采礦工程中的現代化采礦工藝技術

劉斌

華晉焦煤有限責任公司 山西呂梁 033300

采礦作業存在著較高的危險系數，稍有不慎極易導致安全隱患的發生，為保障采礦作業安全、高效進行，應用高科技采礦工藝技術具有重要的現實意義。針對全球能源危機的進一步加劇，節能、環保的理念已經滲透入各行業中，節能、環保方面的問題已經成為人們日常所關注和熱議的焦點。

1 現代化采礦工藝方法介紹

當前，礦產資源數量日益減少，采礦難度越來越大，所以需要利用現代化新科技科學提高采礦效率，這是許多礦產開發企業最緊迫的要求。但采礦條件的持續改變也影響到周圍自然環境與采礦效率，所以結合不同采礦階段和采礦條件要調換開采技術，例如采取采油填水方法，油、天然氣脫離工藝等。我國現有的礦產形式主要包括礦石、油與煤炭等，因為中國領土很大，所以資源儲量較多，但布局不均，因此國內礦產單位布局也不均勻。礦產資源大都埋藏于地底，所以有較強的隱蔽性，有的資源必須借助最先進的探測方法才能夠發現。整體而言，國內的礦產資源西多東少，所以不同地方的工業發展局面都較為固定。由于資源布局不能改變，因此工業發展促使不同地方的礦產資源需要采取不同的采礦工藝，若財務相同的辦法會影響工業地區。不同的工業過程所要的開采方法也不一樣，所以開采礦產資源時需要根據不同的區域條件與自然條件，因地制宜選擇合適的采礦技術。

2 分析采礦技術具備的基本特征

首先，具備針對性。根據多年實踐，我國具備了豐富的采礦技術。企業可以根據礦區特征，合理選擇最合適、最安全開采方式。其次，具備復雜性特征。在進行采礦工程中，由于采礦環境比較復雜，然而采礦工藝有很多要求，導致應用采礦技術過程中具備了復雜性特征。同時，存在風險性特征，在開展采礦工程中，工作人員應用和中采礦技術，在實際應用時都會存在不同程度風險。一旦工作人員應用技術不當或者是選擇采礦技術不當時，很可能發生采礦安全事故情況。此外，具備了精細化特征。為更好的順應新形勢下市場經濟發展相關需求，使采礦技術呈現著精細化特征。

3 煤礦采礦工藝技術的應用現狀

在采礦工作中，采礦工藝技術水平不僅直接影響礦產的開采效率，還直接影響著礦產開采的安生性，更與采礦工程的發展緊密相關。從當前采礦工程應用的各項工藝技術來看，采礦工程想要快速發展發展依然存在著諸多困難。一是探礦技術較落后，無法精準定位、探測礦產資源，影響后續礦產的開采工作；二是在開采過程中，人工開采占比較高，機械化程度低，難以達到精細化開采；三是開采技術存在局限，既不利于礦資源的二次開采，也不利于生態環境的保護。

安全生產是任何行業都必須遵守的生存法則，企業只有保證安全生產才能穩定發展。然而，采礦工程現主要面臨兩方面的安全問題。一是采礦作業人員運輸普遍要通過礦井和巷道，運輸過程中，無論是礦井滲水還是巷道坍塌都會嚴重威脅作業人員的生命安全；另一方面井下作業空間都相對較小，通風條件較差，若出現火災等安全生產事故，將嚴重影響作業人員的生命安全。

4 現代化采礦工藝技術分析

4.1 連續采煤機工藝

通過實際的調查發現，在我國大部分的煤礦井下開采過程當中使用的最為廣泛的就是這種連續采煤機工藝，這種工藝不僅成本比較低，而且在實際的應用過程當中往往具有較高的安全性。不過這種工藝也有著一定的缺陷存在，如果煤礦井下的通風條件較差，安全性較低，這樣就會給煤礦的相關安全管理工作帶來很大的困難。除此之外，開采單位在對這種采煤工藝進行應用的時候還要保證煤質的硬度在硬或者中硬之間，煤層的傾斜角不能超過15°。在選擇采煤工藝的時候首先要對開采煤礦進行全方位的了解，對煤層類型和煤質硬度進行充分的分析，結合實際的情況來選擇合適的采煤工藝，這樣才能保證選擇的采煤工藝效果可以充分的發揮出來，對采煤工作起到一定的促進作用。

4.2 傾斜長壁方法

長臂煤礦開采方法，在一些比較特殊的地理環境下應用效果非常明顯。依照煤礦開采的現場狀況，將長臂采煤設備直接投入開采工作中，在開采工作環境允許的基礎之上，依照實際的開采工作環境，制定出煤礦開采的傾斜角度，并且對其進行嚴格的計算和分析，以此為基礎對傾斜長壁煤礦開采方法進行進一步設計，相關設計工作人員需要對傾斜長壁開采的具體作業方法，以及在開采工作中對空間環境的要求進行全面的了解。具體如圖1所示，在針對斜柱的設計工作中，必須要對開采工作中斜坡的傾角進行準確的計算，這樣才可以對采煤方向所產生的分力作用進行有效的控制，同時依照煤礦井下的巖石層分布狀況，對煤礦采空區域來進行有效的監測，充分保證礦井內部的協助，可對整個煤礦開采工作產生有效的拉力作用，有效提高煤礦開采工作的安全性和穩定性[1]。

圖1 傾斜長臂法工作示意圖

4.3 填充采礦

采礦工程施工的過程中，會出現采空區域，因此需要積極采取有效措施對采空區域進行科學管理，經常使用的處理方法為回填法，使地表下沉問題得到有效的避免，為后續采礦工程的順利施工奠定堅實的基礎。填充采礦技術在實際應用時，對于填充面來說，礦產資源被開采以后，其所承受的壓力會急劇增加，需要采取一定的措施進行處理。支架架設時，需要使用填充物對地下壓力進行一定程度的緩解，從而使地表沉降問題得到有效的處理，使圍巖崩落而導致的危險事故發生的幾率得到降低，使安全生產得到真正的實現。在填充采礦技術得到科學合理的使用以后，安全采礦的目的得到了真正的實現，填充采礦技術使用早期，所有的填充物全部都是就地取材，使用礦產資源開采后的廢棄物來進行回填，使廢棄物處理的成本得到有效的節約，但是這種方法的安全性不高，質量也得不到保證。隨著科學技術的不斷發展和進步，膠狀填充物應運而生，使得回填的安全性和穩定性得到了顯著的提高。

4.4 綜合機械化采煤工藝

所謂的綜合機械化采煤工藝，簡單的來說就是在進行破煤、裝運煤頂板支護等所有的工藝流程當中進行機械化的方式施工，這樣不僅能夠讓煤礦井下采煤工作保持高效連續的進行，這種采煤工藝在使用過程當中工作量是比較少的。為了能夠讓綜合機械化采煤工藝的效果充分的發揮出來，施工人員首先就要將破煤和裝煤的兩種割煤工序完成，對刨煤機、滾筒式采煤機等相關采煤設備進行充分的應用，這些先進的采煤設備可以將采煤工作的效率和質量進行大幅度的提高，刮板在運出原煤的過程當中是十分重要的一個工具，可以為后期的井下采煤工作起到良好的促進作用。綜合機械化采煤工藝在實際的應用過程當中往往會涉及到很多的機械設備，如果煤礦井下工作面的面積較小，各個工序實際開展的時候就會比較緊密，某個開采工序出現問題就會導致整個開采工作效率受到或大或小的影響。開采單位就要對相關的開采機械設備進行有效的管理工作，對整體布局和工序進行安排，在后期還要對機械設備進行有效的養護工作，從而才能夠將綜合機械化采煤工藝的效果充分的發揮出來[2]。

5 現代化采礦工藝技術在采礦工程中的具體應用

5.1 工程概況

以某采礦工程為例，該采煤帶沿西南方向布置、斜坡傾斜角為50°，采煤帶長4km、南北向寬2km。工程計劃采用薄礦體深孔采礦法，在采礦作業前通過現場勘查掌握礦體的實際情況與參數，利用技術手段完成礦體三維模型的建立，借此有效提升開采作業效率、安全性與回收率，降低礦石貧化率[3]。

5.2 智能化集控系統在采煤工作面的應用

這種采礦新技術在實際應用中主要有自動運行和人工操作2種模式，現場作業通常使用的是后面一種，即以人工操作為主。設備在工作面運行方式方面存在的不足，主要體現在施工現場的應用上，與控制臺的集控系統間易產生互鎖現象，兩者間相互矛盾，集控系統在現場操作時會出現自動封閉現象，有就地優先的規律性。在具體操作過程中，如果控制臺集控系統顯示為閉鎖狀態，采煤機和三機等巡視人員就無法正常開展相關作業流程。但支架控制系統不會出現這種情況，在集控系統自動運行狀態下，支架巡視工可通過人為干預來實現作業操控。集控系統工可根據姿態檢測和視頻監控等系統的反饋情況，決定初始采煤工藝段及其限速值，讓系統處于自動運行狀態，并啟動自動采煤作業程序。

5.3 構建自動化監控平臺

健全煤礦開采設備自動化系統，科學搭建自動化監控平臺，必須著重優化煤礦開采設備運行監控平臺搭建技術路線，完善平臺功能。從宏觀層次來分析，設計完整的自動化監控平臺技術路線，首先要分別設計煤礦開采設備自動化控制系統、智能化監控網絡與數據決策支持系統，處理好這三者的銜接關系。自動化控制系統屬于前饋系統，是決策支持系統的智能化升級。此外，決策支持系統組合模塊與功能包括構建大數據庫、收集和分析數據信息、數據倉儲挖掘、異常預報預警、工藝模擬優化和故障診斷與修復。最終，自動化控制系統會將反饋數據一并輸入智能化監控網絡之中。而且，智能化監控網絡應具備兼容性與獨立性，這樣方能實現不同監控信息的同步訪問。再次，煤礦開采設備自動化監控平臺須包括自動運行功能、煤礦開采處理過程管控功能、工況優化功能、信息挖掘功能、異常感知功能和故障修復功能。

5.4 視頻監控技術

綜采工作面視頻監控系統由工業以太網環和網絡攝像機組成。攝像機使用低照度增強紅外成像技術。最低照度是只有0.001勒克斯，分辨率可以達到570ppi——線高清圖片的效果，實現工作面總長度的煤壁側非盲區域視頻監控和生產站點的觀測。為了保證視頻質量，設計了攝像機防塵裝置，利用壓縮空氣在攝像機防護玻璃前形成空氣幕屏障，阻隔防護玻璃和污染。同時，攝像機保護玻璃前的壓縮空氣形成正壓區，使空氣繼續流向前方。進一步分散在前面的粉塵顆粒和水滴可以滿足防塵的需要，特別是在高粉塵環境中。它能保證攝像機鏡頭不受污染。

6 現代化采礦工藝技術的發展前景

6.1 機械化開采技術

露天煤礦開采和地下開采是機械化開采技術的兩種主要方式。露開開采顧名思義就是開采地殼表層的礦產資源，露天開采的前必須利用崩落采礦類工藝技術將覆蓋在礦產表面的巖石崩落或分離開，再利用機械化開采技術按照從上往下，從外向內的順序完成采礦作業。此技術既能盡可能減礦產的損失，又能降低開采成本，還能提高采礦作業的安全系數，相對地下開采，優勢明顯。而采用地下開采的礦體，通常情況下礦體厚度較薄，埋藏較深，開采難度較大，開采成本相對較高，因此開采收益也相對較底。

6.2 無廢開采技術

在進行采礦的時候，需要科學的處理爆破方式和搬運情況，從而其經濟收益得到不斷地提高，同時投入的財力和物力也會隨著增加，給整體工作效率造成嚴重的影響。廢石處理受到了人們的普遍關注，從安全的角度出發，通過對采掘工序的合理設置，使地下礦山無廢開采技術得到優化和升級?？茖W的設置工藝技術流程，使所有的廢棄物得到及時的處理，同時做好環境保護工作。

7 結語

采礦工藝技術還在不斷地豐富和發展，采礦工程促進了我國經濟的發展，使我國礦產資源得到了更好的開發和利用，采用現代化技術和設備有效地改善了以前開采工藝中的不足之處。引進新的管理技術能夠更好的促進企業的發展。礦產工程的進行也要朝著綠色生產發展，這樣才符合社會的發展要求，從而提高礦產開發的經濟效益。