煤礦采煤技術(shù)優(yōu)化及適用條件探究

＊段志旭

（晉能控股煤業(yè)集團挖金灣虎龍溝煤業(yè)公司 山西 038300）

引言

較為復(fù)雜的煤礦采煤技術(shù)需要充足的人力、機械設(shè)備和資金投入，同時離不開科學(xué)的開采技術(shù)。科學(xué)的開采技術(shù)不但能夠使資源回收率大大提高，還能有效提升煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益并將煤礦采煤環(huán)境惡劣的問題有效解決。在采煤期間應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際的環(huán)境狀況仔細考察地質(zhì)，將技術(shù)型難題解決后有針對性的選用合適的采煤工藝，才能確保采煤技術(shù)應(yīng)用的有效性。本文針對煤礦采煤技術(shù)優(yōu)化的措施及適用條件進行探究。

1.我國煤礦采煤存在的問題

某些中小煤礦企業(yè)為了節(jié)約成本往往會使用安全性能低且質(zhì)量差的開采設(shè)備，從而給煤礦開采作業(yè)帶來極大的安全隱患，并使開采人員時刻面臨著嚴重的生命威脅。雖然某些煤礦企業(yè)采用了新型的開采設(shè)備，但無法及時更新的開采技術(shù)面對先進的硬件和軟件設(shè)施無法應(yīng)用，導(dǎo)致企業(yè)依然處在落后狀態(tài)。

2.煤礦采煤技術(shù)的優(yōu)化措施

(1)地面技術(shù)

煤礦采煤期間所使用的地面技術(shù)是為了對采煤過程中可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害進行有效控制[1]，因此需要對危巖地面和建筑物給予有效的保護措施。使用該項技術(shù)時，應(yīng)當(dāng)先仔細分析煤礦礦區(qū)的實際地質(zhì)狀況，從而將可靠的參考數(shù)據(jù)提供給該技術(shù)應(yīng)用。

煤礦采掘期間礦區(qū)的建筑物極容易受到傾斜墻壁塌落和走向等問題的影響，而各種損害嚴重時甚至?xí)霈F(xiàn)滑坡和危巖崩塌情況，因此使用地面技術(shù)采煤時一定要嚴格按照礦區(qū)建筑構(gòu)造的特點給予有效的保護措施。如果建筑物存在明顯的風(fēng)化裂縫，磚混構(gòu)造的危巖長時間裸露在外，可以將圈梁或柱加設(shè)構(gòu)造在頂?shù)住Ｗ⒁馐褂迷摷夹g(shù)時不能制約對采煤工作的開展，施工人員為了計算巖體重量并將巖體范圍明確需要使用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)，危巖裂縫則可借助混凝土灌漿處理，這樣可防止片巖和碎石滾落的狀況在煤礦采掘期間出現(xiàn)，能夠有效的提升采煤工作的安全性。

(2)條帶開采

由于條帶開采在煤礦作業(yè)中較為特殊，因此一定要明確其設(shè)計原則，一是開采完各層煤炭后為了有效避免土地變形和移動情況出現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)確保遺留的條帶柱擁有足夠的強度和穩(wěn)定性支撐覆巖層[2]。二是為了確保土地表層的下沉不會出現(xiàn)波浪狀情況并且沉降出現(xiàn)時是單一平緩的下沉，條帶的尺寸和寬度一定要合理的設(shè)計。另外還要采用科學(xué)的開采方法，第一條開采完后留下相鄰的第二條，然后開采第三條將第四條留下，按照這個順序依次進行。總之為了避免地表發(fā)生移動或變形狀況，覆巖由留下的部分負責(zé)支撐，雖然這種開采方式能夠確保煤礦作業(yè)的安全，但無法獲取最高的煤炭能源回收率。

另外條帶開采過程中一定要確定采出留寬，將采出寬度明確后進行嚴格的模擬實驗。通常應(yīng)將采出寬度控制在煤層寬度1/8～1/4范圍內(nèi)，然后將保留條帶確定。注意應(yīng)當(dāng)根據(jù)工作經(jīng)驗和礦區(qū)的實際狀況組織專業(yè)人員認真研討，而不能盲目的計算獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，最后科學(xué)確定保留條帶。煤礦企業(yè)可以積極借鑒國外先進的條帶開采法，將開采和保留的寬度記作A與B，開采寬度一旦出現(xiàn)變化則土地的下沉帶也會隨之出現(xiàn)變化，因此只有對A的數(shù)值認真計算才能確保開采地保持穩(wěn)定，使用這種開采方式還要保護好煤礦區(qū)范圍的土壤。

(3)使用離層注漿工藝

開采技術(shù)不合理極容易出現(xiàn)地下空洞甚至破壞建筑物，出現(xiàn)道路受損、地面塌陷的情況。離層注漿技術(shù)是在煤炭開采位置上方識別巖石層，然后將適當(dāng)?shù)膲毫ψ⑷胫翈r石層中[3]，借助設(shè)備將溫度較高的漿液注入于中間層，在注入液脫水后形成擁有一定強度的與巖石相類似的結(jié)構(gòu)體便可合理填充巖層中的空隙，從而更好的支護覆蓋層，提高煤炭開采區(qū)域的穩(wěn)定性并確保開采層的頂部穩(wěn)固及生產(chǎn)設(shè)備和工作人員的安全。

該技術(shù)的合理運用能夠有效防止環(huán)境破壞的問題出現(xiàn)，因此使用該技術(shù)前一定要先對離層帶位置和運動曲線之間的關(guān)系準確掌握，制定科學(xué)的施工方案后在地面上注漿和打孔，利用鉆孔的高壓將煤炭粉和水根據(jù)一定比例融合配置為漿液，然后將這些漿液灌注在采空區(qū)，才能對環(huán)境破壞問題的出現(xiàn)和地表沉淀的速度及程度，有效避免與防治。相較于煤炭開采區(qū)域充填該技術(shù)與其存在的差異較大，不會影響正在進行的煤炭開采作業(yè)，也不需要在礦井中作業(yè)，煤炭開采成本不會受到過大的影響且支出的作業(yè)設(shè)備成本較低，能夠使煤炭采收率有效提高。

(4)長壁采煤和放頂煤采煤技術(shù)

長壁采煤技術(shù)主要分為綜采、普采和炮采三種方式，其中普采與炮采工藝技術(shù)相接近，負責(zé)安全處理頂板支護和采空區(qū)域，輸送煤炭資源，借助開采機械設(shè)備將裝煤和落煤作業(yè)完成；綜采是當(dāng)前很多煤礦企業(yè)采用的先進的采煤工藝技術(shù)，可確保整個煤炭開采流程均能實現(xiàn)自動化與機械化；炮采則是利用人工方式將爆炸作業(yè)后落下的煤炭裝入運輸機械中，使用這種方式需要對炮眼的位置深度和尺寸進行科學(xué)設(shè)計，根據(jù)設(shè)計方案進行循環(huán)開采作業(yè)。

放頂煤采煤技術(shù)又分為預(yù)采頂分層、全厚放頂煤和傾斜分段三種，使用該技術(shù)如果煤層較厚，需要將高2～4m的采煤作業(yè)面設(shè)置于開采區(qū)間或煤層底板中[4]。借助礦山壓力利用綜合機械回采或使用爆破方法，將破碎的煤炭散體在后方煤炭輸出口或支架部位的上方清理出來。對于較厚的地表煤層部位煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)合理使用放頂技術(shù)展開作業(yè)，出現(xiàn)松動的地質(zhì)區(qū)域則應(yīng)當(dāng)將支護和固定工作落實到位，為了防止破損的煤層頂部出現(xiàn)松動可使用支撐架加固，完成修復(fù)后繼續(xù)開采和深挖煤炭資源，這樣即可確保工作人員的安全又能夠?qū)⒚禾块_采效率有效提高。

(5)機電一體化應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)

煤礦采煤工作利用電器和機械實現(xiàn)采煤自動化的目的，能夠使采煤效率大大提高，相較于只有動力驅(qū)動的普通設(shè)備，機電一體化設(shè)備（如圖1）擁有更高的效率和精度及較強的編程適應(yīng)性。增加了人工智能機械的機電一體化設(shè)備可將普通設(shè)備無法完成的任務(wù)完成，煤礦采煤期間過多的機電設(shè)備會使管理工作的難度增加，而機電一體化應(yīng)用可將設(shè)備性能自動檢測控制的目的實現(xiàn)。借助計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（如圖2）將同一的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)建立起來，確保采煤安全的同時可提高采煤效益[5]，同時為煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益提供有力保障。開采期間借助計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)監(jiān)控煤礦開采區(qū)域可將開采過程全面掌控，對設(shè)備故障自動化診斷，防止出現(xiàn)安全問題。

圖1 全機械化的采煤工作面

圖2 智能化時代遠程遙控完成煤礦開采

3.結(jié)語

綜上所述，煤礦行業(yè)對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著極為重要的作用，作為不可再生資源的煤炭如果無法使用科學(xué)的開采技術(shù)則會浪費大量資源。為了加強煤炭企業(yè)的競爭力并提高煤礦開采的效率和質(zhì)量，一定要對煤炭開采技術(shù)不斷優(yōu)化和完善，不斷深化研究采煤工藝并使用新型的設(shè)備，才能切實保障煤礦開采工作的安全性和效能性，促進煤礦產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。