采礦工程技術(shù)的發(fā)展及實踐探討

＊羅瑞鵬

（山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司 山西 047100）

在新時期環(huán)境下，煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要在采礦工程的技術(shù)創(chuàng)新方面展開持續(xù)的探索，加大投入力度，提高采礦工程技術(shù)應(yīng)用的安全性、有效性。利用新型采煤技術(shù)手段，對煤礦開采生產(chǎn)過程進行優(yōu)化，要結(jié)合刨煤機采煤技術(shù)炮采放頂煤技術(shù)、小階段爆破落煤技術(shù)、崩落采礦技術(shù)、充填采礦技術(shù)等類型，實現(xiàn)技術(shù)升級，明確采礦工程技術(shù)未來的發(fā)展趨勢，提高生產(chǎn)效益。

1.煤礦開采技術(shù)現(xiàn)狀

自我國進入到了改革開放的新時期以來，煤礦產(chǎn)業(yè)作為國民支柱性產(chǎn)業(yè)，進入到了嶄新的發(fā)展時期，步入全新的發(fā)展階段后，在礦井開采活動中引進新技術(shù)、新工藝、新方法，已經(jīng)成為了煤礦開采活動必然的轉(zhuǎn)型和發(fā)展方向。煤礦開采的技術(shù)應(yīng)用效果有所增強，提高煤礦開采的技術(shù)應(yīng)用水平，實現(xiàn)煤礦開采技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展目標，以保證生產(chǎn)安全為落腳點，旨在創(chuàng)造更高的生產(chǎn)效益、安全效益。

目前根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)標準化和煤礦安全規(guī)程的有關(guān)政策和標準要求，煤礦生產(chǎn)中需要對煤礦的開采情況加強分析，掌握地質(zhì)賦層的具體情況，對煤層開采技術(shù)和裝備加強合理利用，提高煤礦生產(chǎn)的機械化水平，保證企業(yè)的生產(chǎn)安全，提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效益。利用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備，煤礦企業(yè)目前已經(jīng)向著高效生產(chǎn)、安全生產(chǎn)的方向轉(zhuǎn)型，以實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、高效生產(chǎn)的目標[1]。

2.采礦工程技術(shù)類型

(1)刨煤機采煤技術(shù)

刨煤機采煤技術(shù)是煤礦生產(chǎn)和開采活動中的一種新技術(shù)方法，利用刨煤機采煤技術(shù)，采煤生產(chǎn)的質(zhì)量和效率較高，節(jié)約了大量的時間成本，煤礦開采的速度快、效率高，節(jié)約了大量的人力資源和物力資源的成本投入。在刨煤機采煤技術(shù)應(yīng)用中，刨煤深度為0.25m，刨力大，在淺層煤礦中層煤礦的開采活動中，該技術(shù)適用性較強。和過去的刨煤機采煤相比，現(xiàn)階段現(xiàn)代化的拋煤機采煤技術(shù)應(yīng)用體現(xiàn)出了明顯的功能優(yōu)勢，有著全新的功能特點，其智能化水平更高，機械化水平有所提升。

采礦人員不需要親自尋找刨煤的平面，可以利用刨煤機自身的功能，選擇合適的平面進行刨煤生產(chǎn)，因此刨煤機采煤技術(shù)的應(yīng)用下，大量的人力和物力資源得到了節(jié)約，增強了刨煤生產(chǎn)的安全性、可靠性，營造了安全生產(chǎn)的環(huán)境。目前在我國的煤礦開采活動中，刨煤機采煤技術(shù)已經(jīng)得到了愈發(fā)廣泛的運用，并且向著智能化、機械化的方向不斷發(fā)展，以實現(xiàn)拋煤機采煤技術(shù)升級和創(chuàng)新為目標，未來煤礦開采中的技術(shù)應(yīng)用要以拋煤機采煤技術(shù)作為主流技術(shù)手段，逐步的探索和前行[2]。

(2)炮采放頂煤技術(shù)

炮采放頂煤技術(shù)應(yīng)用在超過5m厚度的煤層中具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢，炮采放頂煤技術(shù)是由兩大技術(shù)部分共同構(gòu)成的，分別是頂梁技術(shù)和支柱技術(shù)，與其他類型的采礦工程技術(shù)類型相比，炮采放頂煤技術(shù)的安全性和可靠性更強。采煤技術(shù)應(yīng)用具有顯著優(yōu)勢，因為其中應(yīng)用到的支架有著簡單的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)固性強，生產(chǎn)過程安全，并且支架具有移動性，使用過程便捷、靈活。在制作支柱和制作頂梁方面，投入的成本較小，因此炮采放頂煤技術(shù)的經(jīng)濟成本較低，在中小型的煤礦開采活動中，該技術(shù)已經(jīng)成為了首選的采煤技術(shù)手段，提高了采礦工程的技術(shù)應(yīng)用經(jīng)濟性和綜合效益。

(3)小階段爆破落煤技術(shù)

小階段爆破落煤技術(shù)應(yīng)用于5m左右厚度的煤層中，適用性較強，并且煤層傾斜角度不低于40%時，利用該技術(shù)可以充分體現(xiàn)出技術(shù)優(yōu)勢。利用小階段爆破落煤技術(shù)進行采煤生產(chǎn)活動的過程中，首先需要進行煤區(qū)段的劃分，再分段進行小段的爆破采煤生產(chǎn)活動。該技術(shù)應(yīng)用的采煤效率較高，但是由于技術(shù)要求較高，并且完成爆破之后，煤礦回采率水平較低，因此增加了資源浪費的風險，這與煤礦資源的可持續(xù)開發(fā)利用的理念相互背離，具有一定的技術(shù)局限性。

在利用小階段爆破落煤技術(shù)進行采煤作業(yè)的過程中，技術(shù)人員尤其要注意保證施工過程的安全性，在爆破時必須要保證爆破區(qū)域內(nèi)沒有施工設(shè)備和工作人員，才能進行爆破生產(chǎn)，確保人員安全、財產(chǎn)安全。目前在分布區(qū)域較為偏遠的中小型煤礦采煤中，利用小階段爆破落煤技術(shù)較為常見。

(4)崩落采礦技術(shù)

崩落采礦技術(shù)在采礦工程中是以崩落圍巖的方式進行生產(chǎn)的一種采礦技術(shù)手段，將圍巖崩落實現(xiàn)地壓管理的過程，也就是崩落礦石過程中，用自然崩落、強制崩落圍巖的方式進行采空場填充，從而管理地壓，達到控制地壓的目的。利用崩落采礦技術(shù)時，主要采取的方法包括單層崩落法、分層崩落法、階段崩落法、分段崩落法，廣泛應(yīng)用到了我國的煤礦采礦實踐活動中。在地下采礦總量中，利用該方式和技術(shù)手段進行采礦，占比達到了35%，近些年來，呈現(xiàn)出了持續(xù)增長的發(fā)展趨勢，崩落采礦法分類見圖1[3]。

圖1 崩落采礦法分類

(5)充填采礦技術(shù)

充填開采技術(shù)主要應(yīng)用的場景是在鐵路公路下區(qū)域、建筑物下面區(qū)域以及水源底部區(qū)域位置，利用充填采礦技術(shù)的過程中，需要在被開采過的煤炭空缺區(qū)域內(nèi)使用其他材料進行填充，改善作業(yè)面的承壓力，緩解過大的壓力，保證煤炭開采活動的安全性和高效性。利用充填開采技術(shù)，技術(shù)人員需要對開采上覆巖層運動規(guī)律進行總結(jié)，深入研究地表下陷的規(guī)律，針對開采系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化，集中地表建筑物、地下水資源保護等需求，對相關(guān)參數(shù)進行優(yōu)化。目前利用充填采礦技術(shù)的過程中，需要從沉降控制理念和關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的層面，對技術(shù)和工藝進行優(yōu)化，將各種充填技術(shù)和組合充填技術(shù)有機組合，設(shè)計近水體開采技術(shù)方案，研發(fā)先進裝備，優(yōu)化工藝參數(shù)，提高技術(shù)應(yīng)用的效果。

3.采礦工程技術(shù)實踐方法

(1)井下采煤

煤礦井下采煤生產(chǎn)活動中，如果煤層傾角大于10°，此時需要采取水平開采的方法，在開采過程中，注意對開采水平工作面區(qū)段進行劃分，完成了一個工作面的生產(chǎn)之后，才能夠繼續(xù)投入到下一個工作面的作業(yè)中。在煤礦井下采煤生產(chǎn)活動中，要按照由遠及近的原則，對工作區(qū)段具體情況加強掌握，展開對周邊煤區(qū)的采煤活動。關(guān)注井下情況，注意井下采煤活動的動態(tài)變化，了解井下的水源情況，根據(jù)有水和無水的實際情況進行水下采煤和旱采作業(yè)。旱采生產(chǎn)最常用的采煤方式為柱式采煤法和壁式采煤法，利用該方式操作過程簡單，可以取得良好的采煤效果。

(2)急傾斜煤層采煤

在急傾斜煤層進行采煤生產(chǎn)的過程中，要對采礦區(qū)段進行劃分，針對回采和采礦的便捷性進行分析，合理進行區(qū)段劃分，保證采煤過程的高效性和安全性。分區(qū)段的情況和采煤效率有著密切的相關(guān)性，要確保分區(qū)段科學、合理，順利的開展煤礦采礦活動，提高生產(chǎn)效率，要采取有效的措施，保證采礦層垂直高度合理性，延長工作面長度，對巷道內(nèi)的通風系統(tǒng)進行合理的布置規(guī)劃，確保采煤生產(chǎn)活動安全性[4]。

(3)露天采煤

露天采煤中，前期的準備階段是十分重要的，要由專人進行前期的檢測，了解自然環(huán)境、地質(zhì)條件、地域特征，掌握煤層結(jié)構(gòu)的特點，將井田劃分成不同的工作面。在開采中，按照由上至下的原則進行采煤作業(yè)，露天采煤的過程中要暴露煤層，首先就需要對煤層表面巖層進行松動處理，使用采掘器采集煤層向安全地帶輸送。

突破工作空間的制約，保持露天采煤中空氣暢通，不需要使用通風裝置，利用采掘設(shè)備進行生產(chǎn)，效率較高，節(jié)約了時間成本、人力資源成本的投入，提高了生產(chǎn)安全性和高效性。露天采煤技術(shù)應(yīng)用方法具有較高的資源回采率，提高了對資源的充分利用效率，節(jié)約了煤礦開采活動中的成本，不過該方式需要占據(jù)較大的土地資源面積，會對周邊的環(huán)境造成污染，增加了環(huán)境污染風險。

4.采礦工程技術(shù)的發(fā)展趨勢

(1)建立起健全的采煤技術(shù)體系

在煤礦開采行業(yè)的可持續(xù)建設(shè)和發(fā)展中，未來的采礦工程技術(shù)應(yīng)用要逐漸向著高效化、安全化的方向發(fā)展，明確未來的發(fā)展趨勢，建立起健全的采煤技術(shù)體系，目前我國的采煤技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)逐步的升級，發(fā)展到了開挖煤層深層的時期。新形勢下的采煤施工技術(shù)應(yīng)用和早期的采煤技術(shù)相比，有了更高的要求，包括煤層硬度、坍塌防護技術(shù)、滲漏防護技術(shù)、支護強度，均是在采煤施工中要考慮的要點。

新發(fā)展時期的采煤技術(shù)要提高應(yīng)用水平，向著科學、高效、安全的方向發(fā)展，建立起完善的采煤技術(shù)體系，強調(diào)硬頂板、淺埋深的技術(shù)特點，構(gòu)建采煤技術(shù)體系，快速處理頂板。以傾斜深孔爆破和巖層的定向水力壓力為核心，加強對頂板的快速處理，提高頂煤開采和回收效率，并在此基礎(chǔ)之上，保證施工人員安全，實現(xiàn)采煤技術(shù)的安全、高效應(yīng)用目標，井田、礦田和礦區(qū)布置見圖2。

圖2 井田、礦田和礦區(qū)

(2)優(yōu)化巷道布置

在我國社會經(jīng)濟發(fā)展的新時期，社會生產(chǎn)、人們生活對煤礦開采有了更高的要求，各個行業(yè)領(lǐng)域均要向著綠色、環(huán)保、節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的方向探索，煤礦開采行業(yè)發(fā)展中，利用綠色能源開采技術(shù)，要適應(yīng)新形勢，減輕污染，降低對環(huán)境的破壞。

尤其是在煤礦開采中，煤矸石污染是最普遍的污染問題，為了針對煤矸石污染風險加強防范和有效的控制，有必要強化對當?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造狀況的深入研究和分析，對開采巷道展開優(yōu)化設(shè)計，確保開采巷道設(shè)計的科學性、合理性，提高開采工藝的應(yīng)用效果。通過對技術(shù)和工藝的優(yōu)化，提高煤礦資源的開采水平，節(jié)省開采時間，提高開采效率，使巷道布置和煤礦開采活動形成良好的適應(yīng)性，集中進行煤礦開采生產(chǎn)活動，降低碳排放等廢物的排放量，與環(huán)境相適應(yīng)，提高巷道布置的科學性和合理性效果[5]。

(3)加強深井技術(shù)應(yīng)用

采礦工程技術(shù)應(yīng)用未來的發(fā)展要進一步向著深井技術(shù)應(yīng)用方面探究，提高技術(shù)應(yīng)用的水平，我國煤礦淺部資源易采資源數(shù)量有所減少，煤礦開采未來將會進一步向著深部煤礦探索、發(fā)展。煤礦深部資源的巖層溫度高，地壓大，埋藏深度大，在開采過程中，面臨的難題更多，生產(chǎn)形勢更加復雜，利用深井采礦技術(shù)要在煤礦提升、結(jié)構(gòu)支護、地下排水和通風系統(tǒng)等方面，達到一定的技術(shù)標準。

對采礦工藝機械設(shè)備的適應(yīng)性提出較高要求，在深井技術(shù)的開發(fā)中，技術(shù)人員需要保證采掘技術(shù)具有較強的適應(yīng)性，對低能耗技術(shù)、安全高效的技術(shù)進行研發(fā)、升級，提高深井技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用水平。對煤礦設(shè)備的綜合性能加強改善，大力發(fā)展低能耗技術(shù)、安全技術(shù)、高效技術(shù)，將更多的深井煤礦資源開發(fā)和利用起來。

(4)采煤技術(shù)智能化

21世紀是智能化的時代，也是知識經(jīng)濟的時代，數(shù)字化技術(shù)、智能化技術(shù)已經(jīng)成為了采煤技術(shù)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型和發(fā)展的趨勢，以計算機技術(shù)為依托，利用各種先進的技術(shù)手段進行煤礦生產(chǎn)活動，要將定位技術(shù)、通信技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)的功能優(yōu)勢利用起來，提高采煤自動化、智能化水平。創(chuàng)新傳統(tǒng)的采煤生產(chǎn)工藝，加強采煤技術(shù)的智能化建設(shè)，在無人工作面、遙控采礦、智能礦井等智能化的采礦技術(shù)應(yīng)用中，提高生產(chǎn)水平，強調(diào)生產(chǎn)安全。

智能化采礦技術(shù)的應(yīng)用和推廣下，要同時開發(fā)和應(yīng)用大量的智能設(shè)備以及配套的技術(shù)措施，我國在智能化采礦技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用方面，仍舊還需要不斷的探究，借鑒發(fā)達國家的先進經(jīng)驗，建立完善的智能化采礦技術(shù)體系。其中要涵蓋露天、地下礦通信技術(shù)、數(shù)字化礦山技術(shù)、定位與導航技術(shù)、過程監(jiān)控技術(shù)、信息處理技術(shù)，利用智能化控制的方式，合理利用采礦設(shè)備，提高生產(chǎn)效率[6]。

5.結(jié)論

綜上所述，在新形勢下煤礦開采活動愈發(fā)頻繁，以提高生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率為目的，引進先進的采煤技術(shù)，要向著安全、環(huán)保、科學、高效的方向探究發(fā)展。通過對新型采煤技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，提高生產(chǎn)質(zhì)量，營造安全的生產(chǎn)環(huán)境，降低對環(huán)境的破壞和污染，為煤礦事業(yè)的發(fā)展夯實基礎(chǔ)，推動煤礦產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)建設(shè)和穩(wěn)定運行，提高我國的國民經(jīng)濟建設(shè)水平。