方法和開采布置，以實現(xiàn)開采效益最大化為目標，研究開發(fā)煤礦地質條件開采巷道布置及工藝技術評價體系專家系統(tǒng)，實現(xiàn)開采方法、開采布置與煤層地質條件 的最優(yōu)匹配。

5采場圍巖控制技術

（1）進一步完善采場圍巖控制理論。以科學合理、優(yōu)化高效的巖層控制技術來保證開采活動的安全、高效、低成本為目標，深入總結我國幾十年的礦山壓力研究成果，以理論分析、現(xiàn)代數學力學和安測法相結合運用先進的計算機技術，深入研究各種煤層地質及開采條件，如急傾斜、大采高、大采深采場礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律及圍巖破壞與平衡機理，不斷完善采場圍巖技術。

（2）研究堅硬頂板與破碎頂板條件下應用高技術低成本巖層控制技術。

（3）放頂煤開采巖層和支架—圍巖相互作用機理。運用離散元等方法研究頂煤放落規(guī)律，提出放煤優(yōu)化準則和提高頂煤回收率的途徑。

（4）支護質量與頂板動態(tài)監(jiān)測技術。在總結緩傾斜中厚長壁工作面開展支護質量與頂板動態(tài)監(jiān)測方面，應進一步在堅硬頂板、破碎頂板、急傾斜、放頂煤工作面開展支護質量與頂板動態(tài)監(jiān)測，同時不斷完善現(xiàn)有的檢測技術。

（5）沖擊低壓的預測和防治。通過計算機模擬研究沖擊性礦壓顯現(xiàn)發(fā)生的機理;進一步完善沖擊性礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)展遙控測量和預報技術。

（6）研究開發(fā)新型的支護設備。研究硬煤層、硬頂版放頂煤液壓支架，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.小煤礦技術改造和機械化開采技術

實施國家關閉小煤礦，淘汰落后生產技術和生產設備，提高平均單井規(guī)模的技術政策，開發(fā)小型煤礦機械化、半機械化開采技術和裝備，改進小煤礦的采煤方法和開采工藝，提高采煤 工作面的單產和工效;提高小煤礦的頂底板控制技術水平，最大限度地減少頂底板事故率。

7.煤炭地下氣化技術

煤炭地下氣化技術是將處于地下的煤炭進行有控制的燃燒，通過對煤的熱化學作用而產生可燃氣體的過程。煤炭地下氣化技術屬于一種特殊的采煤方法，它屬國際首創(chuàng)。煤炭地下氣化技術具有投資少、工期短、見效快、用人少、效率高、成本低 、效益好等優(yōu)點，尤其適合我國煤礦地質條件復雜、劣質煤比例高、“三下”壓煤嚴重的具體國情，具有廣闊的推廣應用前景。應繼續(xù)研究完善“長通道、大斷面、兩階段”和“礦井 式氣化”兩種典型煤炭地下氣化工藝，進行較大規(guī)模的地下氣化試驗研究，摸索實現(xiàn)“兩個控制、三個穩(wěn)定”的技術途徑，并實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定生產探索應用的途徑。

參考文獻

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