關(guān)于未來煤炭開采技術(shù)發(fā)展方向的探討

＊王珩珩

（山西蘭花集團(tuán)莒山煤礦有限公司 山西 048002）

引言

目前，我國在煤炭開采方面與國外技術(shù)相比還存在較大的差距，整體來看煤炭行業(yè)存在規(guī)模小、集中度低、設(shè)備陳舊落后以及經(jīng)濟(jì)效益差等眾多問題。這些問題容易引發(fā)傳統(tǒng)的煤炭行業(yè)存在資源浪費嚴(yán)重開發(fā)秩序混亂、產(chǎn)業(yè)分散市場穩(wěn)定性差、綜合利用率低以及相應(yīng)的安全隱患問題。因此，需要我國針對傳統(tǒng)煤炭行業(yè)的問題，及時地轉(zhuǎn)變煤炭開采技術(shù)，引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的開采技術(shù)進(jìn)行融合創(chuàng)新，發(fā)展自己的核心技術(shù)，最終實現(xiàn)煤炭開采的高效利用，降低煤炭開采的安全隱患和資源浪費率，推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1.煤炭行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析

隨著煤炭供給側(cè)改革，目前我國煤炭開采行業(yè)向著高品質(zhì)、高效率層面不斷的推進(jìn)，根據(jù)2019年最新數(shù)據(jù)顯示，中國原煤產(chǎn)量達(dá)38.5億噸，同比增長4.6%，2020年主要煤炭產(chǎn)業(yè)復(fù)工時間集中在3月份，對行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)能供給相對較低。2020年1月-5月，中國的原煤產(chǎn)量為14.7億噸，同比增長0.9%。而2019年煤炭進(jìn)口量2.997億噸，同比增長6.3%；出口602.5萬噸，同比增長22%，因此，根據(jù)整體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，我國煤炭企業(yè)原煤產(chǎn)量呈現(xiàn)增長趨勢，并且在煤炭行業(yè)中占據(jù)穩(wěn)定市場份額，進(jìn)口量不斷加大，對能源需求的供給相對較為充足。

2.傳統(tǒng)煤炭行業(yè)存在的局限性分析

(1)資源浪費嚴(yán)重開發(fā)秩序亂

傳統(tǒng)煤炭行業(yè)開采設(shè)備相對落后，對煤炭的利用率較低，存在資源浪費嚴(yán)重和行業(yè)開發(fā)秩序混亂等相關(guān)問題。目前，部分煤炭、電力以及很多有實力的民營企業(yè)積極投資煤炭開采行業(yè)，希望通過煤炭資源的開采增加自己的利益，有些企業(yè)甚至在實行保護(hù)性開發(fā)的資源處進(jìn)行劃分，將整塊的資源分割成為部分進(jìn)行掛牌銷售，嚴(yán)重影響保護(hù)性開發(fā)的規(guī)劃與實施。而且購買資源的企業(yè)不一定具備優(yōu)質(zhì)的開采技術(shù)，導(dǎo)致煤炭在開采過程中資源受到浪費，平均的回采率僅有3%，由于煤炭綜合利用率低，一定程度上擾亂煤炭資源的開采，對環(huán)境的破壞力度極大，打破了可持續(xù)發(fā)展的理念。

(2)產(chǎn)業(yè)分散市場穩(wěn)定性差

煤炭開采行業(yè)的市場穩(wěn)定性直接影響煤炭產(chǎn)業(yè)，對煤炭的開采起到重要的作用。由于煤炭開采行業(yè)較為分散，產(chǎn)業(yè)集中度相對較低，加上企業(yè)結(jié)構(gòu)組織不合理，缺乏市場競爭力和對市場變化的經(jīng)驗，導(dǎo)致煤炭行業(yè)的市場穩(wěn)定性變化較大。當(dāng)煤炭開采供應(yīng)量較大時，煤炭的價格會大幅度下降，造成企業(yè)利益的損失；當(dāng)需求量較大時，煤炭的價格又會不斷上漲，煤炭開采行業(yè)將進(jìn)行超能力開采，不僅帶來相應(yīng)的環(huán)境污染，也使得安全問題和產(chǎn)品質(zhì)量問題受到忽視。

(3)傳統(tǒng)煤礦安全隱患高

傳統(tǒng)煤礦的管理制度和開采技術(shù)缺乏，這一定程度上造成開采人員的安全問題難以得到保障。從安全制度層面進(jìn)行分析，傳統(tǒng)煤礦的管理人員沒有做好安全意識的普及，沒有將各項安全制度落實到位，可能由于產(chǎn)品價格過高就進(jìn)行超能力、超強度以及超定員進(jìn)行開采，使開采的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定造成相應(yīng)的人員傷亡。同時，從開采技術(shù)層面進(jìn)行分析，開采設(shè)備和技術(shù)沒有及時地進(jìn)行更新，開采人員的技術(shù)水平相對落后，在開采煤炭的過程中，由于操作失誤導(dǎo)致的煤炭開采問題，造成相應(yīng)的安全隱患。因此，煤炭開采過程中應(yīng)該根據(jù)時代的發(fā)展與時俱進(jìn)的提升關(guān)鍵核心技術(shù)，引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備和制度理念，加強煤炭行業(yè)的安全開采。

3.未來煤炭開采關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用與分析

(1)開采裝備精準(zhǔn)導(dǎo)航技術(shù)

煤炭開采首先需要完善開采裝備，對煤炭資源進(jìn)行精準(zhǔn)的定位和導(dǎo)航技術(shù)，這樣才能對煤炭資源精準(zhǔn)地進(jìn)行開發(fā)利用。目前要保障煤炭的開采，可以利用地理信息系統(tǒng)導(dǎo)航、超寬帶定位等多種定位導(dǎo)航技術(shù)，不斷的規(guī)劃挖掘開采設(shè)備的前進(jìn)藍(lán)圖。要實現(xiàn)精準(zhǔn)的定位和導(dǎo)航需要不斷完善高速的無線通信技術(shù)，幫助設(shè)備實現(xiàn)便捷的信息交流；同時，也可以加強挖掘機的精確制導(dǎo)和運輸車輛的無人駕駛系統(tǒng)，這樣能夠在最短的時間內(nèi)找準(zhǔn)煤炭資源，進(jìn)行精準(zhǔn)開采，并能夠高效地進(jìn)行運輸，增強煤炭開采的整體效率。因此，在煤炭開采過程中，開采裝備的精確定位和導(dǎo)航能夠最大程度的縮短時間，提升煤炭開采的綜合利用率，同時也能加強環(huán)境的保護(hù)性。

(2)極端環(huán)境信息傳輸技術(shù)

極端環(huán)境下的信息傳輸技術(shù)，能夠?qū)㈤_采環(huán)境信息及時地進(jìn)行傳送，是實現(xiàn)智能化、精確化開發(fā)的必要條件。通常煤炭開采的環(huán)境可能受到粉塵、電磁等不同因素的制約，使得信息傳輸?shù)臅r間長、信息傳輸不準(zhǔn)確的現(xiàn)象發(fā)生。因此，突破信息傳輸?shù)暮诵募夹g(shù)，采用高精度的探測儀器和微納米傳感器等信息探測和傳輸技術(shù)，有效地將煤炭開采區(qū)域的含水量、出水量以及孔隙度等數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，通過對開采區(qū)域信息的掌控，才能更好地實現(xiàn)開采規(guī)劃，用最佳的方式進(jìn)行開采建設(shè)，推動煤炭開采技術(shù)的不斷提升。

(3)海量數(shù)據(jù)分析整理技術(shù)

海量數(shù)據(jù)的分析整理是煤炭開采重要的環(huán)節(jié)，礦山生產(chǎn)系統(tǒng)會生成海量的數(shù)據(jù)，要想進(jìn)行精準(zhǔn)的處理，必然需要從數(shù)據(jù)分析入手，才能全面地進(jìn)行規(guī)劃。生成的數(shù)據(jù)主要包括設(shè)備健康、人員、排水、煤炭洗選、開采管控等多個方面，要進(jìn)行分類整理并且得出相應(yīng)的結(jié)論顯然是具有挑戰(zhàn)性的。煤炭行業(yè)需要利用大數(shù)據(jù)、云計算等數(shù)據(jù)分析平臺，進(jìn)行煤炭開采技術(shù)的分析整理，這樣才能從各項數(shù)據(jù)中制定出相應(yīng)的開采計劃和開采流程，做好開采人員的安排，不斷地提升開采的精度和數(shù)據(jù)分析能力，做好開采過程中的風(fēng)險防控。

(4)復(fù)雜煤層智能管控技術(shù)

煤炭開采的過程中需要對煤層進(jìn)行剖析，對煤炭資源進(jìn)行宏觀的把握在進(jìn)行相關(guān)的開采工作，而煤層的分析需要從煤層的厚度、煤層走向、斷層以及整體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，這樣才能實現(xiàn)精準(zhǔn)的截割，在不大量破壞地質(zhì)結(jié)構(gòu)的同時進(jìn)行煤巖的識別與獲取。通常在復(fù)雜煤層的獲取過程中，往往采用多種技術(shù)融合的形式進(jìn)行，確保能夠順利地進(jìn)行開采，主要包括震動識別、圖像識別等形式，利用復(fù)雜煤層的智能管控技術(shù)，實現(xiàn)智能決策與協(xié)同管理，最終保障開采的有序進(jìn)行。因此，復(fù)雜煤層的智能管控技術(shù)一定程度上形成煤炭的精確識別，對于煤炭開采來說提供精準(zhǔn)的信息，幫助開采人員能夠利用可視化圖像進(jìn)行協(xié)同管理，實現(xiàn)高效開采。

(5)厚煤層綜采放頂煤技術(shù)

國內(nèi)煤層煤儲量40%以上是已探明的，經(jīng)過多年的改進(jìn)和發(fā)展，厚煤層綜合開采技術(shù)取得了一定的成績，而綜合開采厚煤層是新時期推進(jìn)采煤技術(shù)發(fā)展的一種較為先進(jìn)的途徑，綜合釋放技術(shù)在中國大多數(shù)礦區(qū)得到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了我國煤炭開采業(yè)的發(fā)展。對于煤層相對較厚或傾斜緩慢的煤層，綜合開采如果想解決資源回收率、粉塵、防火等問題，可以采用頂級煤炭技術(shù)。綜合開采技術(shù)是一個產(chǎn)量相對較高、影響較大的有效途徑，高產(chǎn)高效礦井，其工作面生產(chǎn)優(yōu)勢相對較高，采煤厚度相對較大，許多礦井內(nèi)部都建成了單面井生產(chǎn)加工體系，即煤層厚度變化大、道路開挖量小、經(jīng)濟(jì)成本低、綜合開采效率高等優(yōu)勢，有著廣闊的發(fā)展期望。未來綜放開采技術(shù)的研究方向?qū)⒅饕鉀Q儲氣、大型煤層、煤層自燃燒、煤炭回收率低等技術(shù)問題。

(6)二煤炭資源綠色開采技術(shù)

綠色礦業(yè)是一種以環(huán)境影響和資源效益為基礎(chǔ)，以資源開發(fā)為主要目的的現(xiàn)代開發(fā)研究模式，其發(fā)展目標(biāo)是確保資源在整個開采過程中對生態(tài)環(huán)境的影響最大，實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)化協(xié)調(diào)。解決煤炭資源綠色開發(fā)、土地資源被破壞等問題，有效減少采礦、大氣環(huán)境污染等對水資源的破壞和污染。目前的綠色采礦項目主要包括以下幾種類型。

①矸石填充開采

所有煤炭綠色開采技術(shù)的關(guān)鍵之一是填補開采技術(shù)，國內(nèi)生產(chǎn)的煤壓煤礦可以提供十年年產(chǎn)1000萬噸的礦井產(chǎn)量，其中約140億噸，建筑壓力煤約90億噸，如何解決建筑壓力下的煤礦開采是一個重點研究問題，多年的開采工作導(dǎo)致土地沉降，它摧毀了大量的土地資源。國內(nèi)開采1萬噸粗煤造成滑坡面積0.2hm2至0.33hm2由于礦山破壞的土地資源數(shù)量以每年3hm2至4萬hm2的速度快速增長，開采過程逐漸形成了吉康煤炭產(chǎn)量的10%，國內(nèi)煤礦達(dá)到1500多個，廢渣結(jié)構(gòu)達(dá)到70億噸，大量矸石污水破壞環(huán)境安全，造成環(huán)境污染。采用填埋開采方法，將矸石等各種固體廢棄物作為井的主要填料，可避免矸石的排放，控制巖層轉(zhuǎn)移造成的下降，有效保護(hù)土地資源，實現(xiàn)建筑物的重煤開采和綠色開采技術(shù)的發(fā)展具有十分現(xiàn)實的意義。

②保水開采

詳細(xì)分析含水層運動規(guī)律、地基變化、含水盆地裂縫結(jié)構(gòu)研究、含水層穩(wěn)定性等，是保稅開采的基礎(chǔ)性工作。在節(jié)約用水方面，有一些重要問題需要解決。防止水故障與節(jié)水開采有根本區(qū)別，主要從安全角度分析，節(jié)水開采應(yīng)注重采掘工作變化后巖層的水文地質(zhì)條件，西部地區(qū)是否是水障，地下水系統(tǒng)和地表水系統(tǒng)在快速恢復(fù)后是否遭到破壞，水隔離能否重建，地下水利用是水資源的利用問題，是需要解決的水資源修復(fù)問題必須被重視的部分，也是今后將著重考慮技術(shù)創(chuàng)新的板塊。

4.未來煤炭智能化發(fā)展方向與建設(shè)分析

(1)智能化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

智能化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是打造全新煤炭開采產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)，不僅融合現(xiàn)代先進(jìn)的理念與技術(shù)，同時還利用智能化的設(shè)備增強開采的動力設(shè)施，形成保護(hù)性開采建設(shè)，推動煤炭開采行業(yè)有序發(fā)展。首先智能化的煤炭開采需要利用互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等高效的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和控制。其次，開采也需要在傳統(tǒng)的煤炭開采行業(yè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行建造，妥善利用關(guān)鍵核心技術(shù)，形成能夠精確導(dǎo)航探測、分析決策、動態(tài)預(yù)測以及協(xié)同控制的高效系統(tǒng)，以及能夠通過人工控制的遠(yuǎn)程操作設(shè)施，真正實現(xiàn)科學(xué)綠色的發(fā)展，打造煤炭開采行業(yè)堅實的基礎(chǔ)性建設(shè)，為智能化開采保駕護(hù)航。

(2)智能化工作平臺建設(shè)

①數(shù)據(jù)綜合管理平臺

數(shù)據(jù)的管理和分析是煤炭開采行業(yè)的重點，打造數(shù)據(jù)綜合管理平臺，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)分析，還能夠?qū)崿F(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲，形成數(shù)據(jù)流，對日后的煤炭開采工作具有相應(yīng)的價值。眾所周知，大數(shù)據(jù)、云計算的融入能夠促進(jìn)綜合管理平臺數(shù)據(jù)的分析整理，只需要簡單的操作僅能夠?qū)⒑Ａ繑?shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成煤炭開采的直觀數(shù)據(jù)，方便開采人員根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行設(shè)計和規(guī)劃，形成完整的開采流程，能夠避免開采過程中的問題，高效地進(jìn)行煤炭開采。同時，數(shù)據(jù)綜合管理平臺也能夠促進(jìn)員工之間的交流，通過平臺共享開采數(shù)據(jù)、分享開采經(jīng)驗，有利提高員工的開采經(jīng)驗和水平，為煤炭開采提供源源不斷的人才儲備，不斷的壯大開采規(guī)模。

②開采信息遠(yuǎn)程管理平臺

信息的遠(yuǎn)程管理平臺將助力信息傳輸，實現(xiàn)信息傳輸?shù)木珳?zhǔn)化，同時打破時空的限制，進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和可視化管理，實現(xiàn)高精度管理。遠(yuǎn)程信息管理平臺的建設(shè)，有利于管理者直接查看相應(yīng)的開采數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在相應(yīng)的問題，可以及時地派遣技術(shù)人員進(jìn)行解決，如果不能短時間內(nèi)趕到現(xiàn)場，則可以通過遠(yuǎn)程管理的方式進(jìn)行管理，極大程度地節(jié)約時間。同時，在遇到比較危險的開采活動時，也可以通過無人機器進(jìn)行遠(yuǎn)程的操作，極大程度上降低了人員的安全隱患，而且利用人工智能技術(shù)能夠強化工作效率，提升煤炭開采的力度。因此，遠(yuǎn)程管理平臺的處理更加高效、安全，建設(shè)遠(yuǎn)程管理平臺方便進(jìn)行工程的實時監(jiān)控，將各項施工流程都準(zhǔn)確的得到落實。

③安全風(fēng)險預(yù)警平臺建設(shè)

煤炭開采事故的發(fā)生率較高，不僅危害開采人員的身體健康，也為企業(yè)帶來不可避免的損失，建設(shè)安全風(fēng)險預(yù)警平臺建設(shè)，將風(fēng)險防患于未然，增加煤炭開采的安全性。首先可以利用數(shù)據(jù)分析及時地發(fā)現(xiàn)開采中的風(fēng)險問題，做好開采前的準(zhǔn)備工作，從源頭避免安全事故的發(fā)生。其次，安全預(yù)警平臺需要詳細(xì)的說明每項開采環(huán)節(jié)的操作標(biāo)準(zhǔn)，對操作員工的操作進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范，提升人員操作的安全性。最后，應(yīng)該設(shè)定警報，如果開采過程中發(fā)生數(shù)據(jù)異常，應(yīng)該及時地通知開采人員進(jìn)行撤退，分析異常的原因加以處理，實現(xiàn)煤炭開采的安全。

5.結(jié)束語

綜上所述，未來的煤炭開采技術(shù)應(yīng)該充分融合時代的需求，利用大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計算等現(xiàn)代化的技術(shù)進(jìn)行建設(shè)，不斷完善開采裝備精準(zhǔn)導(dǎo)航技術(shù)、極端環(huán)境信息傳輸技術(shù)、海量數(shù)據(jù)分析整理技術(shù)以及復(fù)雜煤層智能管控技術(shù)，利用新技術(shù)提升產(chǎn)業(yè)效能，提高煤炭資源的綜合利用。同時，煤炭的開采也需要一定的基礎(chǔ)設(shè)施和專業(yè)化平臺建設(shè)，為煤炭開采提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和導(dǎo)航，進(jìn)行各項數(shù)據(jù)的綜合性管理以及在開采過程中存在的相應(yīng)的隱患，最終實現(xiàn)智能化的煤炭產(chǎn)業(yè)，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供新動能。