煤礦開采中采煤技術(shù)的應用

當前，我國煤礦開采正面臨深部開采、煤礦災害防控和資源合理利用等一系列新挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)采煤技術(shù)已難以滿足新形勢下煤礦安全高效開采的需求，亟須創(chuàng)新發(fā)展。中厚煤層資源豐富，開采條件相對較好，是未來煤炭資源的主要開采對象。如何進一步提高中厚煤層綜放開采的機械化、自動化、智能化水平，實現(xiàn)安全高效綠色開采，是目前亟待解決的關鍵問題[1]。

一、煤礦開采中采煤技術(shù)的具體應用

（一）中厚煤層綜放工藝

中厚煤層綜放開采具有生產(chǎn)效率高、工人勞動強度低、資源回收率高等優(yōu)勢，已成為當前乃至未來的主導開采方式。中厚煤層綜放通常采用大功率電牽引采煤機、大噸位智能化液壓支架、高強度刮板輸送機及托盤等先進設備，實現(xiàn)機械化無人開采。其中，采煤機截割部一般采用滾筒式截割，配備雙驅(qū)動、高扭矩牽引裝置，具有截割功率大、牽引力強、運行平穩(wěn)可靠等特點。智能化液壓支架多為四柱礦用普通液壓支架，通過配備電液控制系統(tǒng)、壓力監(jiān)測傳感器等，實現(xiàn)支架狀態(tài)的自動感知以及支撐力的智能調(diào)節(jié)，大幅提高支架運行的安全性與可靠性。刮板輸送機則采用多點驅(qū)動、強鏈耐磨鏈條，輸送能力可達 3000t/h 以上，與大采高綜放工作面匹配良好。此外，中厚煤層綜放工藝還融合順槽集中控制、工作面設備自動糾偏、遠程可視化監(jiān)控等智能化技術(shù)，實現(xiàn)開采過程的自動化、信息化。

（二）無煤柱開采技術(shù)

傳統(tǒng)采煤方法中，通過在采煤工作面煤層中留設一定尺寸的永久煤柱，用于支護巷道圍巖，保證礦井生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定性。然而，永久煤柱的設置造成大量煤炭資源損失浪費。為最大限度回收煤炭資源，減少煤柱損失，無煤柱開采技術(shù)在煤礦開采實踐中得到推廣應用。目前，無煤柱開采主要采用錨桿錨索支護、充填開采等技術(shù)途徑。錨桿錨索支護通過在巷道頂板及兩幫打設高強度錨桿、錨索，替代永久煤柱發(fā)揮支護作用，在確保巷道圍巖穩(wěn)定性的同時實現(xiàn)煤柱煤炭資源回收。充填開采則是將采空區(qū)及時充填，利用充填體支承采動巖層，控制礦壓顯現(xiàn)，減緩采動應力擾動，實現(xiàn)采區(qū)煤柱資源無損開采。以某礦為例，采用高水材料充填開采工藝，充填體強度可達15至 20MPa ，采區(qū)回采率由傳統(tǒng)開采的 45% 提高至 95% 以上，經(jīng)濟效益顯著。

（三）智能化無人開采

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的新一代信息技術(shù)與煤炭開采深度融合，智能化無人開采成為煤礦安全高效開采的重要發(fā)展方向。目前，國內(nèi)外先進煤礦普遍應用遙控操作、自動化采煤等智能開采技術(shù)。采煤機、液壓支架、刮板運輸機等主要采煤設備上安裝了智能傳感器，可實時感知設備運行狀態(tài)、工作面瓦斯?jié)舛?、頂板耐壓等復雜信息，并通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至地面監(jiān)控中心。工作人員利用三維可視化、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，構(gòu)建工作面數(shù)字孿生模型，通過數(shù)據(jù)挖掘分析，優(yōu)化采煤工藝參數(shù)，實現(xiàn)設備遠程遙控、自主協(xié)同。同時，采煤機自適應截割技術(shù)、液壓支架電液自動控制技術(shù)不斷創(chuàng)新，大幅提高采煤效率。一些示范智能化采煤工作面實現(xiàn)24小時連續(xù)作業(yè)，工效是普通工作面的1.5倍以上。未來，5G通信、人工智能將進一步拓展智能開采時空范圍，實現(xiàn)采煤系統(tǒng)全流程、多場景的無人化作業(yè)。

二、煤礦開采中采煤技術(shù)難點

（一）復雜地質(zhì)條件適應性

受構(gòu)造運動影響，中厚煤層的連續(xù)性、穩(wěn)定性較差，經(jīng)常出現(xiàn)斷層、褶曲、傾角變化等復雜地質(zhì)情況。綜放開采對煤層的完整性、穩(wěn)定性要求較高，這些復雜地質(zhì)因素嚴重制約著綜放工藝的推廣應用。因此，如何提高綜放工作面設備對復雜地質(zhì)的適應性是目前亟待解決的關鍵技術(shù)難題。針對這一問題，必須加強中厚煤層地質(zhì)探測，詳細查明斷層、陷落柱等不良地質(zhì)體的分布規(guī)律，優(yōu)化綜放工作面布置，減少其對開采的不利影響。同時，應加快推進割煤機的柔性化、智能化，提高割煤機姿態(tài)自適應調(diào)整能力，確保其在復雜煤層條件下的正常截割。液壓支架方面，可采用多點支撐、活動立柱等創(chuàng)新結(jié)構(gòu)形式，增強支架對頂板不規(guī)則沉陷、傾斜錯動的適應能力[2]。

（二）智能開采系統(tǒng)集成

智能開采涉及采煤機、支架、輸送機等多個子系統(tǒng)，如何實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建高度集成的智能管控平臺是目前的關鍵難題。此外，煤礦井下復雜多變的環(huán)境也對智能開采系統(tǒng)的魯棒性、可靠性提出了更高要求。需在智能傳感、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析、深度學習算法等方面實現(xiàn)關鍵突破，才能推動智能開采系統(tǒng)的工程化應用。

三、煤礦開采中采煤技術(shù)優(yōu)化措施

（一）加強地質(zhì)保障

針對中厚煤層地質(zhì)條件復雜的特點，應在綜采工作面布置前開展精細化三維地質(zhì)建模，充分利用鉆孔、物探、測井等勘探資料，查明工作面煤層埋藏條件、構(gòu)造分布等地質(zhì)信息，優(yōu)選綜采面位置，避開大斷層、陡傾斜等不良地質(zhì)體。超前地質(zhì)預報方面，可應用地質(zhì)雷達、TSP203等裝備，及時發(fā)現(xiàn)綜放工作面前方地質(zhì)異常，為優(yōu)化生產(chǎn)部署、調(diào)整支護參數(shù)提供可靠依據(jù)。此外，應結(jié)合礦井水文地質(zhì)條件，優(yōu)化綜放工作面排水系統(tǒng)布置，采用立體抽放、聯(lián)合疏干等措施，降低含水層對綜放作業(yè)的影響。

（二）優(yōu)化綜采裝備與支護技術(shù)

在中厚煤層綜放開采過程中，由于圍巖穩(wěn)定性差、冒頂片幫頻發(fā)等問題給安全高效開采帶來諸多挑戰(zhàn)。為了優(yōu)化綜采裝備與支護技術(shù)，切實解決這些難題，可以從以下幾個方面著手：首先，針對圍巖變形特征與支護需求，優(yōu)化液壓支架的工作阻力和支護密度等關鍵參數(shù)至關重要。通過合理設置支架工作阻力，使其與圍巖的受力狀態(tài)相適應，既能有效控制頂板下沉，又能避免支架超載。同時，根據(jù)煤層賦存條件和采動應力分布規(guī)律，適當調(diào)整支護密度，在保證支護可靠性的同時，提高回采工效。其次，創(chuàng)新支護手段也是提升支護效果的重要途徑。綜合應用高強錨桿、錨索以及單體液壓支柱等先進支護元件，形成聯(lián)合支護方式，能夠顯著增強支護體系的整體性能。高強錨桿具有較大的抗拉強度和延性，能夠有效約束圍巖變形。錨索具有較長的錨固長度，能夠加固深部圍巖，抑制分層冒落。單體液壓支柱能夠給予支架額外的支撐力，補償采動應力的影響。多種支護元件優(yōu)勢互補，構(gòu)建起高可靠性、強適應性的立體支護體系，為保障綜放工作面安全提供堅實屏障[3]。

（三）開發(fā)環(huán)保型充填材料

為降低充填開采成本，應大力開發(fā)基于礦井廢棄物的環(huán)保型充填材料。如采用電廠粉煤灰、選煤廠煤泥、洗煤廢水等工業(yè)廢渣，通過化學活化、高溫燒結(jié)等改性處理，制備具有高強度、早期強度高、微膨脹特性的復合膠凝材料，部分可替代水泥用于采空區(qū)充填，在降低成本的同時實現(xiàn)固廢資源化利用。針對充填體易產(chǎn)生收縮裂縫、導致失穩(wěn)等問題，可在其中摻入聚丙烯纖維、鋼纖維、玄武巖纖維等高性能增強材料，通過纖維橋聯(lián)、抗裂機理，顯著提高充填體抗拉強度、斷裂韌性及抗剪切性能，大幅改善其工程力學性能。在充填工藝方面，可采用分段充填法，嚴格控制單層充填體厚度，保證充填體成型質(zhì)量。并根據(jù)充填區(qū)圍巖應力應變監(jiān)測結(jié)果，及時優(yōu)化充填體配比、充填速度及充填順序等工藝參數(shù)，確保充填區(qū)長期穩(wěn)定。

四、結(jié)束語

綜上所述，中厚煤層是未來煤炭資源的主要開采對象，大力推廣中厚煤層綜放開采工藝是必然趨勢。要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)成果，著力攻克復雜地質(zhì)條件、瓦斯治理、智能化系統(tǒng)集成等技術(shù)難題，不斷完善綜放開采裝備與支護技術(shù)，開發(fā)環(huán)保型充填材料，健全標準規(guī)范體系，全面提升中厚煤層綜放開采的安全性、效率與智能化水平，為煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供強有力的技術(shù)支撐。能

參考文獻：

[1]張濤。新形勢下煤礦開采中采煤技術(shù)的應用[J].能源與節(jié)能，2024，（08）：159-161.

[2]李偉。新形勢下煤礦開采中采煤技術(shù)的應用探討[J].能源與節(jié)能，2023，（07）：210-212.

[3]徐磊。新形勢下煤礦開采中的采煤技術(shù)質(zhì)量研究[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2021，41（14）：184-185.作者單位：山東能源棗礦集團田陳煤礦