貴州煤炭開采技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析*

田守強(qiáng) 鄭 偉

（1.貴州省煤炭設(shè)計(jì)隊(duì)；2.貴州理工學(xué)院礦業(yè)工程學(xué)院）

我國(guó)是一個(gè)煤炭大國(guó)，煤礦的開采對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)產(chǎn)生著巨大的影響［1-2］。貴州作為西南地區(qū)能源基地，同時(shí)擔(dān)負(fù)著周邊省份外調(diào)煤炭的任務(wù)，煤炭產(chǎn)量仍有一定缺口。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，許多高新技術(shù)也被應(yīng)用到煤礦開采中去，煤礦開采技術(shù)水平得到大幅提高［3-4］。但目前，貴州省與省外煤礦主要差距在智能化采煤技術(shù)。貴州省煤礦智能化綜采開采剛剛起步，尚處于技術(shù)探索、積累階段，如何縮小智能化采煤技術(shù)，是2025年以前要解決的主要問題。因此，必須不斷尋求解決問題的方法，掌握煤礦開采技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)，才能促進(jìn)貴州煤炭事業(yè)的發(fā)展［5-6］。

1 貴州省煤炭資源賦存情況和開采技術(shù)條件

1.1 貴州煤炭資源總體情況

貴州省含煤面積占總面積的40%以上［7-8］，除東部部分地區(qū)屬少煤、缺煤區(qū)外，省內(nèi)86個(gè)縣（市）中有74 個(gè)縣（市）產(chǎn)煤。相對(duì)集中于西部的盤州市、水城、六枝、織金、納雍、金沙等縣（市），其次在黔北的桐梓、仁懷、習(xí)水、遵義，中部的貴陽(yáng)—安順一帶，全省含煤面積約7.75 萬km2，其中上二疊統(tǒng)為省內(nèi)主要含煤地層，含煤面積約7.5 萬km2，占全省含煤總面積的96.8%。根據(jù)貴州省國(guó)土資源勘測(cè)規(guī)劃院提供的全省煤炭資源儲(chǔ)量資料，截至2018年底，在+2 000 m標(biāo)高以淺，全省已勘探查明的煤炭資源儲(chǔ)量總量1 917.915億t，+1 000 m 標(biāo)高以淺預(yù)測(cè)資源量887.49 億t，僅次于晉、陜、蒙、新，居全國(guó)第5位，超過南方各省煤炭資源儲(chǔ)量的總和。

1.2 貴州省煤炭開采技術(shù)條件

貴州省煤炭資源賦存差異性較大。煤層傾角從近水平到急傾斜；煤層賦存從單一煤層至煤層群；煤層厚度從薄煤層至厚煤層，甚至局部地段有特厚煤層［9］。

貴州省煤炭資源煤層自燃發(fā)火傾向性包括I、Ⅱ、Ⅲ類，煤塵有爆炸性，黔北和黔西北煤層頂?shù)装搴詮?qiáng)，少部分含煤區(qū)域?qū)儆诘屯咚?，大部分含煤區(qū)域?qū)儆诟咄咚够蛎号c瓦斯突出。從以上分析，貴州省煤炭資源開采具有一定的挑戰(zhàn)性。

2 貴州煤礦開采技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 機(jī)械化開采現(xiàn)狀

近年來，貴州省煤礦開采技術(shù)有了較大的提升，同時(shí)國(guó)家安全監(jiān)管總局明確指出“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”，通過煤礦高效開采的相關(guān)政策實(shí)施，省內(nèi)煤礦機(jī)械化、自動(dòng)化程度大幅提升［10］，采煤機(jī)械化率已從2016 年的62.1%提升到2019 年底80%以上，礦井也由小煤礦粗放式開采向大型煤礦集約式開采轉(zhuǎn)變，年產(chǎn)120 萬t 以上的大型煤礦25 處，產(chǎn)量占全省總產(chǎn)量的比重由24.6%提高到28.9%。

2.2 智能化采面開采現(xiàn)狀

2017 年，貴州發(fā)耳煤業(yè)有限公司堅(jiān)定“自動(dòng)化減人，機(jī)械化換人”發(fā)展思路［11］，并與北京天地瑪珂、兗州西安科技公司展開合作，進(jìn)行智能機(jī)械化升級(jí)改造，建成了31004智能化綜采工作面和礦井綜合信息化管控平臺(tái)、通風(fēng)子系統(tǒng)、壓風(fēng)子系統(tǒng)、排水子系統(tǒng)、運(yùn)輸子系統(tǒng)、供配電子系統(tǒng)、工業(yè)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等7 個(gè)輔助子系統(tǒng)智能化升級(jí)改造工作，發(fā)耳煤業(yè)由此成為了貴州省以及西南地區(qū)第一個(gè)智能化回采工作面，開啟了貴州煤礦綜采工作面的全新模式。截至2019 年11 月，貴州省煤礦輔助系統(tǒng)智能化礦井達(dá)178個(gè)，預(yù)計(jì)將在2020年達(dá)到100%全覆蓋，煤礦輔助系統(tǒng)智能化將走在全國(guó)煤礦前列［12］。

2.3 大傾角煤層開采現(xiàn)狀

目前，在大傾角煤層綜合機(jī)械化開采技術(shù)方面，川煤集團(tuán)公司走在了全國(guó)類似條件煤礦開采技術(shù)前列。2013—2014 年，該公司自主研發(fā)的綜采成套設(shè)備在綠水洞煤礦成功將急傾斜煤層綜采適應(yīng)平均傾角60°，局部達(dá)到72°［11］。經(jīng)四川省科技廳成果鑒定，多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)填補(bǔ)了我國(guó)綜合機(jī)械化裝備和開采技術(shù)空白，成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

2.4 “關(guān)鍵4%”難采煤層機(jī)械化開采技術(shù)現(xiàn)狀

（1）55°以上急傾斜煤層機(jī)械化開采。對(duì)于55°以上急傾斜煤層，是采礦界公認(rèn)的難采煤層，針對(duì)該類煤層開采機(jī)械化程度難以實(shí)現(xiàn)、工人作業(yè)環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低且存在著重大安全隱患等問題，目前省內(nèi)均采用柔性掩護(hù)支架炮采工作面，尚無機(jī)械化開采實(shí)例。國(guó)內(nèi)也無成熟的機(jī)械化開采案例，尚須進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

（2）薄煤層開采現(xiàn)狀。貴州省的煤炭資源豐富，儲(chǔ)存量大，且賦存多樣化，根據(jù)我國(guó)煤層厚度劃分，厚度0.8～1.3 m 屬于薄煤層，小于0.8 m 屬于極薄煤層。薄煤層儲(chǔ)量約占貴州省已探明煤炭?jī)?chǔ)量的37%［12］。貴州省薄煤層開采機(jī)械化程度低、采高低，作業(yè)空間小，自動(dòng)化程度低，工人跟機(jī)作業(yè)較為困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，導(dǎo)致出現(xiàn)產(chǎn)量低、效率低、事故多、工人的工作環(huán)境惡劣。

2.5 快速掘進(jìn)技術(shù)與裝備研究

貴州省貴州久泰邦達(dá)能源開發(fā)有限公司紅果煤礦是省內(nèi)首個(gè)裝備快速掘進(jìn)工作面的煤礦［13］，礦井一期工程5 500 m。為加快施工進(jìn)度，減少崗位定員，選用中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的ZTT4200 礦用TBM（全斷面巖石隧道盾構(gòu)機(jī)）用于紅果煤礦1300 瓦斯治理巷掘進(jìn)，該套TBM 不僅可實(shí)現(xiàn)井下本地操控，亦可地面遠(yuǎn)程對(duì)掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，在綠色開采和無煤柱開采上均有不同程度的發(fā)展。

2.6 貴州煤礦開采存在的問題

通過收集貴州煤炭資源賦存特點(diǎn)和開采技術(shù)條件相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)貴州省煤炭開采存在以下幾個(gè)問題。

（1）地質(zhì)勘探準(zhǔn)確度低。地質(zhì)勘探資料是指導(dǎo)礦井建設(shè)和生產(chǎn)的第一手資料，部分礦井由于地質(zhì)勘探準(zhǔn)確度較低，導(dǎo)致勘探情況與實(shí)際情況存在較大出入，從而使制定好的采掘部署完全被打亂，造成采掘失調(diào)。

（2）地質(zhì)構(gòu)造的影響。由于斷層、褶曲及煤層變薄等影響，造成煤層賦存不連續(xù)，在生產(chǎn)過程中，導(dǎo)致回采煤量不足，頻繁更換采面及掘進(jìn)面，最終造成采掘失調(diào)。

（3）礦井開拓、開采系統(tǒng)不合理。部分礦井（尤其是民營(yíng)企業(yè)）水平、采區(qū)劃分不合理，井田范圍受限，為減少建井投資和縮短建設(shè)工期，導(dǎo)致礦井“三量”不足，采區(qū)服務(wù)年限短，礦井移交生產(chǎn)后即面臨接替緊張，極易造成采掘失調(diào)甚至采區(qū)接替失調(diào)。

（4）巷道掘進(jìn)速度慢。掘進(jìn)需要具有較強(qiáng)的超前性，從而使采面的正常接替能夠得到有效保證。一方面，由于采煤機(jī)械化提升后，回采工作面推進(jìn)速度加快，而巷道掘進(jìn)由于受瓦斯災(zāi)害的影響，掘進(jìn)進(jìn)度慢，造成巷道掘進(jìn)跟不上回采進(jìn)度，造成采掘接替失調(diào)；另一方面是企業(yè)重采煤、輕掘進(jìn)，導(dǎo)致掘進(jìn)進(jìn)尺較少，致使準(zhǔn)備煤量不足，造成接替緊張。

（5）礦井災(zāi)害的影響。礦井災(zāi)害（瓦斯、水、頂?shù)装澹┦侵萍s煤礦采掘的重要因素，這些隱患客觀存在，是導(dǎo)致礦井采掘失調(diào)的重要原因，對(duì)煤礦正常生產(chǎn)產(chǎn)生較大的影響，災(zāi)害治理不到位或?yàn)?zāi)害防治措施不合理，將直接導(dǎo)致巷道掘進(jìn)或工作面回采無法推進(jìn)，造成采掘失調(diào)。

3 貴州煤炭開采技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)

3.1 中短期發(fā)展趨勢(shì)

通過對(duì)貴州煤炭資源賦存情況、開采技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并根據(jù)貴州省煤炭中長(zhǎng)期供需平衡的中短期目標(biāo)［14］，結(jié)合供需平衡需求，本研究對(duì)提高釋放優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能的開采技術(shù)提供以下建議。

（1）大力支持煤炭企業(yè)集約發(fā)展、規(guī)?；_采。“十四五”期間，貴州省煤礦多以30～90 萬t/a 的中型煤礦為主，集約化、規(guī)模化開采是貴州省煤炭開采的必然道路，建議出臺(tái)相關(guān)政策，大力支持煤炭企業(yè)集約發(fā)展，提高煤炭企業(yè)在資金、技術(shù)、人才等方面的整體實(shí)力，保障企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

（2）繼續(xù)推進(jìn)貴州省“兩化”改造和智慧礦井建設(shè)。針對(duì)煤層賦存條件較好的礦井，從政策方面給予支持，繼續(xù)推進(jìn)“兩化改造”，利用大數(shù)據(jù)、5G技術(shù)、井下機(jī)器人以及互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)等，逐步向智慧礦山推進(jìn)。

（3）引導(dǎo)煤炭企業(yè)優(yōu)化采掘部署。繼續(xù)推進(jìn)具備條件的煤礦進(jìn)行“兩化”改造，改擴(kuò)建礦井進(jìn)行智能化和機(jī)械化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)96%產(chǎn)能礦井完成100%智能化和機(jī)械化。2020—2025 年，加快兼并重組保留礦井的勘探和建設(shè)工作，加快貴州省煤礦優(yōu)化調(diào)整布局，調(diào)整生產(chǎn)力布局，優(yōu)化資源配置，實(shí)現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

（4）建議聯(lián)合相關(guān)部門規(guī)范井田劃分。為了利于采用“N00 工法”，建議在劃分井田邊界時(shí)，盡量規(guī)范化，避免鋸齒狀井田邊界，為礦井規(guī)范化設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)條件。

（5）鼓勵(lì)采用先進(jìn)開采裝備。隨著貴州省煤體企業(yè)規(guī)?；图s化，煤炭采掘速度越來越快，但大多數(shù)煤炭企業(yè)采掘裝備水平相對(duì)落后，特別是快速掘進(jìn)裝備使用較少，建議出臺(tái)相應(yīng)政策，鼓勵(lì)企業(yè)引進(jìn)先進(jìn)開采裝備，比如盾構(gòu)機(jī)、掘錨一體機(jī)等。

（6）引導(dǎo)企業(yè)積極開采保護(hù)層，促進(jìn)煤與瓦斯共采。貴州省90%以上煤礦瓦斯抽采體積分?jǐn)?shù)小于30%，根據(jù)貴州實(shí)際抽采情況，推薦使用區(qū)域卸壓增透技術(shù)、定向長(zhǎng)鉆孔煤層瓦斯抽采技術(shù)、液態(tài)CO2相變致裂增透技術(shù)、低滲煤層水力割縫瓦斯抽采技術(shù)及松軟煤層全程下套管注漿封孔瓦斯抽采技術(shù)等5種高效瓦斯抽采技術(shù)。

3.2 長(zhǎng)期發(fā)展展望

貴州省目前煤礦多以30～90 萬t/a 中型煤礦為主，由于煤礦本身的服務(wù)年限、開采技術(shù)條件難度增加、開采成本增高等因素限制，條件較差的礦井在2025 年后陸續(xù)退出生產(chǎn)，需有序核準(zhǔn)新建一批大中型煤礦項(xiàng)目；新建礦井必須符合安全、綠色、環(huán)保、高效發(fā)展，長(zhǎng)期發(fā)展需要考慮到煤與瓦斯共采技術(shù)研究、推廣“三下”開采技術(shù)研究、井下充填綠色開采技術(shù)研究、“一上”開采技術(shù)發(fā)展研究、保水開采研究、煤炭資源氣化和液化開采技術(shù)研究和智慧礦山開采技術(shù)發(fā)展研究7個(gè)方面。

4 結(jié)語

煤炭事業(yè)的發(fā)展對(duì)于貴州全省經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要作用，是貴州省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)。而煤炭開采技術(shù)對(duì)于煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的作用，因而要完善煤炭開采技術(shù)，如研究適應(yīng)貴州省煤炭賦存條件的無煤柱開采方法和工藝，研究承壓水的開采等技術(shù)、急傾斜煤層綜合機(jī)械化開采等技術(shù)，研究和推廣薄煤層機(jī)械化開采裝備技術(shù)，繼續(xù)深入研究無人/少人采掘工作面裝備和技術(shù)，以此促進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)更好發(fā)展，滿足當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展需求。