煤礦地下開采工藝的現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢

＊方民新

（陽煤集團(tuán)壽陽開元礦業(yè)有限責(zé)任公司 山西 045000）

引言

在我國現(xiàn)代科技的推動下，促進(jìn)了各行各業(yè)的飛速發(fā)展，同時也有效提升了各個領(lǐng)域的生產(chǎn)效益。我國煤礦企業(yè)在煤礦開采工作中引入了先進(jìn)的技術(shù)，起到了良好的施工效果，一定程度的降低了采礦工程的難度，提高了煤礦開采的工作效率，并且有效地提升煤礦開采工作的安全性。就目前我國的自然資源儲備量來看，煤礦的儲備量穩(wěn)居世界第三名，因此，積極探索先進(jìn)的煤礦開采工藝具有重要意義。

1.煤礦地下開采工藝種類

(1)煤礦綜采技術(shù)

我國地域遼闊，在廣闊的國土面積中蘊含著豐富的煤炭資源，但是由于我國煤礦資源分布在各個地區(qū)，不同地區(qū)的環(huán)境具有較大的差異，因此，對煤礦開采也帶來了巨大的考驗，我們只有選擇適合的煤礦地下開采工藝，才能實現(xiàn)更好的開采作業(yè)，促進(jìn)煤礦事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。從20世紀(jì)70年代開始，我國煤礦開采事業(yè)實現(xiàn)了大幅度上升，并在煤礦地下開采工藝發(fā)展中，最常用的方式為長臂綜合機(jī)械開采，經(jīng)過了幾十年的實踐與應(yīng)用，綜采技術(shù)也得到了優(yōu)化與完善。基于我國煤礦開采范圍不斷擴(kuò)張，更好地展現(xiàn)出了“一礦一面”的開采方式，并引入了集約式煤礦開采模式。

另外，煤礦地下開采工藝的不斷優(yōu)化，也使綜采能夠適應(yīng)更多環(huán)境下的開采作業(yè)，特別是在厚煤層的煤炭開采中，通過綜采技術(shù)中的頂煤弱化技術(shù)可以有效地解決以往厚煤層開采中存在的問題，實現(xiàn)良好的深層煤礦開采效果。對提高煤礦開采的回采率具有良好的效果，同時，也有效地避免了開采過程中的煤礦損耗，具有節(jié)約煤礦資源的優(yōu)勢。頂煤弱化技術(shù)的應(yīng)用原理主要是在厚煤層的開采過程中，為了更好地提高放頂煤的開采效率，利用弱化技術(shù)對頂煤進(jìn)行弱化，具體操作方法是首先根據(jù)放頂煤的技術(shù)特點以及基本規(guī)律作為基礎(chǔ)，在支護(hù)施工開展前，需要利用爆破技術(shù)對頂煤進(jìn)行破壞，改變厚煤層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過爆破技術(shù)的應(yīng)用，使頂煤的強度遭到破壞，從而應(yīng)力下降，頂煤的傳遞范圍變大，從而提高了放頂煤的開采效率。

(2)液壓支架技術(shù)

隨著傳統(tǒng)綜采工藝技術(shù)的全面推進(jìn)，我國相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)水平也不斷提升，大部分設(shè)備都逐步實現(xiàn)了國產(chǎn)化，而在我國機(jī)械制造領(lǐng)域的不斷研發(fā)中心，也進(jìn)一步帶動了機(jī)械煤礦開采領(lǐng)域的發(fā)展。而液壓支架技術(shù)就是典型的煤機(jī)裝置，在我國煤礦地下開采作業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，同時液壓支架技術(shù)相比于傳統(tǒng)綜采技術(shù)具有更高的可靠性。據(jù)調(diào)查顯示，我國液壓支架產(chǎn)出量已經(jīng)超過了3萬架，相比于發(fā)達(dá)國家來說，液壓支架產(chǎn)量名列前茅，同時液壓支架品類眾多，能夠使用各類復(fù)雜條件的操作。首先，我國煤礦資源開采作業(yè)主要以薄煤層為主，然而在針對薄煤層開采時，可以通過刨煤機(jī)或者滾筒機(jī)進(jìn)行作業(yè)，刨煤機(jī)能夠?qū)τ诤穸葹?.8-1.6m的薄煤層進(jìn)行開采，而滾筒采煤機(jī)可以對1m以上的薄煤層進(jìn)行開采。然而對于超過6m的厚煤層開采作業(yè)來說，必須通過一次采全高的方式進(jìn)行開采。另外，液壓支架技術(shù)在我國煤礦地下開采作業(yè)中具備穩(wěn)定、高效、適應(yīng)能力強等優(yōu)勢。

(3)“三下一上”礦井采煤技術(shù)

對于“三下一上”采煤技術(shù)來說，其中“三下”包括水下、建筑下方以及鐵路下方，“一上”包括承壓水體上。運用“三下一上”采煤技術(shù)可以在不破壞周圍地形地貌的情況下進(jìn)行煤礦開采，能夠提高開采效率和產(chǎn)量，同時這種采煤方式非常適用于不適合搬遷的建筑區(qū)域開采，不但保障建筑物不受破壞，而且還能實現(xiàn)有效開采。對于鐵路沿線下方的煤礦資源開采作業(yè)來說，采用這種開采工藝可以在作業(yè)后保留礦柱，從而對鐵路起到保護(hù)作用。對于水下開采過程中，可以通過這種開采技術(shù)起到防水防砂的作用，確保開采作業(yè)安全。對于承壓水體上方的煤礦開采，可以通過科學(xué)的數(shù)據(jù)計算分析，提高人員作業(yè)的安全性，同時提高煤礦開采效率，滿足社會發(fā)展對煤礦資源更大的需求。

(4)特殊采煤技術(shù)

截至目前，我國對于煤礦開采技術(shù)研究成果取得了較大的突破，特別是針對特殊采煤技術(shù)的研究與應(yīng)用，在我國煤礦開采領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。采用特殊采煤技術(shù)進(jìn)行煤礦開采時能夠表現(xiàn)出良好的作業(yè)優(yōu)勢，在地表移動或者變形上也提出了有效的開采對策，優(yōu)化相關(guān)計算模式，從而為地下開采工作提供支持。

表1 煤礦地下開采工藝對比

2.煤礦地下開采作業(yè)存在的困境

（1）綜合應(yīng)用體系不完善。為了保障煤礦地下開采作業(yè)有序進(jìn)行，一般企業(yè)會將開采區(qū)域劃分成在兩個區(qū)域，分別是主開采區(qū)和次開采區(qū)，對于主開采區(qū)的煤層特點來說，通常煤層厚度較大，同時巖體結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，因此可以采用機(jī)械設(shè)備或者爆破進(jìn)行快速開采，而對于次開采區(qū)的煤層要比主開采區(qū)厚度低，并且?guī)r性穩(wěn)定較差，一般會采用保守的開采方式，避免引發(fā)安全事故。但是這種開采模式需求提前構(gòu)建完善的綜合采煤體系，而目前我國大部分煤礦開采企業(yè)仍然缺乏完善的綜合應(yīng)用體系，導(dǎo)致煤礦開采效果并不理想。

（2）對周圍環(huán)境影響較大。我國當(dāng)前的煤礦資源所在的位置都距離地面較深的部分，同時受到地殼活動的干擾，大部分煤礦處于斷層等區(qū)域，這也為煤礦開采帶來了一定的難度，同時，對于這些煤藏區(qū)域一般都與坡體相鄰，如果直接采用大型機(jī)械進(jìn)行開采，在震動下還會造成應(yīng)力失衡，從而導(dǎo)致坡體結(jié)構(gòu)加寬，特別是在爆破開采的模式下，會嚴(yán)重影響坡體結(jié)構(gòu)，因而出現(xiàn)各類環(huán)境問題。

（3）開采過程變更情況較多。由于地殼活動的持續(xù)推進(jìn)，我國地下的煤炭資源逐漸呈現(xiàn)不規(guī)則狀態(tài)分布，一些地區(qū)的煤層厚度較大，只能采用大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行開采，而又有部分區(qū)域的煤層厚度較薄，如果全部采用大型機(jī)械，還會傷到煤層頂層，從而影響采煤作業(yè)的安全性，因此這也為采煤施工帶來嚴(yán)重的影響，在實際采煤中經(jīng)常會出現(xiàn)計劃變更的現(xiàn)象，從而引發(fā)安全問題，阻礙開采工作的順利進(jìn)行。

3.煤礦地下開采發(fā)展趨勢

（1）優(yōu)化薄煤層開采技術(shù)。以某地區(qū)煤礦開采為例，對于薄煤層的開采工作難度較大，因此必須全面提高該區(qū)域的煤礦開采自動化水平，進(jìn)一步降低人為作業(yè)量，同時也能夠提高采煤作業(yè)的精準(zhǔn)度。相比于采煤機(jī)作業(yè)來說，刨煤機(jī)落煤自動化技術(shù)在煤礦開采中可以展現(xiàn)出良好的應(yīng)用優(yōu)勢，隨著我國自動化技術(shù)水平的不斷發(fā)展，在煤礦開采領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，同時未來煤礦地下開采作業(yè)也必將朝著自動化領(lǐng)域發(fā)展。結(jié)合實際作業(yè)案例顯示，采用自動化采煤技術(shù)可以對1.2m以上的薄煤層開展高效開采作業(yè)，采煤數(shù)量可以達(dá)到180萬噸/年。但是由于大功率采煤機(jī)適用范圍受限，在1.2m以下的薄煤層開采中也仍然存在一些問題，因此相關(guān)人員也要不斷優(yōu)化開采技術(shù)。

（2）液壓支架技術(shù)多樣化。在當(dāng)前科技水平的支持下，煤礦地下開采工藝中的液壓支架技術(shù)也得到了優(yōu)化與完善，未來也將逐漸實現(xiàn)多樣化發(fā)展。對于一些厚煤層或者礦脈發(fā)展良好的區(qū)域，可以采用較大工作阻力的液壓支架技術(shù)，并配合良好的煤礦開采技術(shù)，能夠達(dá)到良好的煤礦開采效果。對于一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的煤礦資源開采區(qū)域來說，還要根據(jù)實際情況，合理地優(yōu)化液壓支架性能，研究出適合該區(qū)域的支架結(jié)構(gòu)。從而確保該技術(shù)未來能夠滿足更多復(fù)雜的開采環(huán)境。

（3）信息技術(shù)體系的應(yīng)用。隨著我國煤礦資源越來越少，對于煤礦開采難度也越來越大，為此，我們必須不斷探索更加先進(jìn)的開采技術(shù)和設(shè)備，而這些都離不開信息技術(shù)的支撐。為了更好地發(fā)揮出煤礦開采設(shè)備的優(yōu)越性能，未來發(fā)展必將充分利用先進(jìn)的信息技術(shù)，構(gòu)建完善的信息技術(shù)采煤體系，對煤礦開采設(shè)備運行數(shù)據(jù)進(jìn)行全面采集，并實現(xiàn)系統(tǒng)化分析，保障煤礦地下開采設(shè)備的穩(wěn)定運行，從而更好地發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用價值。

（4）智能采礦模式的形成。現(xiàn)階段，隨著智能理念的不斷推出，許多行業(yè)都紛紛實現(xiàn)了智能化發(fā)展，隨著智能技術(shù)與自動化技術(shù)的有效結(jié)合，在多個生產(chǎn)領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要的作用。而我國煤礦開采工藝未來也將實現(xiàn)智能化發(fā)展，積極引入自動化生產(chǎn)技術(shù)，提高煤礦開采設(shè)備的智能化體系，引入優(yōu)秀的自動控制系統(tǒng)，提高煤礦地下開采作業(yè)效率，同時把握煤礦開采的精準(zhǔn)度，避免煤礦開采產(chǎn)生的負(fù)面影響，從而促進(jìn)社會的可持續(xù)發(fā)展。

4.結(jié)束語

綜上所述，為了進(jìn)一步實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)水平的穩(wěn)步提升，必須跟隨時代發(fā)展腳步，不斷創(chuàng)新我國煤礦地下開采工藝技術(shù)，探究全新的煤礦地下開采設(shè)備，能夠更好地適應(yīng)不同環(huán)境下的煤礦開采作業(yè)，保障煤礦開采工作的安全性與可靠性，同時提高煤礦開采效率與質(zhì)量，滿足社會發(fā)展對煤礦資源的需求，同時保障開采人員的作業(yè)安全，對促進(jìn)我國走上新時代可持續(xù)發(fā)展道路具有積極作用。