淺談煤礦開采技術(shù)的發(fā)展方向

張澤

摘 要： 煤炭是工業(yè)的糧食，煤炭工業(yè)發(fā)展的快慢直接關(guān)系到國計(jì)民生。然而，采煤方法是煤炭工業(yè)的關(guān)鍵工藝技術(shù)，是建設(shè)現(xiàn)代化礦井的基礎(chǔ)，所以煤炭開采技術(shù)的不斷改革以及探索就成為了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然要求，也是煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。本文闡述了我國煤礦開采應(yīng)重點(diǎn)研究的7個(gè)技術(shù)領(lǐng)域：采煤方法和工藝，深礦井開采，“三下”采煤，減少矸石排放的開采技術(shù)，圍巖控制技術(shù)，小煤礦技術(shù)改造和機(jī)械化開采技術(shù)以及地下氣化技術(shù)。

關(guān)鍵詞： 煤礦開采;開采技術(shù);發(fā)展方向

在當(dāng)今科技經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新形勢下，煤炭開采技術(shù)的研究需立足于煤炭開采技術(shù)的前沿，立足于中國煤炭發(fā)展戰(zhàn)略所必要的技術(shù)儲備，立足于煤炭工業(yè)中長期發(fā)展戰(zhàn)略所必須的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，發(fā)展機(jī)械化、自動化、工藝操作控制程序化，從而達(dá)到安全、高產(chǎn)、高效、資源損失少的目的，并努力達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。

1.采煤方法和工藝

采煤方法和工藝的進(jìn)步與完善始終都是采礦學(xué)科發(fā)展的主題與核心。采煤工藝的發(fā)展將帶動煤礦開采各環(huán)節(jié)的變革，現(xiàn)代采煤工藝正在向高產(chǎn)、高效、高安全性和高可靠性方向發(fā)展，提高單產(chǎn)和機(jī)械化水平，基本途徑是使采煤技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合，研制并使用高效、耐用、智能化的設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)，改進(jìn)及完善采煤工藝在發(fā)展現(xiàn)代采煤工藝的同時(shí)，改進(jìn)多層次、多樣化的采煤工藝，通過學(xué)科總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建立我國系統(tǒng)的采煤工藝?yán)碚摗?/p>

（1）開發(fā)煤礦高效集約化生產(chǎn)技術(shù)、建設(shè)生產(chǎn)高度集中、高可靠性的高產(chǎn)高效礦井開采技術(shù)。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Ｎ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。

（2）開發(fā)“淺埋深、硬頂板、硬煤層高產(chǎn)高效現(xiàn)代開采成套技術(shù)”，主要解決以下技術(shù)難題。

硬頂板控制技術(shù)，研究埋深淺、地壓小的硬厚頂板控制技術(shù)，主要通過巖層定向水力壓裂、傾斜深孔爆破等頂板快速處理技術(shù)，使直接頂能隨采隨冒，提高頂煤回收率，且基本 頂能按一定步距垮落，既有利于頂煤破碎，又保證工作面的安全生產(chǎn)。

硬厚頂煤控制技術(shù)，研究開發(fā)埋深淺、支承壓力小條件硬厚頂煤的快速處理技術(shù)，包括高壓注水壓裂技術(shù)和頂煤深孔預(yù)爆破處理技術(shù)，使頂煤體能隨采隨冒，提高其回收率。

兩硬條件下放頂煤開采快速推進(jìn)技術(shù)，研究合適的綜放開采回采工藝，優(yōu)化工序，縮短放煤時(shí)間，提高工作面的推進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。

（3）緩傾斜薄煤層長壁開采。主要研究開發(fā)：體積小、功率大、高可靠性的薄煤層采煤機(jī) 、刨煤機(jī);研制適合刨煤機(jī)綜采的液壓支架;研究開發(fā)薄煤層工作面的總體配套技術(shù)和高效開采技術(shù)。

（4）緩傾斜厚煤層一次采全厚大采高長壁綜采。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)完善支架結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度，加強(qiáng)支架防倒、防滑、防止頂梁焊縫開裂和四連桿變形、防止嚴(yán)重?fù)p壞千斤頂措施等的研究，提高支架的可靠性，縮小其與中厚煤層（采高3m左右）高產(chǎn)高效指標(biāo)的差距。

（5）各種綜采高產(chǎn)高效綜采設(shè)備保障系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，就要提高開機(jī)率，對“支架-圍巖”系統(tǒng)、采運(yùn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。今后研究的重點(diǎn)是：通過電液控制閥組操縱支架和改善 “支架-圍巖”系統(tǒng)控制，進(jìn)一步完善液壓信息、支架位態(tài)、頂板狀態(tài)、支護(hù)質(zhì)量信息的自 動采集系統(tǒng);乳化液泵站及液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的檢測診斷;采煤機(jī)在線與離線相結(jié)合的“油 -磨屑”監(jiān)測和溫度、電信號的監(jiān)測;帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)全面狀態(tài)監(jiān)控。

2.深礦井開采技術(shù)

深礦井開采的關(guān)鍵技術(shù)是：煤層開采的礦壓控制、沖擊地壓防治、瓦斯和熱害治理及深井通風(fēng)、井巷布置等;需要攻關(guān)研究的是：深井圍巖狀態(tài)和應(yīng)力場及分布狀態(tài)的特征;深井作業(yè)場所工作環(huán)境的變化;深井巷道（特別是軟巖巷道）快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)與裝備;深井沖擊地壓防治技術(shù)與監(jiān)測監(jiān)控技術(shù);深礦井高產(chǎn)高效開采有關(guān)配套技術(shù);深礦井開采熱害治理技術(shù)與裝備。

3.“三下”采煤技術(shù)

提高數(shù)值模擬計(jì)算和相似材料模擬等，深入研究開采上覆巖層運(yùn)動和地表沉陷規(guī)律，研究滿足地表、建筑物、地下水資源保護(hù)需要的合理的開采系統(tǒng)和優(yōu)化參數(shù)，發(fā)展沉降控制理論和關(guān)鍵技術(shù)，包括用地表廢料向垮落法工作面采空區(qū)充填的系統(tǒng);研究與應(yīng)用各種充填技術(shù)和組合充填技術(shù)，村莊房屋加固改造重建技術(shù)，適于村莊保護(hù)的開采技術(shù);研究近水體開采的開采設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)優(yōu)化和裝備，提出煤炭開采與煤礦城市和諧統(tǒng)一的開采沉陷控制、開采村莊下壓煤、土地復(fù)墾和礦井水資源化等關(guān)鍵技術(shù)。

4.優(yōu)化巷道布置，減少矸石排放的開采技術(shù)

改進(jìn)、完善現(xiàn)有采煤方法和開采布置，以實(shí)現(xiàn)開采效益最大化為目標(biāo)，研究開發(fā)煤礦地質(zhì)條件開采巷道布置及工藝技術(shù)評價(jià)體系專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開采方法、開采布置與煤層地質(zhì)條件 的最優(yōu)匹配。

5采場圍巖控制技術(shù)

（1）進(jìn)一步完善采場圍巖控制理論。以科學(xué)合理、優(yōu)化高效的巖層控制技術(shù)來保證開采活動的安全、高效、低成本為目標(biāo)，深入總結(jié)我國幾十年的礦山壓力研究成果，以理論分析、現(xiàn)代數(shù)學(xué)力學(xué)和安測法相結(jié)合運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，深入研究各種煤層地質(zhì)及開采條件，如急傾斜、大采高、大采深采場礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律及圍巖破壞與平衡機(jī)理，不斷完善采場圍巖技術(shù)。

（2）研究堅(jiān)硬頂板與破碎頂板條件下應(yīng)用高技術(shù)低成本巖層控制技術(shù)。

（3）放頂煤開采巖層和支架—圍巖相互作用機(jī)理。運(yùn)用離散元等方法研究頂煤放落規(guī)律，提出放煤優(yōu)化準(zhǔn)則和提高頂煤回收率的途徑。

（4）支護(hù)質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測技術(shù)。在總結(jié)緩傾斜中厚長壁工作面開展支護(hù)質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測方面，應(yīng)進(jìn)一步在堅(jiān)硬頂板、破碎頂板、急傾斜、放頂煤工作面開展支護(hù)質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測，同時(shí)不斷完善現(xiàn)有的檢測技術(shù)。

（5）沖擊低壓的預(yù)測和防治。通過計(jì)算機(jī)模擬研究沖擊性礦壓顯現(xiàn)發(fā)生的機(jī)理;進(jìn)一步完善沖擊性礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)展遙控測量和預(yù)報(bào)技術(shù)。

（6）研究開發(fā)新型的支護(hù)設(shè)備。研究硬煤層、硬頂版放頂煤液壓支架，完善液壓支架性能和快速移架系統(tǒng)，開發(fā)耐炮崩、輕型化單體液壓支柱和厚煤層巷道錨索和可伸縮錨桿。

6.小煤礦技術(shù)改造和機(jī)械化開采技術(shù)

實(shí)施國家關(guān)閉小煤礦，淘汰落后生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備，提高平均單井規(guī)模的技術(shù)政策，開發(fā)小型煤礦機(jī)械化、半機(jī)械化開采技術(shù)和裝備，改進(jìn)小煤礦的采煤方法和開采工藝，提高采煤 工作面的單產(chǎn)和工效;提高小煤礦的頂?shù)装蹇刂萍夹g(shù)水平，最大限度地減少頂?shù)装迨鹿事省?/p>

7.煤炭地下氣化技術(shù)

煤炭地下氣化技術(shù)是將處于地下的煤炭進(jìn)行有控制的燃燒，通過對煤的熱化學(xué)作用而產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過程。煤炭地下氣化技術(shù)屬于一種特殊的采煤方法，它屬國際首創(chuàng)。煤炭地下氣化技術(shù)具有投資少、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)重的具體國情，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。應(yīng)繼續(xù)研究完善“長通道、大斷面、兩階段”和“礦井 式氣化”兩種典型煤炭地下氣化工藝，進(jìn)行較大規(guī)模的地下氣化試驗(yàn)研究，摸索實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)控制、三個(gè)穩(wěn)定”的技術(shù)途徑，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)探索應(yīng)用的途徑。

參考文獻(xiàn)

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