煤礦采礦工程中的采礦工藝與技術(shù)

◎付積田

在長時間的煤礦采礦作業(yè)中，積累了較多的成功經(jīng)驗和工藝技術(shù)，能很好地完成采礦作業(yè)，值得推廣。從當前煤礦采礦工程中所使用的采礦工藝與技術(shù)來說，充填開采技術(shù)、崩落開采技術(shù)、露天采礦技術(shù)均有著非常廣泛的應用，尤其是充填開采技術(shù)有著應用廣泛和優(yōu)勢顯著的特點，主要有連采充填開采技術(shù)、綜采充填開采技術(shù)、房柱式采空區(qū)煤柱回收技術(shù)、空巷充填技術(shù)，均有著較好的應用優(yōu)勢。結(jié)合近年來國家對煤礦采礦工程所提出的新要求和高標準，在應用采礦工藝的過程中必須做好生態(tài)環(huán)境治理、安全生產(chǎn)、固體廢棄物處理等方面的工作，確保在實現(xiàn)煤礦開采目標的同時可以落實生態(tài)文明建設(shè)?；诖?，在煤礦采礦工程中，必須科學應用好已掌握的采礦工藝與技術(shù)，發(fā)揮出最佳的效能。本文重點談一談煤礦采礦工程中的采礦工藝與技術(shù)，現(xiàn)作如下的論述。

一、煤礦采礦工程中的采礦工藝與技術(shù)

1.充填開采技術(shù)。

對于煤礦企業(yè)來說，在采煤過程中所出現(xiàn)的地表沉陷、矸石地面堆積排放一直都是常見問題，同時在解決時會有較大的難度。充填開采技術(shù)的廣泛應用較好地解決了煤礦企業(yè)一直以來的問題，比如充填開采技術(shù)既可以實現(xiàn)矸石不采井，也可以很好地消化地面矸石山充填采空區(qū)，最終實現(xiàn)環(huán)保生產(chǎn)的目的。具體來說，充填開采技術(shù)使用時，隨著采煤工作面的穩(wěn)步推進，需要向采空區(qū)輸送充填物料，以此來控制地表沉陷，并規(guī)?；幚砉腆w廢棄物。在長時間的應用中，充填開采技術(shù)有不斷的完善，已經(jīng)可以涵蓋廢棄物再利用、煤礦安全生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境治理這些方面，這大大提升了充填開采技術(shù)的應用效果?？偟膩碚f，充填開采技術(shù)應用時主要包括以下的工藝：

（1）固體廢棄物井下充填處置技術(shù)：煤礦開采時會采出大量的煤矸石，這些煤矸石多堆積在地表，一方面會占用耕地資源，另一方面會釋放出有毒氣體而污染環(huán)境，引發(fā)環(huán)境污染難題?；谶@一問題，在應用充填開采技術(shù)時，可以考慮利用井下采煤所形成的空間，繼而將矸石、粉煤灰等一系列的固體廢棄物做充填處置，可分為工作面充填、注漿充填、巷道充填這三種方式。在工作面充填中，需要建立起充填采煤工作面，在工作面推進過程中將固體廢棄物充入；在注漿充填中，可以將矸石破碎處理成小粒徑，并配制一定濃度的漿體，借助管路加壓充入到上覆巖層離層空間，或者加壓充入到垮落法老采空區(qū)冒落區(qū)；在巷道充填中，需要重點利用好廢棄巷道，以此完成矸石的充填處理。

（2）連采充填開采技術(shù)：使用連采充填開采技術(shù)時，必須嚴格按照相關(guān)的步驟，確保每一個環(huán)節(jié)的開采作業(yè)安全有效。具體來說，需要先開展支巷的掘進與充填作業(yè)，而后確保所使用的充填體強度可以滿足預設(shè)標準，在此基礎(chǔ)上便可以回收支巷間煤柱，結(jié)合回收空間進行充填處理。連采充填開采技術(shù)的適用性較強，既可以應用在邊角煤、保護煤柱的開采作業(yè)中，也可以應用在超高水、固體、膏體這些充填材料的施工中。就連采充填開采技術(shù)的應用優(yōu)勢來說，集中體現(xiàn)在兩個方面，一是整個開采技術(shù)較為簡單，不需要投入太多的人力與設(shè)備，且有著較高的安全性，二是可以確保掘、采、充這三項工序分別處于不同的支巷，各個工序不會存在互相影響的情況，作業(yè)效率高。

（3）綜采充填開采技術(shù)：在使用綜采充填開采技術(shù)時，必須嚴格按照采煤-充填這一循環(huán)流程，推進一段距離后，便要充填空區(qū)，在充填過程中需要使用充填液壓支架。需要注意一點，工作面的充填作業(yè)要始終結(jié)合綜采工藝進行，且通常情況下要使用充填支架，這樣能夠有效隔離充填區(qū)，采煤作業(yè)與充填作業(yè)也可以方便開展。在選用充填材料時，可以優(yōu)先使用固體、超高水材料、膏體。

（4）房柱式采空區(qū)煤柱回收技術(shù)：房柱式采空區(qū)往往會遺留大量的煤柱，如何回收是一大難題。在使用房柱式采空區(qū)煤柱回收技術(shù)時，要先進行采空區(qū)的充填作業(yè)，這可以通過煤骨料膠結(jié)充填材料來實現(xiàn)，而后布置長壁工作面，同時實現(xiàn)充填體與煤柱的回收。在長時間的應用過程中發(fā)現(xiàn)，房柱式采空區(qū)煤柱回收技術(shù)主要有兩大優(yōu)勢，一是長壁回收時對煤質(zhì)的影響較小，二是煤骨料不僅成本低，而且取材方便，能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)性利用。

（5）空巷充填技術(shù)：強礦壓工作面在過空巷時會存在一些問題，比如費用較高、頂板控制難度較大，此時為了實現(xiàn)控制圍巖和支撐頂板的目的，可以考慮使用高水材料充填空巷，這便是空巷充填技術(shù)?？障锍涮罴夹g(shù)的應用優(yōu)勢集中體現(xiàn)在三個方面，一是充填體具有著強度高和一定塑性的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的抗強礦壓效果；二是成本較低，安全性較高；三是在工作面推過空巷時，充填體可以很容易的便被采煤機所割除。

2.空場采礦技術(shù)。

空場采礦技術(shù)在煤礦采礦工程中有著較廣泛的應用，主要有留礦法、礦柱回采方法、房柱法、階段礦房法、全面采礦法。通過應用空場采礦技術(shù)，能夠較大幅度地提升采礦效率，但在完成礦房開采作業(yè)后必須做好采空區(qū)的處理。

以礦柱回采方法為例，實際使用時要充分考慮已采礦房的存在狀態(tài)。若是已經(jīng)完成礦房的開采作業(yè)需要回填處理，則應使用充填法或分段崩落法，以此實現(xiàn)回采礦柱的目的，但若是已經(jīng)開采完成的礦房處于敞空狀態(tài)時，則可以使用崩落法，或者可以使用空場法。以采場法為例，開采的礦體有著中厚、緩傾斜薄的特征時，可以將連續(xù)性礦柱回采為間斷礦柱，將間斷礦柱回采為小斷面礦柱。在整個回采作業(yè)中，可執(zhí)行后退式礦柱回采的順序，必須在完成崩落礦石的運輸作業(yè)后方可處理采空區(qū)。在采空區(qū)處理時，可以使用崩落圍巖、充填和封閉空區(qū)這些方法。比如在使用崩落圍巖法處理采空區(qū)時，若是圍巖可以自然崩落，則可以不留礦石墊層。有一點需要特別注意，若是圍巖不存在構(gòu)造破壞，且整體性良好，則需要布置工程來強制崩落處理采空區(qū)，崩落巖石的厚度通常控制為15-20m。

3.崩落開采技術(shù)。

在煤礦采礦工程中若使用崩落開采技術(shù)，則需要結(jié)合實際情況科學設(shè)置環(huán)形運輸巷道，并且需要在環(huán)形運輸巷道的上盤或下盤開展巷道切割作業(yè)，這樣可以獲得較有效的切割空間。另外，作業(yè)人員需要全面分析塹溝的特點，合理設(shè)置鉆扇形炮眼，確保后續(xù)爆破作業(yè)的順利開展，同時完成爆破作業(yè)后要及時回收?？偟膩碚f，崩落開采技術(shù)的操作較為簡單，生產(chǎn)效率較高，且能夠降低煤礦采礦工程的成本投入。但崩落開采技術(shù)實際應用時要考慮較多方面的因素，比如要認真分析陷落條件，確保技術(shù)應用不會造成礦體陷落。

4.露天采礦技術(shù)。

當煤礦距離地表較近時，可以優(yōu)先考慮使用露天采礦技術(shù)。在使用露天采礦技術(shù)時，作業(yè)人員要先移除地面表土，確保礦層完全暴露，在此基礎(chǔ)上開展開采作業(yè)。相比之下，露天采礦技術(shù)的成本投入較少，有較高的安全性，通過鉆碎的方式獲取煤礦資源。在當前的露天采礦技術(shù)應用中，機械式非爆破露天采礦方法有較廣泛的應用，主要有靜壓法、剝離法、碎石法、切削法。

以切削法為例，需要使用露天采礦機將動力傳遞到切割滾筒的截齒上，巖石在受到剪切、沖擊這些作用時可以破碎，從而方便開采。切削法是一種成熟的露天采礦技術(shù)，完全機械化的開采方式可以大大避免炸藥使用所帶來的安全問題。若是開采的巖石粒度較小，則可以使用小規(guī)格的破碎機與裝載機，這樣可以實現(xiàn)預期的采礦作業(yè)，并減少投資。

5.溶浸工藝技術(shù)。

使用溶浸工藝技術(shù)時，需要使用到相應的化學試劑，并結(jié)合礦物的物理特性與化學特性，在溶液滲透作用下產(chǎn)生化學反應。當前所使用的溶浸工藝技術(shù)主要包括原地鉆孔溶浸采礦、地表堆浸、就地破碎溶浸這三種，均有著較好的強化溶浸效果。不過溶浸工藝技術(shù)的應用還存在較多不足之處，比如當煤礦的含泥量較高、滲透性較差時，會出現(xiàn)溶浸死角和浸出盲區(qū)，煤礦浸出率也會隨之降低。另外，溶浸范圍的控制也會遇到問題，出現(xiàn)無法有效控制溶浸范圍的情況。

二、煤礦采礦工程中應用采礦工藝與技術(shù)的注意事項

煤礦采礦工程有著專業(yè)與復雜的特性，如何科學使用采礦工藝與技術(shù)非常值得探究。結(jié)合近年來采礦工藝與技術(shù)的應用來看，雖然可以取得較好的成效，但也存在著一些不足之處，很容易影響到煤礦采礦作業(yè)的安全。基于此，非常有必要明確采礦工藝與技術(shù)應用時的注意事項。

采空區(qū)問題直接關(guān)乎到煤礦開采作業(yè)的安全，需要重點考慮和應對。具體來說，在采空區(qū)處理中，要精準確定采空區(qū)的位置、選擇巖石處理方法、落實加固措施，實施全面性的規(guī)劃，以確保采空區(qū)處理的有效。在選擇充填采礦技術(shù)時，務必考慮煤礦采礦工程的實際情況，發(fā)揮出填充方法的最大優(yōu)勢。

在采礦區(qū)安全問題的應對上，煤礦企業(yè)應重點從兩個方面著手，一是加強安全管理力度，二是確保各項煤礦采礦工藝與技術(shù)的應用效果。從安全管理這一方面來說，煤礦企業(yè)要不斷健全煤礦開采的安全管理制度，建立安全責任管理制度、監(jiān)督制度、信息化監(jiān)管制度，尤其是要利用好信息化手段，對煤礦采礦工程實施全過程和動態(tài)化的監(jiān)管，一旦發(fā)現(xiàn)安全風險立即處理。再從煤礦采礦工藝與技術(shù)的應用這一方面來說，必須認真分析煤礦采礦工藝與技術(shù)的適用性，結(jié)合采礦作業(yè)的實際情況選擇采礦工藝與技術(shù)，始終發(fā)揮好采礦工藝與技術(shù)的優(yōu)勢。

隨著綠色環(huán)保理念的深入，煤礦采礦工程也要注重煤礦開采的綠色化與規(guī)范性，努力做到低碳開采。具體來說，在使用煤礦開采工藝與技術(shù)時，除了確保煤礦開采的效率與安全外，還必須考慮對周圍生態(tài)環(huán)境的影響，采取多種措施降低污染和破壞。除此之外，要不斷優(yōu)化所使用的煤礦開采工藝與技術(shù)，將低碳環(huán)保要求融入各項工藝與技術(shù)中，以求從煤礦開采的源頭上控制污染，促進煤礦事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

三、加強煤礦采礦工藝技術(shù)效果的措施

1.注重先進工藝技術(shù)的應用。

煤礦開采會涉及到較多的專業(yè)知識，對作業(yè)人員的專業(yè)能力有較高的要求，必須確保這項工藝技術(shù)的規(guī)范使用。在此基礎(chǔ)上，應考慮進一步提升煤礦采礦工藝技術(shù)的應用優(yōu)勢，這需要煤礦企業(yè)始終注重先進工藝技術(shù)的應用。具體來說，信息技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)的應用為煤礦采礦提供了新的思路，其中的一些智能化技術(shù)不僅可以提升煤礦開采的效率，而且能夠開展實時管理和數(shù)據(jù)分析，預測煤礦開采的實際情況，可以有效消除煤礦開采中的不安全因素。以智能化技術(shù)為例，當前所使用的智能無人開采技術(shù)、智能裝備技術(shù)、智能導航技術(shù)、信息精準感知技術(shù)、風險提示目標化技術(shù)均有著較好的優(yōu)勢，能夠促使煤礦企業(yè)建構(gòu)起行之有效的井下作業(yè)管理模式。

2.加大智能生態(tài)化技術(shù)的開發(fā)力度。

基于智能化發(fā)展優(yōu)勢，煤礦采礦過程中應該積極融入智能生態(tài)化技術(shù)，以求最大限度降低煤礦開采所形成的污染問題。從污染少量化這一角度來說，首先應該建立起基于互聯(lián)網(wǎng)的多信息融合數(shù)字挖掘技術(shù)，促使地震勘探、鉆孔、雷達掃描信息全部轉(zhuǎn)換為數(shù)字化，構(gòu)建出地質(zhì)資料的初始模型。在后續(xù)的煤礦開采作業(yè)中，利用智能化技術(shù)推動煤礦開采朝著集中化與大型化的方向發(fā)展，主要有快速支撐、智能切割、智能通風、快速運輸這些技術(shù)，以此避免無效開采，從而一定程度上實現(xiàn)污染少量化的目標。除此之外，應考慮建設(shè)智慧礦業(yè)基地，制定并實施綠色指標監(jiān)管體系，促使煤礦開采具有生態(tài)、綠色的特性，逐步實現(xiàn)煤礦綠色開采。

3.建設(shè)塌陷預警系統(tǒng)。

在煤礦開采過程中，雖然出現(xiàn)塌陷問題的風險較低，但一旦發(fā)生會造成巨大的危害，所以必須做好塌陷風險的早期預測與防護。在建設(shè)塌陷預警系統(tǒng)時，煤礦企業(yè)應重點使用全球定位技術(shù)、地理信息系統(tǒng)，同時利用3s 技術(shù)動態(tài)分析礦區(qū)表面塌陷風險，在此基礎(chǔ)上建設(shè)礦區(qū)災害管理系統(tǒng)。相信通過建設(shè)塌陷預警系統(tǒng)，能夠最大限度降低塌陷事故的發(fā)生風險，有助于煤礦開采作業(yè)的安全進行。

四、未來采礦工藝技術(shù)發(fā)展方向

1.智能化。

隨著計算機信息技術(shù)的應用更加廣泛和發(fā)展更加完善，計算機通信技術(shù)、GPS 定位技術(shù)、自動化技術(shù)、遠程控制開采技術(shù)等各種新技術(shù)手段不斷應用于現(xiàn)代煤礦開采作業(yè)中，促進現(xiàn)代煤礦開采的智能化發(fā)展，與傳統(tǒng)的采礦技術(shù)相比，節(jié)約了人工生產(chǎn)成本，提高了采礦的工作效率，更好地保障了采礦工人的安全，可以大大提高煤礦企業(yè)經(jīng)濟效益。

2.生念化。

在碳中和發(fā)展的大背景下，國家逐步加大投入發(fā)展資源節(jié)約型和環(huán)境友好型發(fā)展項目，未來經(jīng)濟發(fā)展將更加注重低碳經(jīng)濟發(fā)展，眾所周知，煤礦采礦過程中，會產(chǎn)生大量的廢水、廢氣以及固體廢棄物等，對礦區(qū)周圍生態(tài)環(huán)境造成了一定的污染，對人們的健康生活帶來了較大影響，因此，未來要實現(xiàn)生態(tài)化的煤礦開采，減少對環(huán)境的危害，保護人類賴以生存的家園。

五、結(jié)語

結(jié)合當前所使用的煤礦開采工藝與技術(shù)，所使用的溶浸工藝技術(shù)、崩落開采技術(shù)、充填開采技術(shù)、露天采礦技術(shù)、空場采礦技術(shù)均有著顯著的應用優(yōu)勢，在提升開采效率的基礎(chǔ)上能夠確保安全與質(zhì)量，可以助力煤礦事業(yè)的健康發(fā)展?；诿旱V開采的綠色化需求，后續(xù)要進一步加大研究力度，重點利用好信息化技術(shù)和智能化技術(shù)，以此革新和優(yōu)化當前的一些不科學開采理念與方法，實現(xiàn)煤礦開采的綠色化與規(guī)范化，同時增強煤礦開采的安全性。