煤礦開采技術(shù)與掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的分析

王芳林

(山西忻州神達(dá)棲鳳煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036700)

引 言

煤礦行業(yè)對于我國社會經(jīng)濟(jì)各方面發(fā)展有著巨大的作用，許多行業(yè)都需要使用煤炭資源，因此其發(fā)展離不開煤礦行業(yè)的支持。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以及人口的增加，煤炭資源的需求量不斷加大。結(jié)合我國煤礦開采行業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)開采條件都較為惡劣，地質(zhì)情況也十分復(fù)雜，這些自然環(huán)境因素給煤礦的開采帶來較大的阻礙。因此，需要不斷的優(yōu)化煤礦開采等技術(shù)，不斷更新煤礦開采設(shè)備。對于掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，其操作要更加符合規(guī)范，讓煤礦的開采工作能夠更加順利實施，提高開采的可靠性及安全性[1]。要想讓煤礦行業(yè)能夠持續(xù)健康發(fā)展，就要不斷更新優(yōu)化相應(yīng)的技術(shù)及設(shè)備，為煤礦行業(yè)發(fā)展提供保障。

1 煤礦開采技術(shù)現(xiàn)狀

煤礦開采企業(yè)在開展工作時，要使企業(yè)效益得到保障，就要提高開采效率，而先進(jìn)的開采技術(shù)是開采效率提高的基礎(chǔ)。但目前相關(guān)開采技術(shù)還不夠成熟，需要不斷優(yōu)化完善，不斷進(jìn)行創(chuàng)新。我國部分地區(qū)的煤礦開采企業(yè)，在進(jìn)行煤礦開采時所用技術(shù)仍然沿用傳統(tǒng)的技術(shù)，無法滿足現(xiàn)有社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。同時，煤礦開采率不高，安全事故頻發(fā)也是亟需解決的問題。煤礦開采工作的難度較高，并且開采過程較為復(fù)雜，要提高開采的效率，提高開采工作的安全性，就需要突破技術(shù)及設(shè)備上的難題，從根本上解決實際問題。此外，部分煤礦開采企業(yè)以高回報為目標(biāo)，只注重企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益而忽視了資源的合理安排，造成十分嚴(yán)重的浪費現(xiàn)象，反而對企業(yè)的發(fā)展帶來不利的影響。同時，煤礦的開采還會對生態(tài)環(huán)境造成一定程度的破壞，使得地下水資源逐漸減少，破壞周圍植被，對空氣也會造成污染，不符合我國可持續(xù)發(fā)展理念。從這一角度出發(fā)，不斷創(chuàng)新開采技術(shù)，優(yōu)化開采流程，最大限度的降低環(huán)境污染及資源浪費[2]。

2 煤礦的開采條件

煤礦開采技術(shù)選擇，要以具體的開采條件為依據(jù)。我國的天然氣資源儲量不高，石油資源的形勢也較為緊張?，F(xiàn)階段，煤炭資源是我國的主要能源。盡管煤炭資源較為豐富，但仍需對外進(jìn)口以滿足市場需求。2015年—2020年，煤炭進(jìn)口量連續(xù)五年上漲。我國2020年進(jìn)口煤炭總量約3.04億t，同比增長1.49%,如圖1所示?，F(xiàn)階段，我國礦井開采以淺層煤層為主，開采礦井通常具有表土薄、煤層多、等特點。礦井開采通常是以井下開采為主，露天開采的情況較少。隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤礦開采技術(shù)得到了優(yōu)化，逐漸縮小著與發(fā)達(dá)國家采礦業(yè)的差距。

圖1 2014年—2020年我國煤炭進(jìn)口量

3 煤礦開采技術(shù)分析

3.1 全面考察并結(jié)合煤礦開采的實際情況

在實際的開采過程中，保障開采效益最大化的基礎(chǔ)上，要不斷優(yōu)化開采方式。如何使得開采方式與開采區(qū)域的地質(zhì)條件以及企業(yè)資源條件相協(xié)調(diào)，就要合理的進(jìn)行技術(shù)評價，完善巷道的布置，讓巷道的布置更加集中，從而提高工作面參數(shù)的準(zhǔn)確度。合理布置巷道等措施可以降低煤礦開采過程中的巖巷掘進(jìn)率[3]。

3.2 地下深礦井開采技術(shù)分析

地下深層礦井進(jìn)行開采作業(yè)時，結(jié)合實際情況，合理設(shè)置礦井巷道。對礦井的抗壓能力、通風(fēng)環(huán)境等方面也要予以足夠的重視。在巷道掘進(jìn)過程中，可以對煤矸石進(jìn)行科學(xué)處理，將其進(jìn)行粉碎充當(dāng)尾礦的填充材料，不僅可以減少填埋材料的運輸費用，還能夠降低煤礦填充作業(yè)的費用，進(jìn)而提高煤礦開采企業(yè)的企業(yè)效益。

3.3 關(guān)于刨煤機(jī)分析

在煤礦開采作業(yè)中，刨礦機(jī)的使用較為廣泛。在實際作業(yè)中，刨礦機(jī)能夠提高煤礦的開采效率，提高采礦的效果。運用刨礦機(jī)技術(shù)還能夠?qū)﹂_采工作進(jìn)行一定程度的簡化，利用無極繩進(jìn)行礦井牽引工作，在進(jìn)行分割采煤作業(yè)時能夠轉(zhuǎn)化為機(jī)械采煤的模式。運用刨礦機(jī)還能夠有效的降低人工成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 保水開采分析

保水開采是指利用地面注漿工藝技術(shù)，避免在開采過程中地表及地下水受到破壞。尤其是開采煤層這一環(huán)節(jié)，由于受到上覆巖層結(jié)構(gòu)很容易被破壞，進(jìn)而在一定程度上影響地下水系，甚至嚴(yán)重時還會形成地下漏斗。因此，保水開采技術(shù)的運用是十分必要的，在恢復(fù)地下水位的基礎(chǔ)上，能夠?qū)ι细矌r層的松軟巖石結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓實，保證其能夠有效形成安全的隔水帶。

3.5 機(jī)械化放頂采煤法分析

當(dāng)開展煤礦開采作業(yè)時，對于較厚的煤層可以使用機(jī)械放頂采煤法。在煤礦開采時，設(shè)置一個長壁工作面，再對煤層做松動處理，之后將頂層落下的煤進(jìn)行粉碎，并將其運出。受到煤層形式不同的影響，機(jī)械化放頂采煤法的的使用方法也有所不同。

3.6 炮采技術(shù)分析

炮采技術(shù)就是利用爆破的手段，將礦巖從礦體中剝落下來，同時結(jié)合單體支柱支護(hù)等技術(shù)進(jìn)行放頂、支護(hù)等一系列工作。炮采技術(shù)的工作面簡單，所需要的設(shè)備主要為煤電鉆、輸送機(jī)等，設(shè)備也較為簡單。該技術(shù)手段的適應(yīng)性較強(qiáng)，能夠應(yīng)用于各種作業(yè)環(huán)境當(dāng)中，同時該技術(shù)的投入相對較小，具有支護(hù)簡單、工作面布置靈活等優(yōu)勢，但其也有著局限性。在頂板的管理上，難度較大，同時其安全系數(shù)較低，在爆破過程中容易出現(xiàn)瓦斯中毒這一類安全事故。運用炮采技術(shù)進(jìn)行開采作業(yè)，開采的效率相對其他技術(shù)手段來說不高，煤礦的產(chǎn)量較低，因此在現(xiàn)階段，該技術(shù)較多應(yīng)用于部分小型的煤礦開采企業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦開采技術(shù)的更新優(yōu)化，該技術(shù)逐漸被采煤行業(yè)淘汰。

4 煤礦開采技術(shù)及工藝的發(fā)展方向

4.1 壁式體系煤礦開采技術(shù)

璧式體系煤礦開采技術(shù)的運用，給煤礦開采作業(yè)帶來許多方面的優(yōu)勢，能夠提高煤礦開采的單位產(chǎn)量，提高煤礦的采出率，并且具有工作效率高，適用性強(qiáng)等特性。我國煤礦儲存極不均衡，同時儲存條件也十分復(fù)雜，煤礦開采作業(yè)在復(fù)雜的自然環(huán)境條件下具有一定的難度。在我國，緩斜煤層的儲存量與開采量之比大約為80%，綜合采煤程度低于50%，我國的厚煤層儲量也十分豐富，從厚煤層開采出來的煤炭量，大約占開采總量的45%。在厚煤層進(jìn)行開采作業(yè)時，運用長壁體系的開采技術(shù)，其效果十分顯著，能夠提高開采效率及資源回收率。因此，壁式體系中的長壁綜采成為我國煤礦開采行業(yè)主要的發(fā)展方向[4]。

4.2 推進(jìn)開采設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展

現(xiàn)代煤礦開采作業(yè)主要依賴各類開采設(shè)備，除了根據(jù)實際情況合理推動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展之外，在未來的發(fā)展中，煤礦企業(yè)需將重點放在煤礦開采技術(shù)及工藝、開采設(shè)備的研發(fā)和創(chuàng)新方面。從中國煤礦行業(yè)發(fā)展角度來說，首先需重視對采煤設(shè)備，諸如輸送機(jī)及采煤機(jī)等功率的提升，研發(fā)大功率采煤設(shè)備，并對中國煤層地質(zhì)構(gòu)造的特點進(jìn)行全面分析，根據(jù)煤層的不同類型，結(jié)合具體的采煤條件，研究設(shè)計與其相適應(yīng)的采煤設(shè)備及相應(yīng)的輔助設(shè)施。此外，在對采煤設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，機(jī)面的高度也需要得以控制，避免出現(xiàn)安裝困難的情況。煤礦開采的相關(guān)設(shè)備研發(fā)，要重視節(jié)能環(huán)保，不僅要考慮設(shè)備的能源利用率，還需要重視設(shè)備運作時對周圍環(huán)境的影響，要保證采煤系統(tǒng)整體的流暢性，實現(xiàn)煤礦行業(yè)的健康發(fā)展。

5 在煤礦開采中的掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

目前，我國煤礦以井工開采為主，這就要求對巷道必須進(jìn)行支護(hù)。所謂的煤礦支護(hù)技術(shù)就是在煤礦開采的過程中，在巷道中打錨桿(錨索)或架棚對巷道進(jìn)行加固的一種施工技術(shù)。而井工煤礦巷道支護(hù)主要以錨(索)網(wǎng)為主，它具有效率高、支護(hù)強(qiáng)度高、施工方便，實用大斷面掘進(jìn)巷道支護(hù)等優(yōu)點。 這一技術(shù)在煤礦開采技術(shù)中有著極為重要的作用，以廣泛應(yīng)用。這就要求有關(guān)部門能夠?qū)Υ擞兄銐虻闹匾?，從而有效提高巷道圍巖的穩(wěn)定性，有效確保煤礦開采作業(yè)的安全。

5.1 臨時支護(hù)U鋼法

當(dāng)進(jìn)行采煤作業(yè)時，工作環(huán)境的安全性要予以高度重視，尤其是采煤作業(yè)過程中，當(dāng)遇到應(yīng)力集中區(qū)或工作面通破碎帶時，容易引發(fā)巷道或工作面垮塌事故，嚴(yán)重威脅開采過程的施工安全。為了能夠有效避免此類狀況狀況的發(fā)生，就需要充分利用支護(hù)技術(shù)。對出現(xiàn)斷層的部位進(jìn)行臨時支護(hù)，可以使用U型鋼架在原支護(hù)基礎(chǔ)上來進(jìn)一步加固圍巖，能夠起到較好的保護(hù)作用。在實際操作過程中，將U型鋼架與錨桿支護(hù)二者結(jié)合利用，能夠大大提高巷道的支護(hù)強(qiáng)度。

5.2 直接破頂法

直接破頂法即利用掘進(jìn)機(jī)，對礦井?dāng)鄬禹敳窟M(jìn)行沖擊，最終留下較為穩(wěn)定的頂板圍巖，接著利用錨網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)施工。當(dāng)開采環(huán)境中的頂巖板較為脆弱時，進(jìn)行開采作業(yè)時容易出現(xiàn)巖石碎裂的現(xiàn)象，這一問題會給支護(hù)作業(yè)的開展造成影響，使其難得有效開展。

5.3 后退臥底法

在實際的采礦作業(yè)中，當(dāng)利用掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行加固時，假如出現(xiàn)了下移問題，在保證安全性的基礎(chǔ)上可以使用后退臥底法進(jìn)行開展作業(yè)。首先對斷層落差進(jìn)行觀察，判斷其是否超過2.5 m，斷層的實際狀態(tài)是否堅固，再利用錨網(wǎng)支護(hù)的方式進(jìn)行補(bǔ)充作業(yè)，進(jìn)一步加強(qiáng)煤礦巷道的安全性及可靠性。

5.4 綜合機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)

華北地區(qū)煤層賦存穩(wěn)定且較厚 井工煤礦煤巷掘進(jìn)已基本實現(xiàn)了綜合機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)(簡稱綜掘)。煤礦綜掘作業(yè)時使用到的主要設(shè)備、機(jī)具有：掘進(jìn)機(jī)、可伸縮帶式輸送機(jī)、氣動錨桿機(jī)等。掘進(jìn)機(jī)對于整個煤礦開采作業(yè)來說十分重要，其性能直接影響掘進(jìn)作業(yè)的效率。所以，在選購掘進(jìn)機(jī)時，要根據(jù)煤巖性質(zhì)和地質(zhì)條件合理選擇掘進(jìn)機(jī)型號。在煤礦巷道掘進(jìn)中，大部分掘進(jìn)機(jī)都是懸臂式掘進(jìn)機(jī)，具有破巖能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高等一系列優(yōu)勢。綜掘工藝效率高，巷道成形好，安全可靠，月進(jìn)尺可達(dá)500 m～1 000 m。

6 掘進(jìn)技術(shù)中的重點及要點問題

6.1 掘進(jìn)技術(shù)難點分析

煤礦開采的作業(yè)環(huán)境十分復(fù)雜，給礦井開采作業(yè)帶了許多風(fēng)險及問題。持續(xù)的煤礦開采作業(yè)，會使得礦井頂板巖石應(yīng)力呈現(xiàn)出上升趨勢，同時礦井頂部底板更加容易出現(xiàn)破碎等問題，給掘進(jìn)作業(yè)帶來阻礙。此外，薄煤層在礦井中所占比例較大，給煤礦開采管理工作帶來一定的難度。

6.2 分析礦井地質(zhì)條件對煤礦區(qū)域方面的影響

地質(zhì)環(huán)境因素是煤礦開采過程中值得重視，復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境給開采作業(yè)帶來一系列不利的影響，在實際的開采作業(yè)中，容易出現(xiàn)斷層等現(xiàn)象。煤層內(nèi)部無論是水文環(huán)境，或是地質(zhì)條件都較為復(fù)雜，需要選擇高應(yīng)力的軟巖深層礦井幫助定位。

7 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，增加了對煤炭資源的需求，給煤礦行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。另一方面，煤礦行業(yè)內(nèi)的競爭愈發(fā)激烈，給煤礦企業(yè)帶來了更大的挑戰(zhàn)。在此市場環(huán)境下，要從創(chuàng)新的層面入手，不斷研發(fā)優(yōu)化煤礦開采技術(shù)以及掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，堅持可持續(xù)發(fā)展理念，為煤礦行業(yè)的發(fā)展帶來新的生機(jī)與活力。