井下采煤技術及采煤工藝選擇分析

（山西省古交市鎮城底礦 山西 030203）

在我國工業不斷發展的大背景下，各行各業對煤炭資源的需求量也在逐漸上升，為了實現更多煤炭資源的有效開采，就要做好井下采煤作業。但井下采煤作業具有很明顯的特殊性，在作業過程中，存在著很多影響作業安全和作業效率的因素。對此，作為煤礦企業，必須根據自身的實際情況，從種類繁多的采煤技術和采煤工藝當中，選擇最為合適的技術和工藝，實現自身的發展進步。

1.井下采煤的特點和分析

井下采煤與露天煤礦開采有著很大的區別，具有很高的特殊性。由于井下采煤環境復雜，存在著諸如瓦斯等大量不穩定因素，對采煤技術和工藝有著很高的要求，一旦發生疏忽，很容易引發安全風險，同時，井下采煤的效率也相對較低。為了確保井下采煤工作的安全，必須通過對采礦技術的深度應用[1]。由于我國各地的地理環境之間存在著明顯的差異，各地煤礦的井下環境也自然存在很大的差異，必須根據實際情況，因地制宜，來選擇采礦技術。對于部分煤礦而言，常規開采方式容易引發地質沉降等問題，除此之外，一些老礦區由于煤炭資源已經趨于枯竭，使得礦區開采需要更高的成本。整體而言，合適的開采技術、完善的開采設備和配套工藝，都是確保井下采煤作業安全有序進行的關鍵因素。

2.現階段井下采煤技術及工藝選擇

(1)爆破采煤技術及其工藝選擇

爆破采煤技術在國內的井下煤炭資源開采中，應用較為廣泛，且應用頻率也相對較高。這種技術的發展時間較長，可追溯到新中國成立初期。在近七十年的發展中，這項技術也得以不斷優化改進。在這項技術的應用中，應當按照以下幾個步驟進行：

①爆破落煤。首先，工作人員要對炮眼布置方式、炮眼角度和炮眼深度進行合理的選擇，具體來看，需要根據巖層厚度選擇炮眼布置方式，根據進尺確定炮眼深度；其次，要根據實際情況選擇恰當的鉆眼設備、炸藥種類和裝藥量；最后，要對上述的準備工作進行勘查檢驗，確保所有安排合理，方可進行爆破工作。除此之外，要注意工作面的平直，防止支柱和頂板在爆破中受到損壞，以確保后續工作能夠安全開展。

②裝煤。在這一作業環節中，工作人員首先要檢查臨時支護工作，以確保采煤人員的安全。準備工作完成后，要合理安排裝煤方式，應當以機械裝煤方式為主，只有當存在較多的散落煤塊的時候，才可適當安排人工裝煤。

③機械化運煤。在這一環節中，企業可合理選擇自溜運輸和機械運輸兩種方式，兩種方式的選擇，通常以炮采面傾角25度為臨界點，傾角大于等于25度則更適合采用自溜運輸方式，反之則選擇機械運輸方式。目前來看，機械運輸方式在國內煤炭行業中應用更為廣泛。在這種運輸方式的應用過程中，應當安裝一定數量的擋板，避免煤塊在運輸過程中大量掉落[2]。

④工作面支護。為確保井下采煤作業的安全，防止出現塌陷等問題，對采空區和工作面的安全防護工作是必不可少的。煤礦企業可通過設置木頂柱和單體支柱等支護工具，對工作面進行頂板支護，同時，通過垮落法和充填法等進行回柱放頂，為井下采煤作業留出充足的空間。

雖然爆破采煤技術有著成本低和操作簡單的優勢，但由于需要使用大量炸藥，因此安全隱患頗多，并且由于需要使用大量人力，因此人力成本居高不下。由此可見，爆破采煤技術的應用范圍應當受到限制，只有在常規工藝無法進行機械化作業的區域，方可采用該項技術進行井下采煤作業。

(2)普通機械化采煤技術及其工藝選擇

普通機械化采煤技術也是一項較為傳統的采煤技術，始于20世紀60年代初，目前也有著較為廣泛的應用。這項采煤技術與爆破采煤技術相比，其工藝流程較為類似，其不同之處在于，普通機械化采煤技術的落煤和裝煤工作是實時同步進行的，并需要借助單滾筒采煤機。由于使用普通機械化采煤技術進行井下采煤時，需要使用采煤機進行割煤作業，并采用單體支柱模式進行支護，因此，這種采煤技術需要耗費較多的人力物力，且煤礦開采與收集的效率均較低，容易導致煤炭資源的浪費，不符合當前的環保節約與可持續發展的理念。

盡管普通機械化采煤技術相對較為落后，但一些中小型煤礦企業仍大量選用此種技術，因為這種采煤技術具有以下幾點優勢：第一，成本投入相對較低，由于所使用的采煤設備價格均較低，因此煤礦企業的前期投入相對較低，可以迅速開始進行井下采煤作業；第二，適應能力較強，無論何種工作面，都可有效進行井下采煤工作，而不需要進行過多的煤層檢驗工作；第三，工藝操作流程簡單，這些采煤設備對于操作人員的專業能力不需要過高的要求，只需對現有的工人進行短期培訓，這些工人即可輕松掌握采煤設備的操作要領，使得井下采煤工作的進度大大加快。整體來看，普通機械化采煤技術更適用于一些基礎條件相對較差的中小型采煤企業，或是面臨復雜工作面的采煤企業。

(3)綜合機械化采煤技術及其工藝選擇

近年來，各種新興的井下采煤技術不斷涌現，綜合機械化采煤技術就是其中具有代表性的一種井下采煤技術。這種技術與傳統的井下采煤技術相比，各個環節均實現了機械化運行：通過滾筒式采煤機和刨煤機進行落煤環節作業；通過刮板輸送機，對開采到的煤炭資源進行運輸，這種刮板輸送機與采煤機之間能夠進行有效配合，使得井下采煤的效率更為提高；同時，通過相應的機械設備，煤礦企業可以根據實際需要，靈活選用及時支護或是延時支護兩種方式。

與以往的爆破采煤技術和普通機械化采煤技術相比，綜合機械化采煤技術具有較高的自動化程度和較強的綜合性。這種技術具有以下兩方面的優勢，一方面，由于該技術基本實現了機械化，因此很多崗位不需要操作人員的參與，施工人員的安全得以保障，有效提高井下采煤作業的安全性；另一方面，由于綜合機械化采煤技術效率高、能耗低，因此這項技術在一部分煤礦企業中也得到有效應用。但需要注意的是，由于這項技術需要大量的機械化設備，因此在前期需要較高的資金投入，很多企業無法負擔。因此，這項技術目前的應用范圍仍較小，僅在一些規模較大且技術水平較高的煤礦企業中得以應用。

3.提高井下采煤技術水平的有效策略

（1）加強地質勘探。煤層中的斷層、陷落柱和褶皺等地質構造都會給煤礦采煤技術和工藝的應用帶來明顯的影響和問題，為此，加強地質勘探，以降低地質條件的不確定性所帶來的影響，成為井下采煤工作準備階段的重要環節之一。過去的勘探方法，所獲得的數據相對較為粗糙，特別是對于落差小于2m的斷層，通常無法進行有效的勘探。對此，要采用物探和鉆探相結合的方式，對煤層的地質結構進行系統而全面的勘探，重點是對一些小型斷層情況進行勘探，因為這些小斷層往往存在著瓦斯突出和突水等安全隱患問題。與此同時，在分析和處理勘查數據的過程中，要對一些異常和出現錯誤的數據予以重視，如單次勘探未能達到預期效果，則需要進行多次勘探，以查明具體情況。

（2）強化瓦斯抽采。由于地質條件的原因，很多煤礦的透氣性較差，導致礦井內的瓦斯含量偏高，給井下采煤的安全性造成很大影響。對此，必須采取相應措施，以確保煤層中的瓦斯能夠得到有效的抽采。一般螺絲，煤層的硬度決定著如何選擇瓦斯抽采措施。如煤層硬度較高，則可采用水力壓裂、深孔爆破、超臨界CO2壓裂、液氮壓裂和水力沖孔等措施；如煤層硬度相對較軟，則只能采用抽采鉆孔下套管和大直徑高位鉆孔抽采等措施。除此之外，需要注意的是，煤層中的瓦斯在常規條件下，解吸速度相對較慢，必須采用一些措施促進其解吸過程。可通過注入表面活性劑、N2或CO2的方式來促進瓦斯解吸。這些方法的原理不同，表面活性劑主要是通過增強瓦斯的活性來促進解吸，而N2和CO2則是利用其吸附煤的能力更強來迫使瓦斯解吸。

（3）提升巷道快速掘進能力。目前，巷道掘進速度的發展面臨瓶頸，限制了井下采煤的效率，因此，如何加快巷道掘進，稱為值得研究的問題。其關鍵在于，要提高掘進過程中的破巖速度和巷道支護速度，同時也要考慮地質條件的安全性。具體來看，為了進一步提高巷道掘進的速度，首先，要通過勘查，詳細了解開采區域的地質情況，并采取措施，確保礦井中的瓦斯含量低于臨界值，將瓦斯事故的隱患降到最低；其次，要采用先進的掘進工藝，這并不僅僅是選用高技術水平的掘進設備，更重要的是，必須銜接好掘進工作的各項流程；最后，要針對巖巷掘進效率低這一特點，避免長時間頻繁在巖巷中掘進，而是要盡量提高煤巷的掘進量，可通過運用連續采煤機和錨桿機的方式，來提升掘進能力。

（4）加強互聯網技術的應用。為確保井下采煤作業具有更高的效率和更高的安全性，實施有效的監控措施是一個重要途徑。對此，可建立煤礦安全物聯網監控系統，通過無線語音、無線數據和無線視頻等信息傳輸方式，對礦井內的設備工況、人員位置、機車位置以及煤層的地質條件變化等要素進行實時監測。與此同時，礦井內的數據信息在傳入服務器后，能夠與礦井外部管理機構的信息之間進行共享，進而實現了整個系統中信息的有效分析處理和應用。整體來看，互聯網技術在井下采煤作業中的有效應用，加強了煤礦企業各部門之間的有效溝通，確保開采過程的順利進行，同時也使得開采過程的安全性顯著提升。

4.結束語

對于煤礦企業而言，井下采煤技術及采煤工藝的進步，直接決定著煤礦企業的發展進步。為此，煤礦企業要根據自身所面臨的實際情況，合理選擇采煤技術和采煤工藝，以確保煤礦開采作業的高效率和安全。同時，相關技術人員在實踐中也要對現有的技術和工藝進行優化和創新，確保井下采煤技術更好應用，為企業創造更好經濟效益。