煤礦工程采礦新技術(shù)的應(yīng)用研究分析

＊李 峰

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)臺頭前灣煤業(yè)有限公司 山西 042100）

要滿足煤礦發(fā)展新需求，就要建構(gòu)合理有效的采礦新技術(shù)方案，整合技術(shù)流程和要點(diǎn)，維持技術(shù)綜合應(yīng)用效率，在安全可靠的環(huán)境下完成采礦作業(yè)。

1.煤礦工程采礦技術(shù)現(xiàn)狀

追溯我國煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程可知，技術(shù)措施是在不斷更新中得以進(jìn)步的，在開采過程中總結(jié)可行性較好的開采方案，主要分為以下幾個(gè)基本類別：

(1)硬頂板技術(shù)和硬頂煤技術(shù)

主要是對埋深淺且低壓較小的煤礦工程予以技術(shù)處理，技術(shù)控制效果較好，借助巖層定向水力壓裂處理機(jī)制，能快速處理傾斜頂板結(jié)構(gòu)應(yīng)用要求，并且配合隨時(shí)隨采隨冒應(yīng)用方案，維持技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范性。與此同時(shí)，在硬頂煤控制技術(shù)方案中還能配合使用高壓注水壓裂技術(shù)和頂煤深孔爆破技術(shù)，不僅能提升煤礦生產(chǎn)工作的安全性和基本回收率，還能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的項(xiàng)目應(yīng)用目標(biāo)。

(2)深層井開采技術(shù)

在技術(shù)應(yīng)用過程中，要利用煤層沖擊低壓防治工序、開采礦壓控制工序以及瓦斯熱害治理工序等，配合深井通風(fēng)處理模式，就能共同打造良好的技術(shù)處理機(jī)制，維持技術(shù)應(yīng)用的基本效果。

一方面，技術(shù)要對深井場地的環(huán)境參數(shù)予以動態(tài)監(jiān)測，建立健全完整的監(jiān)控方案，并維持良好的應(yīng)用模塊，從而維持綜合分析形態(tài)。最關(guān)鍵的是，要全面分析深井圍巖的實(shí)時(shí)性動態(tài)信息以及應(yīng)力場的分布特征。

另一方面，要建立深井沖擊低壓防治技術(shù)，有效融合監(jiān)控系統(tǒng)，共建完整的應(yīng)用運(yùn)行平臺，從而維持技術(shù)處理流程。與此同時(shí)，在深井巷道快速掘進(jìn)技術(shù)體系和支護(hù)技術(shù)體系并行的基礎(chǔ)上，配合熱害處理技術(shù)，就能共同維持采礦應(yīng)用的規(guī)范效果。

2.煤礦工程采礦新技術(shù)內(nèi)容

近幾年，相關(guān)新型技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新受到了廣泛關(guān)注，從技術(shù)層面和應(yīng)用優(yōu)勢層面實(shí)現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新，能更好地完成煤礦開采工作，建構(gòu)完整的技術(shù)應(yīng)用方案，發(fā)揮對應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。

(1)緩傾斜厚煤層一次性開采技術(shù)

緩傾斜厚煤層一次性開采工藝體系內(nèi)，主要是采取放頂煤采煤工藝模式，利用同綜采、普采以及炮采方式，增設(shè)放頂煤處理工序，利用采放配合的工序過程實(shí)現(xiàn)采煤循環(huán)。較為常見的類型包括預(yù)采頂分層放頂煤綜采工藝、預(yù)采中分層放頂煤綜采工藝、分段放頂煤綜采工藝、一次采全厚放頂煤綜采工藝等[1]。

①預(yù)采頂分層頂網(wǎng)下放頂煤處理工藝（圖1）中，頂層2m-3m采取只采不放的方式完成鋪網(wǎng)處理。一般適用于煤層超過8m的煤礦，煤層為12m-14m綜采效果最佳，頂板需要利用人工放頂處理方式，并且抽放瓦斯的緩斜煤層。

圖1 預(yù)采頂分層頂網(wǎng)下放頂煤處理工藝

②預(yù)采中分層放頂煤處理工藝中，要設(shè)置中分層采面，對中分層予以綜采處理，上部頂煤冒落的同時(shí)只采不放。而對于下分層采面，要集中綜采底層煤，一般是應(yīng)用在8m-12m煤層處理工作中。

③分段放頂煤技術(shù)，要將厚煤層分為若干個(gè)分層結(jié)構(gòu)，一般在10m（8m-12m）左右，自上而下形成各個(gè)分層綜采的處理模式。

④一次采全厚綜放開采工藝技術(shù)，具體的截深為600m，采高參數(shù)為2.4m-2.8m[2]。要在煤層的底部設(shè)置綜采工作面，并且配合采煤機(jī)進(jìn)行割煤處理，液壓支架完成支護(hù)處理，然后借助刮板輸送設(shè)備將其直接推送到煤壁的位置。

(2)急傾斜薄煤層開采技術(shù)

針對煤層角度45°以上的煤礦結(jié)構(gòu)，因?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜且煤層賦存具有不穩(wěn)定性，利用急傾斜薄煤層開采技術(shù)能有效處理穩(wěn)定性應(yīng)用模塊，從而建構(gòu)完整的應(yīng)用體系，維持頂板有效控制的同時(shí)，還能為支架工作面、割煤運(yùn)行控制等工作提供保障，維持技術(shù)應(yīng)用的合理性，打造更加安全的技術(shù)運(yùn)行控制平臺。

(3)“三下”采煤技術(shù)

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，煤礦工程采礦工藝中應(yīng)用新型技術(shù)類型具有一定的推廣及價(jià)值，利用煤礦相關(guān)數(shù)據(jù)信息以及資料內(nèi)容就能完成對應(yīng)體系的模擬分析，能有效對煤礦上覆巖層運(yùn)動規(guī)律以及地表沉陷規(guī)律予以評估，從而了解煤礦工程操作區(qū)域的具體情況，這對于全面提升后續(xù)技術(shù)應(yīng)用效果有良好的指導(dǎo)價(jià)值[3]。另外，結(jié)合建模內(nèi)容還能確保設(shè)計(jì)以及建設(shè)開采系統(tǒng)不會對地下水資源、建筑物產(chǎn)生影響，從而配合填充技術(shù)或者是組合技術(shù)落實(shí)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益共贏的目標(biāo)。

①分類

“三下”采煤技術(shù)主要分為井下開采技術(shù)和地面保護(hù)與加固技術(shù)。

A.井下開采技術(shù)，細(xì)化為條帶開采技術(shù)、充填開采技術(shù)、協(xié)調(diào)開采技術(shù)以及井柱開采技術(shù)、限厚開采技術(shù)、房柱開采技術(shù)等，匹配對應(yīng)的采煤設(shè)計(jì)內(nèi)容就能完成開采處理工作。

B.地面保護(hù)與加固技術(shù)，主要分為抗變形結(jié)構(gòu)加固處理技術(shù)、房屋調(diào)整技術(shù)、房屋加固技術(shù)以及地基加固技術(shù)等。

②技術(shù)內(nèi)容

目前，應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)類型如下：

A.條帶開采技術(shù)，主要是將工作面布置為規(guī)則條帶結(jié)構(gòu)，借助保留條帶支撐結(jié)構(gòu)的方式有效完成巖體的處理，從而有效減少煤礦開采過程中地表變形造成的影響。最大的優(yōu)勢就是變形量控制效果好，且技術(shù)方案較為成熟，但是存在資源損耗大的缺陷。一般是針對煤柱長期處于穩(wěn)定狀態(tài)且地表不存在波浪變形的區(qū)域，最大的采寬要求在1/4-1/10H[4]。

B.充填開采技術(shù)，技術(shù)能最大限度回收“三下”壓煤資源，并且地表移動變形率較小。其中，離層注漿充填能結(jié)合充填鉆孔等基礎(chǔ)參數(shù)完成技術(shù)處理工序，提升煤礦開采的效率。

圖2 離層注漿充填技術(shù)示意圖

C.房柱式開采技術(shù)，要將煤層切割為長度和寬度為10m-20m的正方形煤柱或者是長方形煤柱，利用煤柱支撐實(shí)際操作，技術(shù)最大的優(yōu)勢就在于，連續(xù)采煤機(jī)房式采煤處理過程的生產(chǎn)系統(tǒng)較為合理，整體機(jī)械性較好，因此，勞動效率較高。并且，技術(shù)在應(yīng)用中會采取同一類型解析設(shè)備完成采掘工作，這就實(shí)現(xiàn)了采掘合一的目標(biāo)，為采取準(zhǔn)備費(fèi)用的有效管理提供保障，減少條帶采煤處理方案中掘進(jìn)切眼和巷道較多造成的環(huán)境破壞[5]。

D.井柱開采技術(shù)，結(jié)合井筒的變形能力就能確定井筒煤柱的實(shí)際情況，一般會匹配小方塊煤柱開采處理工藝。

(4)綠色生態(tài)采礦技術(shù)

依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可知，我國煤礦開采作業(yè)產(chǎn)生的環(huán)境污染較大，為了更好地提升采礦工業(yè)的環(huán)保價(jià)值，有效規(guī)避污染問題造成的損失，綠色生態(tài)采礦技術(shù)體系受到了廣泛關(guān)注。一般而言，煤礦開采集中在深層地下作業(yè)，若是開采操作不當(dāng)，則會對地表產(chǎn)生影響，甚至?xí)Φ叵滤|(zhì)產(chǎn)生制約作用?；诖耍暇唧w的技術(shù)方案和應(yīng)用路徑，設(shè)置綠色生態(tài)采礦技術(shù)體系。

首先，要對現(xiàn)場進(jìn)行合理性規(guī)劃管理，以保證相關(guān)內(nèi)容和設(shè)置環(huán)節(jié)都能滿足現(xiàn)場開采的具體要求。并且，要對巷道的掘進(jìn)方式予以改革升級，實(shí)現(xiàn)多元管理的目標(biāo)，也能降低巷道的掘進(jìn)量。

其次，綠色生態(tài)采礦技術(shù)的實(shí)施操作要踐行全過程管理機(jī)制，并且在采礦技術(shù)操作開始前，對礦井區(qū)域自然區(qū)予以合理分配處理，尤其是判斷采區(qū)內(nèi)部和矸石填充作業(yè)等情況，確保能結(jié)合實(shí)際狀態(tài)合理安排相關(guān)人員，從而優(yōu)選最適宜的采礦處理方案。

最后，煤礦處理過程要秉持分類排放管理的原則，并且匹配先進(jìn)的生產(chǎn)工藝模式，全面降低作業(yè)中排出的污水，利用閉路循環(huán)式水流處理模式，借助先進(jìn)工藝和科學(xué)化的排水處理機(jī)制完成監(jiān)管。

(5)大采高綜放技術(shù)

煤礦開采過程中常常會出現(xiàn)巖層較厚的情況，這就會對開采工作的質(zhì)量和安全效果產(chǎn)生影響，因此，在煤礦開采技術(shù)發(fā)展不斷發(fā)展的時(shí)代背景下，許多企業(yè)開始大范圍推廣大采高綜放技術(shù)，主要針對的就是巖層較厚的區(qū)域，配合使用分層次開采技術(shù)模式。

(6)全自動刨煤機(jī)采礦技術(shù)

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，智能化全自動科技設(shè)備也被廣泛應(yīng)用在采礦方案中，利用多次驗(yàn)證的方式取得了良好的效果。全自動采煤機(jī)能為煤層快速擊穿予以支持，采煤機(jī)的速度能達(dá)到3m/s，并且，技術(shù)切割深度能滿足預(yù)期，從而提升采礦處理效率和應(yīng)用水平。

正是基于煤礦企業(yè)自動化刨煤機(jī)的研發(fā)和創(chuàng)新，要在原有技術(shù)基礎(chǔ)上引入到通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)等，有效建構(gòu)完整的自動化控制處理機(jī)制，維持應(yīng)用效果。并且，自動化處理技術(shù)還能大大節(jié)省人力資源，優(yōu)化項(xiàng)目的工作效率。特別是在大型煤礦開采工序中，煤層對地表面的沖擊力較大，這就會增加開采作業(yè)的難度，全自動刨煤技術(shù)處理方案能更好地維持應(yīng)用水平，確保開采效率和質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)。

(7)小范圍爆破式落煤采礦技術(shù)

小范圍爆破式落煤采礦技術(shù)指的是煤礦在常規(guī)化采礦工作范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)采礦工程化整為零的處理，建立區(qū)域性爆破應(yīng)用方案，并有效實(shí)現(xiàn)開采處理。通常而言，小范圍爆破式落煤采礦技術(shù)對實(shí)際技術(shù)應(yīng)用要求較高，在作業(yè)中無需配置支護(hù)設(shè)備或者是人員，這就對通風(fēng)提出了更高的要求。

另外，在應(yīng)用小范圍爆破式落煤采礦技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)中，要在技術(shù)成功后集中處理污水，以保證污水順利排出，避免對開采工作的整體流程產(chǎn)生影響，打造更加完整的排水控制系統(tǒng)。也正是基于技術(shù)體系的規(guī)范性和技術(shù)的先進(jìn)性，小范圍爆破式落煤采礦技術(shù)的安全性較高，對應(yīng)的投資成本和維護(hù)成本較低，為企業(yè)生產(chǎn)能力的優(yōu)化提供了良好的保障。但是，這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些弊端，煤炭的回收率較低，這就會增加資源的浪費(fèi)程度，所以，一般將小范圍爆破式落煤開采技術(shù)應(yīng)用在煤層較薄的施工區(qū)域內(nèi)，確保開采效果最優(yōu)化。

除此之外，滑移支架放頂煤采煤技術(shù)、二型鋼梁放頂煤開采技術(shù)、偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤技術(shù)等也是廣泛應(yīng)用的技術(shù)體系，一般是對煤層厚度較薄或者是煤層條件較差的區(qū)域予以使用，能在滿足開采需求的同時(shí)，提升技術(shù)應(yīng)用效率，維持煤礦工程采礦新技術(shù)的全面進(jìn)步。

3.煤礦工程采礦新技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化建議

為了提升煤礦工程采礦新技術(shù)的應(yīng)用水平，除了要按照技術(shù)要求和設(shè)計(jì)方案落實(shí)相應(yīng)工作外，也要從技術(shù)應(yīng)用、技術(shù)創(chuàng)新以及技術(shù)管理等方面落實(shí)相關(guān)工作，從而提升行業(yè)技術(shù)應(yīng)用效率，促進(jìn)煤礦工程項(xiàng)目的全面進(jìn)步。

(1)完善相關(guān)制度

在煤礦行業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，要結(jié)合規(guī)章制度和法律法規(guī)要求落實(shí)相關(guān)工作，為新技術(shù)推廣和應(yīng)用提供保障。因?yàn)槲覈旱V企業(yè)存在分布分散的特點(diǎn)，且各家企業(yè)的規(guī)模差異性較大，為此，要從制度約束層面提升行業(yè)執(zhí)行性和可行性技術(shù)管理水平，確保新技術(shù)方案的推廣和應(yīng)用能受到一定的保護(hù)，從而建構(gòu)完整的制度管控體系[6]。

另外，要提升各個(gè)部門和工作人員對新技術(shù)方案的接納度，就要提升其工作積極性，強(qiáng)化企業(yè)內(nèi)部協(xié)調(diào)機(jī)制的整合效果，明確新技術(shù)方案能更好地提高工作效率和煤礦生產(chǎn)質(zhì)量，從而形成良好的技術(shù)推廣和應(yīng)用平臺，為煤礦工程采礦新技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)設(shè)良好的空間。

(2)政策引導(dǎo)技術(shù)創(chuàng)新

煤礦工程項(xiàng)目本身就具有投資金額大、回收周期長的特點(diǎn)，加之行業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患較多，在新技術(shù)推廣過程中必然會受到影響，為了促進(jìn)其創(chuàng)新發(fā)展，政府要制定相關(guān)政策內(nèi)容，維持激勵(lì)政策的合理性和規(guī)范性，并且針對技術(shù)投資情況落實(shí)相應(yīng)的產(chǎn)權(quán)保護(hù)工作，確保技術(shù)創(chuàng)新能在較為科學(xué)可靠的環(huán)境中開展[7]。

與此同時(shí)，要對采煤技術(shù)和生態(tài)保護(hù)工作的平衡點(diǎn)予以管理，提升生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，向著無污染以及可持續(xù)方向發(fā)展。

(3)完善安全防護(hù)

在煤礦工程項(xiàng)目中，要想更好地踐行煤礦創(chuàng)新化開采技術(shù)方案，就要將高科技手段和環(huán)境保護(hù)、人員安全防護(hù)等工作結(jié)合在一起，打造更加完整的管理控制機(jī)制，提升綜合管理水平。

一方面，要堅(jiān)持以人為本的管理理念，任何創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)施都要將人員綜合監(jiān)督管理作為核心，確保安全防護(hù)工作的最優(yōu)化，從而減少開采造成的環(huán)境污染和成本浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境和諧統(tǒng)一的目標(biāo)，也為企業(yè)綜合發(fā)展提供支持。另一方面，要堅(jiān)持科學(xué)提升開采效率的原則，資源開采中，無論開采技術(shù)以何種方式實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新處理，都要將能源需求和監(jiān)督控制作為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化采礦的目的，正確估算成本以保證分類管理等工作順利落實(shí)。

4.結(jié)束語

總而言之，煤礦工程中要充分推進(jìn)新技術(shù)研發(fā)和管理進(jìn)程，在全面了解地質(zhì)環(huán)境以及開采工作實(shí)際狀態(tài)的同時(shí)加大技術(shù)引進(jìn)和創(chuàng)新力度，從而打造安全化、生態(tài)化、智能化技術(shù)發(fā)展平臺，為煤礦工程全面進(jìn)步提供保障，促進(jìn)煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益共贏。