淺談煤炭開采方法和開采工藝

姚文清　于鵬波

摘 要：在我國，煤炭資源分布不均勻、地質(zhì)條件復(fù)雜的特殊性決定了煤炭開采的困難。目前，我國的煤炭企業(yè)正在由勞動(dòng)密集型轉(zhuǎn)向資本及技術(shù)高密集型，實(shí)現(xiàn)了日產(chǎn)超萬噸的超大型綜合機(jī)械化采煤，在實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)工藝綜合機(jī)械化的基礎(chǔ)上，向遙控、自動(dòng)化、無人化方向發(fā)展，為采煤自動(dòng)化開辟了新的途徑。

關(guān)鍵詞：煤炭 開采 方法 工藝

[JP2]根據(jù)聯(lián)合國《礦產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》的數(shù)據(jù)，我國礦產(chǎn)資源當(dāng)中儲(chǔ)量最大的煤炭，可開采年限僅有50年左右。我國2012年一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭的比重分別為78.8%和69.1%，煤炭在當(dāng)前甚至是將來相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)仍將是我國的主體能源。隨著煤炭科技的發(fā)展，我國的煤炭開采也將不斷地向著安全、高效、高利用和綠色開采發(fā)展。我國已成為世界最大的自然資源開采國之一，提高采煤工藝、采用科學(xué)方法采煤，對(duì)于提高煤炭資源的利用效率將起到十分重要的作用。[JP]

目前，國際上煤炭開采技術(shù)裝備發(fā)展的主要技術(shù)特點(diǎn)是：新型電牽引采煤機(jī)總功率已達(dá)1500-2000kW，裝備了以微型電子計(jì)算機(jī)為核心的電控系統(tǒng)，采用先進(jìn)的信息處理技術(shù)和傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，牽引電機(jī)功率90-110kW，最大牽引力達(dá)到800kN以上，最大牽引速度達(dá)到30米/分以上，設(shè)備生產(chǎn)能力達(dá)到了3000噸/小時(shí)以上，采煤效率相當(dāng)可觀。對(duì)我國煤炭企業(yè)來講，企業(yè)多、分布地域廣，企業(yè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在多級(jí)、多專業(yè)的管理部門。煤炭產(chǎn)品在生產(chǎn)、銷售等過程中容易損耗；煤炭企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營中所需資金密集度大、所用物資種類繁多；煤炭企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)具有特殊要求，涉及面廣，技術(shù)性強(qiáng)。生產(chǎn)過程復(fù)雜，生產(chǎn)系統(tǒng)形式多樣，各系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)做、管理難度大。

采煤方法種類很多，總的劃分為：炮采技術(shù)在我國煤炭開采中最早得到應(yīng)用和普及，其施工方便、成本低，但是開采效率低下、安全系數(shù)差。機(jī)械化采煤在發(fā)達(dá)國家得到普遍應(yīng)用，而且采煤效率相當(dāng)高。隨著我國科技實(shí)力的漸漸提升，綜合機(jī)械化采煤得到了很好的發(fā)展，所謂綜合機(jī)械化采煤技術(shù)，即在整個(gè)采煤過程中機(jī)械化率達(dá)到95%以上。綜合機(jī)械化采煤過程中的機(jī)械通常包括液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和膠帶輸送機(jī)等，其中采煤機(jī)和液壓支架起著極其重要的作用。采煤工藝分柱式、壁式兩大類。這兩種不同類型的采煤方法，無論從采煤系統(tǒng)還是回采工藝多有很大的區(qū)別。

1.柱式采煤法的特點(diǎn)是煤壁短呈方柱形，同時(shí)開采的工作面數(shù)較多，采出的煤炭垂直于工作面方向運(yùn)出。壁式采煤法的特點(diǎn)是工作面的兩端巷道分別做為進(jìn)縫合回風(fēng)、運(yùn)煤和運(yùn)料用，采出的煤炭平行于煤壁方向運(yùn)出工作面，我國多采用壁式采煤法開采煤層。

2.壁式采煤法一般以長工作面采煤為其主要特征，產(chǎn)量約占我國國有重點(diǎn)煤礦的95℅以上。隨著煤層厚度及傾角的不同，開采技術(shù)和采煤方法會(huì)有所區(qū)別。對(duì)于薄及中厚煤層，一般都是按煤層全厚一次采出，即正層開采。對(duì)于厚煤層，可把它分為若干中等厚度進(jìn)行開采，即分層開采，也可以采用放頂煤整層開采。無論整層開采或分層開采，依據(jù)不同傾角，按采煤工作面推進(jìn)方向，又可分為走向長壁開采和傾斜長壁開采兩種類型。

3.采煤技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著資源的開發(fā)，開采深度的逐漸增加，由陸地向海洋延伸。目前，龍口礦區(qū)已成功實(shí)施了海下采煤，北皂煤礦海域H2303工作面開始回采，這標(biāo)志著我國海下采煤的第七個(gè)工作面正式投產(chǎn)。截至目前，北皂煤礦已累計(jì)開采海下煤炭突破500萬噸。隨著資源開采條件日益惡劣化，安全開采的形勢(shì)日趨嚴(yán)重；我國有的煤礦開采的深度已達(dá)到1000m，地下水、瓦斯、高地應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造是資源開采難度大大增加。因此說，自動(dòng)化、無人工作面開采是井下或危險(xiǎn)環(huán)境采礦的發(fā)展方向，也是保障工作面安全開采的有效途徑。當(dāng)然，大力推廣并實(shí)施煤炭地下氣化技術(shù)也是一種方向，煤炭地下氣化技術(shù)屬于一種特殊的采煤方法，具有投資少、安全、工期短、見效快、用人少、效率高、成本低、效益好等優(yōu)點(diǎn)。尤其適合我國煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜、劣質(zhì)煤比例高、“三下”壓煤嚴(yán)重的礦區(qū)。

在發(fā)展現(xiàn)代采煤工藝的同時(shí)，繼續(xù)發(fā)展多層次、多樣化的采煤工藝，建立具有中國特色的采煤方法和工藝是必然趨勢(shì)。（1）加大機(jī)械化開采水平，進(jìn)一步提高煤炭行業(yè)生產(chǎn)效率，不斷提高煤田地質(zhì)勘探精度及巷道掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)水平、提升煤礦綜采成套裝備水平，建設(shè)高產(chǎn)高效礦井。在薄及中厚煤層中推廣刨煤機(jī)、螺旋鉆采煤機(jī)等現(xiàn)代化手段，建設(shè)無人工作面。（2）加大礦井災(zāi)害治理力度提高防災(zāi)抗災(zāi)能力，不斷改進(jìn)煤礦瓦斯、火災(zāi)、水災(zāi)等治理技術(shù)與裝備水平提高災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能力。（3）深入研究深井開采技術(shù)進(jìn)一步研究深井開采過程中的“三高一擾動(dòng)”問題即高應(yīng)力、高地溫、高巖溶承壓水和強(qiáng)烈的開采擾動(dòng)。研究解決深井巷道與采場的支護(hù)、瓦斯突出、地溫異常等問題。（4）保護(hù)環(huán)境科學(xué)開采，進(jìn)一步研究“三下一上”開采難題，減小開采過程對(duì)地表的破壞程度，研究矸石利用、充填開采問題，解放“三下”壓煤，提高煤炭資源的回收率，研究保水開采、綠色開采、最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)開采。（5）深入雙能源開采技術(shù)，加快研究煤與煤層氣雙能源共采技術(shù)，不斷提升潔凈煤技術(shù)水平，加快發(fā)展煤炭資源的綜合加工利用。（6）重視井下熱能利用技術(shù)，加快研究井下熱能熱風(fēng)、熱水利用技術(shù)，變熱害為熱能，變井下降溫過程為熱能的提取過程，既改善了作業(yè)環(huán)境，又節(jié)約了能源，提高安全程度。

4.采煤方法和工藝的進(jìn)步和完善始終是采礦學(xué)科發(fā)展的主題。采煤工藝的發(fā)展將帶動(dòng)煤炭開采各環(huán)節(jié)的變革，現(xiàn)代采煤工藝的發(fā)展方向是高產(chǎn)、高效、高安全性和高可靠性，基本途徑是使采煤技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合，研究開發(fā)強(qiáng)力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤設(shè)備和生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，改進(jìn)和完善采煤工藝。在發(fā)展現(xiàn)代采煤工藝的同時(shí)，繼續(xù)發(fā)展多層次、多樣化的采煤工藝，建立具有中國特色的采煤工藝?yán)碚摗Ｄ壳埃覈L壁采煤方法已趨成熟，放頂煤采煤的應(yīng)用在不斷擴(kuò)展，應(yīng)用水平和理論研究的深度和廣度都在不斷提高，急傾斜、不穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等難采煤層采煤方法和工藝的研究有很大空間，主要方向是改善作業(yè)條件，提高單產(chǎn)和機(jī)械化水平，以提高工作面單產(chǎn)和生產(chǎn)集中化為核心，以提高效率和經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，研究開發(fā)各種條件下的高效能、高可靠性的采煤裝備和工藝，簡單、高效、可靠的生產(chǎn)系統(tǒng)和開采布置，生產(chǎn)過程監(jiān)控與科學(xué)管理等相互配套的成套開采技術(shù)，發(fā)展各種礦井煤層條件下的采煤機(jī)械化，進(jìn)一步改進(jìn)工藝和裝備，提高應(yīng)用水平和擴(kuò)大應(yīng)用范圍，提高采煤機(jī)械化的程度和水平。要大力推行機(jī)電一體化、自動(dòng)化開采技術(shù)，應(yīng)用電力電子驅(qū)動(dòng)、傳感檢測(cè)、計(jì)算機(jī)與自動(dòng)控制、機(jī)械—電氣一體化設(shè)計(jì)等技術(shù)研究開發(fā)，采用礦井網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)，為適應(yīng)高度集中化生產(chǎn)模式和生產(chǎn)管理模式，先進(jìn)采煤國家研制開發(fā)了礦井自動(dòng)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，在主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控，將監(jiān)測(cè)、控制、通信功能合成一網(wǎng)，做到安全監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋全礦井各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括現(xiàn)場監(jiān)測(cè)監(jiān)控層、生產(chǎn)與安全集中控制監(jiān)視層、信息管理層3個(gè)層次，對(duì)采煤工作面和礦井運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等設(shè)備和礦井瓦斯、煤塵等安全參數(shù)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和監(jiān)控。