基于井下采煤方式的技術(shù)和工藝方法選擇問(wèn)題研究

季玉亮

摘 要 井下采煤是煤炭開(kāi)采中的主要方法，井下采煤技術(shù)是研究煤炭開(kāi)采中最受關(guān)注的領(lǐng)域之一，我國(guó)是煤炭生產(chǎn)大國(guó)，采煤技術(shù)工藝研究較為先進(jìn)，本文總結(jié)了我國(guó)井下采煤技術(shù)工藝的演變進(jìn)程，重點(diǎn)分析了幾種常見(jiàn)井下采煤技術(shù)及其使用條件，探討了綜合機(jī)械化采煤工藝，爆破采煤工藝等。

關(guān)鍵詞 井下采煤;采煤技術(shù);工藝選擇

中國(guó)是世界上煤炭資源最豐富的國(guó)家之一，為我國(guó)發(fā)展煤炭工業(yè)提供了必要的基礎(chǔ)條件。新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，科技水平顯著提升，煤礦事業(yè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從原來(lái)落后的井下開(kāi)采技術(shù)到今天的先進(jìn)綜合性井下機(jī)械化技術(shù)跨越。大大推動(dòng)了我國(guó)煤礦事業(yè)的快速發(fā)展。采煤工程日益復(fù)雜，合理選擇井下采煤技術(shù)可減少采煤工程的成本，確保采煤工程安全穩(wěn)定進(jìn)行，促進(jìn)采煤工程向機(jī)械化，集成化方向發(fā)展。

1 井下采煤技術(shù)工藝的發(fā)展

我國(guó)煤炭資源隱藏量豐富，據(jù)調(diào)查顯示，目前我國(guó)已探明保有煤炭?jī)?chǔ)量達(dá)1.45萬(wàn)億噸，我國(guó)煤炭資源井下開(kāi)采技術(shù)隨著煤炭工業(yè)發(fā)展實(shí)現(xiàn)了跨越發(fā)展。新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)煤炭工業(yè)快速發(fā)展。分別于六十與七十年代研制推行了普通機(jī)械化與綜采煤設(shè)備工藝，普通機(jī)械化工作面的裝備進(jìn)行全面的更新，采用π型長(zhǎng)鋼梁支護(hù)頂板等新設(shè)備工藝，綜合機(jī)械化采煤工作面向大功率程序化發(fā)展，90年代，我國(guó)開(kāi)展高產(chǎn)高效礦井建設(shè)，2005年，我國(guó)建成了一批高產(chǎn)高效化礦井，全國(guó)原煤產(chǎn)量達(dá)21億噸，居于世界首位。綜采工作面最高年產(chǎn)量達(dá)10.64Mt[1]。當(dāng)前我國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤炭開(kāi)采企業(yè)采煤機(jī)械化程度達(dá)到85%以上。我國(guó)井下采煤技術(shù)工藝方法的演變發(fā)展經(jīng)歷了綜合機(jī)械化采煤工藝，爆破采煤工藝與連采工藝等階段。

1.1 炮采技術(shù)的發(fā)展

新中國(guó)成立后，我國(guó)炮采技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)階段，五六十年代，頂板采用木支柱支護(hù)，六十年中期開(kāi)始到七十年代末，運(yùn)煤采用能整體前移的刮板輸送機(jī)樹(shù)洞。80年代開(kāi)始，頂板采用防炮崩液壓支柱。將鏟煤板裝到輸送機(jī)上，減輕了工人的體力勞動(dòng)。

煤礦遷移使用微差爆破技術(shù)，提高了煤炭的自裝率與回收率，采用單體液壓支配鉸接頂梁，炮采工作面選擇合適的爆破間隔，使首次爆破產(chǎn)生的煤塊相互碰撞發(fā)生二次破碎，微差爆破使用降低了炸藥與雷管的消耗。

1.2 普采技術(shù)的發(fā)展

隨著我國(guó)采煤機(jī)械化的發(fā)展，普采工作面技術(shù)裝備不斷改進(jìn)，可塑性的摩擦式金屬支柱鉸接頂梁配套支撐頂板，初步實(shí)現(xiàn)了破煤與裝煤工序的機(jī)械化。工作面的單產(chǎn)比炮采大大提高，隨著大功率雙滾筒采煤機(jī)，性能可靠的單體液壓支柱的相繼出現(xiàn)，普采機(jī)械化技術(shù)裝備水平進(jìn)一步提高。開(kāi)切口與清掃機(jī)道浮煤工序?qū)崿F(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，提高了生產(chǎn)水平[2]。

我國(guó)自50年代開(kāi)始使用截煤機(jī)等設(shè)備，60年代后期逐步走向機(jī)械化發(fā)展道路，在提高采煤技術(shù)的同時(shí)積極發(fā)展煤礦開(kāi)采其他環(huán)節(jié)的技術(shù)，采煤機(jī)械化推廣應(yīng)用得到全面普及。1979年原煤產(chǎn)量突破400萬(wàn)噸。

晉城礦務(wù)局自1981年開(kāi)始進(jìn)行單滾筒采煤機(jī)實(shí)驗(yàn)，取得了不錯(cuò)的效果。在1982年取得了較高的月單產(chǎn)。山西省汾西礦業(yè)公司新裕煤礦高檔普采隊(duì)2005年產(chǎn)量奪冠，最高日產(chǎn)達(dá)到4657噸。

1.3 綜采技術(shù)的發(fā)展

1953年英國(guó)首先使用自移式液壓支架裝備了首個(gè)綜采工作面。我國(guó)自60年代初期開(kāi)始研制液壓支架，裝備了一些綜采工作面，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。提高綜采工作面的設(shè)備能力可以極大地提高工作面的生產(chǎn)能力。

1970年我國(guó)首套完整的全工作面成套設(shè)備在大同礦務(wù)局開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，獲得初步成功。70年代我國(guó)引進(jìn)了多套綜采設(shè)備，80年代開(kāi)始使用國(guó)產(chǎn)綜采設(shè)備。90年代引進(jìn)了英國(guó)Electric1000型直流電牽引煤機(jī)，相比液壓采煤機(jī)故障率低，效率高。

近年來(lái)，晉華宮礦采用首套國(guó)產(chǎn)雙高薄煤層開(kāi)采設(shè)備極大地提高了產(chǎn)量。最高日產(chǎn)可達(dá)2000余噸。2011年，同煤集團(tuán)晉華工礦試運(yùn)行國(guó)產(chǎn)一次采全高綜采設(shè)備成功，順利通過(guò)國(guó)家有關(guān)部門(mén)的驗(yàn)收。

太重煤機(jī)研制出了我國(guó)首套年產(chǎn)千萬(wàn)噸級(jí)綜采成套設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)煤炭安全高效高采，我國(guó)采煤機(jī)設(shè)備技術(shù)不斷發(fā)展，引領(lǐng)了煤炭裝備制造業(yè)的發(fā)展[3]。

目前國(guó)內(nèi)與國(guó)外綜采裝備相比存在一些不足，主要表現(xiàn)為缺乏核心技術(shù)，設(shè)備壽命短，信息化程度低。我國(guó)綜采裝備研制主要是消化吸收國(guó)外技術(shù)，國(guó)內(nèi)采煤企業(yè)為追求市場(chǎng)利潤(rùn)忽視了基礎(chǔ)理論的深入研究。我國(guó)綜采設(shè)備選用原料可靠性較差，導(dǎo)致設(shè)備使用壽命與國(guó)外先進(jìn)水平相比較為落后。大功率電牽引采煤機(jī)構(gòu)采用微機(jī)控制，國(guó)內(nèi)綜采設(shè)備信息化處于起步階段。

隨著綜采設(shè)備的發(fā)展，綜采使用范圍不斷擴(kuò)大，綜采可提高工作面產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本與材料消耗，綜采設(shè)備的主要發(fā)展方向?yàn)榇蠊β逝c自動(dòng)化。國(guó)內(nèi)采煤機(jī)功率不斷提高，大力發(fā)展電牽引式采煤機(jī)才能提高綜采設(shè)備的使用壽命。要解決綜采工作面自動(dòng)化開(kāi)采，必須解決好采煤機(jī)與輸送機(jī)間的信號(hào)數(shù)據(jù)傳遞。

2 井下采煤技術(shù)工藝簡(jiǎn)介

2.1 綜采技術(shù)

綜合機(jī)械化采煤工藝指全部生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化連續(xù)工作的采煤工藝系統(tǒng)，提高了單產(chǎn)及安全性。割煤工序包括破煤與裝煤，滾筒式采煤機(jī)分為單滾筒與雙滾筒，為適應(yīng)煤層頂?shù)装迤鸱ǔ２捎秒p滾筒采煤機(jī)割煤，采煤機(jī)滾筒式割煤時(shí)，利用滾筒螺旋葉片將煤裝入刮板運(yùn)輸機(jī)。

采煤機(jī)單向割煤適用于傾角較大的綜采面，雙向割煤多用于傾角較緩的綜采面，刨煤機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢修管理方便等優(yōu)點(diǎn)。在薄煤層機(jī)械化開(kāi)采中占據(jù)重要地位，但刨煤機(jī)生產(chǎn)效率較低，采高較大時(shí)設(shè)備穩(wěn)定性差，適用于煤層賦存穩(wěn)定，不含堅(jiān)硬的夾矸，煤厚2m以下的較軟煤層。

采煤機(jī)割下的煤炭被裝入刮板運(yùn)輸機(jī)，經(jīng)橋式轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)出綜采工作面，刮板運(yùn)輸機(jī)必須與采煤機(jī)生產(chǎn)能力匹配。工作面使用的液壓支架以高壓液體為動(dòng)力，自動(dòng)支撐工作面頂板，遷移及采空區(qū)處理等工序。工作面滯后支護(hù)能適應(yīng)周期壓力大的頂板，采空區(qū)大多采用全部垮落法處理。

2.2 普通機(jī)械化井下采煤技術(shù)

普采工藝采煤機(jī)械同時(shí)完成落煤與裝煤工序，普采單滾筒采煤機(jī)滾筒位于工作面下端頭，使貨量不通過(guò)機(jī)體下放，雙滾筒采煤機(jī)解決了工作面兩頭作缺口的工作量，中厚煤層單滾筒采煤機(jī)通常采用單相割煤，適用于薄煤層，頂板較穩(wěn)定等條件。普采技術(shù)相對(duì)其他采煤技術(shù)成本來(lái)說(shuō)，采煤效率相對(duì)較高，普采技術(shù)可在不同煤礦地質(zhì)中使用。

2.3 爆破采煤技術(shù)

炮采為爆破采煤工藝，用單體支柱支護(hù)工作空間頂板，80年達(dá)，我國(guó)炮采裝備技術(shù)手段更新速度加快，工作空間得到有效控制，減輕了工人的體力勞動(dòng)。落煤要求保證規(guī)定的循環(huán)進(jìn)度，不留底煤與頂煤，降低炸藥與雷管消耗，要根據(jù)煤層硬度，確定打眼爆破參數(shù)，包括炮眼排列，一次起爆的炮眼數(shù)量等。

隨著采煤工作面不斷向前推進(jìn)，頂板懸露面積加大，需及時(shí)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行處理，因頂板特征等條件不同，采空區(qū)有多種處理方法，通常使用全部垮落法。炮采的優(yōu)勢(shì)是成本低，可用于地勢(shì)特征復(fù)雜的煤礦，其缺點(diǎn)是采煤效率較低。

2.4 連續(xù)采煤工藝

煤房工作面使用連續(xù)采煤機(jī)完成破煤與裝煤，采用錨桿支護(hù)頂板，裝運(yùn)支等工藝過(guò)程全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化走也，連續(xù)采煤工藝的研究應(yīng)用始于80年代，連采工藝是綜采的補(bǔ)充，可取得良好的經(jīng)濟(jì)效果。

連采工藝特點(diǎn)是采用6m左右的煤房將切割矩形煤柱，采煤在煤房中進(jìn)行，連續(xù)采煤機(jī)采煤實(shí)行掘采合一，一般需用2～5條煤房同時(shí)交替掘進(jìn)。采煤機(jī)開(kāi)始后退式回收煤柱，具體可根據(jù)煤柱尺寸確定煤柱回收方式。

3 影響煤礦井下采礦技術(shù)選擇的因素

要保證煤礦生產(chǎn)高產(chǎn)出，應(yīng)研究不同采礦條件下應(yīng)選擇的采礦生產(chǎn)技術(shù)。煤礦頂煤冒放性與煤礦開(kāi)采深度有密切的關(guān)系，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，求解煤礦頂煤冒放性與開(kāi)采深度的具體關(guān)系。相關(guān)采礦經(jīng)驗(yàn)表明，采礦地區(qū)煤層強(qiáng)度對(duì)采礦生產(chǎn)技術(shù)選擇具有重要的影響，煤層強(qiáng)度對(duì)煤層內(nèi)外裂隙的發(fā)育程度有影響。

煤層結(jié)構(gòu)對(duì)采礦生產(chǎn)技術(shù)的選擇有重要的影響。煤層中存在堅(jiān)硬的巖石，對(duì)頂煤冒放性有很大的影響，選擇采煤生產(chǎn)技術(shù)方法應(yīng)考慮煤層結(jié)構(gòu)中是否存在巖石。采礦生產(chǎn)技術(shù)選擇受煤礦技術(shù)水平的影響，

采礦生產(chǎn)技術(shù)的選擇受煤礦技術(shù)水平的影響，隨著技術(shù)水平的不斷提高，我國(guó)采煤方法逐步走向成熟，采礦設(shè)備是影響井下采礦生產(chǎn)技術(shù)選擇的重要因素，應(yīng)對(duì)煤礦采礦的投入與產(chǎn)出進(jìn)行系統(tǒng)全面的分析，選擇合適的采礦生產(chǎn)技術(shù)方法，應(yīng)考慮與生產(chǎn)相關(guān)的材料供應(yīng)情況，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選擇對(duì)應(yīng)的采礦生產(chǎn)技術(shù)。

普采與炮采相比易于安全管理，降低了噸煤成本，綜采包括了國(guó)產(chǎn)綜采與引進(jìn)綜采，從噸煤投入與應(yīng)力對(duì)比，以國(guó)產(chǎn)綜采設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)，引進(jìn)綜采較差。綜采設(shè)備一次性投資較高，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益周期較長(zhǎng)。高檔普采獲得盈利生產(chǎn)周期較短，創(chuàng)造利潤(rùn)額大。普次是經(jīng)濟(jì)性實(shí)用性的機(jī)械化采煤設(shè)備。引進(jìn)綜采設(shè)備有利于開(kāi)采特點(diǎn)煤層，引進(jìn)綜采具有單產(chǎn)更高，勞動(dòng)效率更高等優(yōu)點(diǎn)，綜采技術(shù)對(duì) 地質(zhì)復(fù)雜的工作面適應(yīng)性較差，普采及綜采進(jìn)行分析評(píng)價(jià)得出結(jié)果為綜采最優(yōu)。兩種方法的分析結(jié)果相同，大力發(fā)展采煤機(jī)械化，才能實(shí)現(xiàn)礦井的高產(chǎn)高效。

4 不同采礦技術(shù)的適用條件

傾斜分層走向長(zhǎng)壁下行垮落采煤法是對(duì)開(kāi)采煤層采用的采煤工藝回采，下一層垮落巖石下回采，適用于中等厚度的煤層，能有效減少傾斜煤層開(kāi)采時(shí)可能出現(xiàn)的頂板支護(hù)。

普通機(jī)械化采煤工藝主要使用單滾筒采煤機(jī)開(kāi)采，減少采煤工作面下切口長(zhǎng)度，普采工藝主要應(yīng)用于中厚煤層。目前我國(guó)煤礦采用單一走向長(zhǎng)壁采礦生產(chǎn)技術(shù)炮采是爆破采煤工藝，主要包括放炮，刮板輸送運(yùn)煤與回柱放頂?shù)裙ば?。普采工藝特點(diǎn)是同時(shí)完成落煤與裝煤過(guò)程，綜采是綜合機(jī)械化采煤工藝。

傾斜長(zhǎng)壁采煤法與走向長(zhǎng)壁的主要區(qū)別是采煤工作面的位置，傾斜長(zhǎng)壁采煤法是仰斜的工作面，頂板的懸臂巖層向采空區(qū)域方向移動(dòng)，主要使用范圍對(duì)傾斜角有一定的要求。能規(guī)則劃分的區(qū)域可采用傾斜長(zhǎng)壁采煤法。

放頂采煤法主要用于厚煤層，利用礦山的壓力作用，使支架的頂煤破碎成塊，對(duì)煤礦的堅(jiān)固性系數(shù)有一定的要求。

5 井下采煤技術(shù)的合理選擇

我國(guó)擁有大量的煤礦資源，但采煤技術(shù)與世界先進(jìn)技術(shù)相比存在一定的差距，其主要原因?yàn)槲覈?guó)采煤設(shè)備不夠先進(jìn)，不能完全滿(mǎn)足一些復(fù)雜地勢(shì)條件下煤礦采煤工作，我國(guó)采煤工程系統(tǒng)化程度不夠高，采煤中解決安全技術(shù)問(wèn)題方法不夠完善。一些地方采煤技術(shù)選擇不夠合理。

合理選擇井下采煤技術(shù)對(duì)采煤事業(yè)發(fā)展有重要的意義，選擇井下采煤技術(shù)中，要考慮提高采煤效率，分析采礦設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，煤礦的回采率，根據(jù)不同地點(diǎn)地勢(shì)條件采取合理有效的井下采煤技術(shù)。采煤工藝的選擇必須堅(jiān)持安全經(jīng)濟(jì)的原則，采煤方法的選擇應(yīng)根據(jù)具體煤層的條件，減少資源浪費(fèi)，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)。

綜合性機(jī)械化采煤技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是適用性強(qiáng)，可降低煤礦開(kāi)采的損耗，提高工程安全性等。但采煤工程投入成本較高，因此綜采技術(shù)適用于煤礦地勢(shì)條件較好，可保證較高的操作水平的情況。綜采適用于煤層的賦存較穩(wěn)定，頂?shù)讞l件良好的情況。

普通機(jī)械化采煤技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是成本低，適用于地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，推進(jìn)距離較短的工作面。普采設(shè)備價(jià)格便宜，產(chǎn)量可達(dá)到綜采產(chǎn)量的1/2，普采對(duì)地質(zhì)變化條件適應(yīng)性較強(qiáng)，對(duì)推進(jìn)距離短，小的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的工作面，采用普采可取得良好的效果。普采操作技術(shù)是中小型礦井發(fā)展采煤機(jī)械化的重點(diǎn)。

炮采工藝具有技術(shù)裝備投資少，操作技術(shù)易于掌握等優(yōu)點(diǎn)，但其單產(chǎn)及效率低條件不適于機(jī)采的煤層可采用炮采工藝。

連采工藝的優(yōu)點(diǎn)是投資少，適應(yīng)性強(qiáng)，效率高等，但其通風(fēng)條件差，連采工藝對(duì)煤層地質(zhì)條件要求較高，主要適用于開(kāi)采技術(shù)條件簡(jiǎn)單的薄煤層。但近水平煤最宜，但不適用于近距離煤層群開(kāi)采。此方法適用于大中型礦井輔助采煤。

采煤工藝技術(shù)的選擇在現(xiàn)代煤炭開(kāi)采企業(yè)管理中是系統(tǒng)工程，需要綜合考慮技術(shù)及經(jīng)濟(jì)成本，環(huán)境保護(hù)及安全生產(chǎn)等各方面因素，采用其中一種或幾種技術(shù)工藝多組合應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行分析。

6 結(jié)束語(yǔ)

井下采煤技術(shù)工藝的選擇隨著煤層埋藏的周邊地質(zhì)環(huán)境不同變化，我國(guó)煤層賦存條件有很多種，80年代以來(lái)，采煤技術(shù)迅速發(fā)展，綜采機(jī)械化工作面向大功率發(fā)展，隨著采煤技術(shù)的發(fā)展，井下采煤技術(shù)工藝呈現(xiàn)自動(dòng)化電氣遷移發(fā)展的趨勢(shì)，井下采煤技術(shù)工藝的選擇應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性，安全性等方面的因素。選擇最合適的技術(shù)工藝，提高煤礦生產(chǎn)的綜合效益。

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