煤礦采礦工程中的采礦工藝與技術

◎付積田

在長時間的煤礦采礦作業中，積累了較多的成功經驗和工藝技術，能很好地完成采礦作業，值得推廣。從當前煤礦采礦工程中所使用的采礦工藝與技術來說，充填開采技術、崩落開采技術、露天采礦技術均有著非常廣泛的應用，尤其是充填開采技術有著應用廣泛和優勢顯著的特點，主要有連采充填開采技術、綜采充填開采技術、房柱式采空區煤柱回收技術、空巷充填技術，均有著較好的應用優勢。結合近年來國家對煤礦采礦工程所提出的新要求和高標準，在應用采礦工藝的過程中必須做好生態環境治理、安全生產、固體廢棄物處理等方面的工作，確保在實現煤礦開采目標的同時可以落實生態文明建設。基于此，在煤礦采礦工程中，必須科學應用好已掌握的采礦工藝與技術，發揮出最佳的效能。本文重點談一談煤礦采礦工程中的采礦工藝與技術，現作如下的論述。

一、煤礦采礦工程中的采礦工藝與技術

1.充填開采技術。

對于煤礦企業來說，在采煤過程中所出現的地表沉陷、矸石地面堆積排放一直都是常見問題，同時在解決時會有較大的難度。充填開采技術的廣泛應用較好地解決了煤礦企業一直以來的問題，比如充填開采技術既可以實現矸石不采井，也可以很好地消化地面矸石山充填采空區，最終實現環保生產的目的。具體來說，充填開采技術使用時，隨著采煤工作面的穩步推進，需要向采空區輸送充填物料，以此來控制地表沉陷，并規模化處理固體廢棄物。在長時間的應用中，充填開采技術有不斷的完善，已經可以涵蓋廢棄物再利用、煤礦安全生產、生態環境治理這些方面，這大大提升了充填開采技術的應用效果。總的來說，充填開采技術應用時主要包括以下的工藝：

（1）固體廢棄物井下充填處置技術：煤礦開采時會采出大量的煤矸石，這些煤矸石多堆積在地表，一方面會占用耕地資源，另一方面會釋放出有毒氣體而污染環境，引發環境污染難題。基于這一問題，在應用充填開采技術時，可以考慮利用井下采煤所形成的空間，繼而將矸石、粉煤灰等一系列的固體廢棄物做充填處置，可分為工作面充填、注漿充填、巷道充填這三種方式。在工作面充填中，需要建立起充填采煤工作面，在工作面推進過程中將固體廢棄物充入；在注漿充填中，可以將矸石破碎處理成小粒徑，并配制一定濃度的漿體，借助管路加壓充入到上覆巖層離層空間，或者加壓充入到垮落法老采空區冒落區；在巷道充填中，需要重點利用好廢棄巷道，以此完成矸石的充填處理。

（2）連采充填開采技術：使用連采充填開采技術時，必須嚴格按照相關的步驟，確保每一個環節的開采作業安全有效。具體來說，需要先開展支巷的掘進與充填作業，而后確保所使用的充填體強度可以滿足預設標準，在此基礎上便可以回收支巷間煤柱，結合回收空間進行充填處理。連采充填開采技術的適用性較強，既可以應用在邊角煤、保護煤柱的開采作業中，也可以應用在超高水、固體、膏體這些充填材料的施工中。就連采充填開采技術的應用優勢來說，集中體現在兩個方面，一是整個開采技術較為簡單，不需要投入太多的人力與設備，且有著較高的安全性，二是可以確保掘、采、充這三項工序分別處于不同的支巷，各個工序不會存在互相影響的情況，作業效率高。

（3）綜采充填開采技術：在使用綜采充填開采技術時，必須嚴格按照采煤-充填這一循環流程，推進一段距離后，便要充填空區，在充填過程中需要使用充填液壓支架。需要注意一點，工作面的充填作業要始終結合綜采工藝進行，且通常情況下要使用充填支架，這樣能夠有效隔離充填區，采煤作業與充填作業也可以方便開展。在選用充填材料時，可以優先使用固體、超高水材料、膏體。

（4）房柱式采空區煤柱回收技術：房柱式采空區往往會遺留大量的煤柱，如何回收是一大難題。在使用房柱式采空區煤柱回收技術時，要先進行采空區的充填作業，這可以通過煤骨料膠結充填材料來實現，而后布置長壁工作面，同時實現充填體與煤柱的回收。在長時間的應用過程中發現，房柱式采空區煤柱回收技術主要有兩大優勢，一是長壁回收時對煤質的影響較小，二是煤骨料不僅成本低，而且取材方便，能夠實現循環性利用。

（5）空巷充填技術：強礦壓工作面在過空巷時會存在一些問題，比如費用較高、頂板控制難度較大，此時為了實現控制圍巖和支撐頂板的目的，可以考慮使用高水材料充填空巷，這便是空巷充填技術。空巷充填技術的應用優勢集中體現在三個方面，一是充填體具有著強度高和一定塑性的特點，能夠實現良好的抗強礦壓效果；二是成本較低，安全性較高；三是在工作面推過空巷時，充填體可以很容易的便被采煤機所割除。

2.空場采礦技術。

空場采礦技術在煤礦采礦工程中有著較廣泛的應用，主要有留礦法、礦柱回采方法、房柱法、階段礦房法、全面采礦法。通過應用空場采礦技術，能夠較大幅度地提升采礦效率，但在完成礦房開采作業后必須做好采空區的處理。

以礦柱回采方法為例，實際使用時要充分考慮已采礦房的存在狀態。若是已經完成礦房的開采作業需要回填處理，則應使用充填法或分段崩落法，以此實現回采礦柱的目的，但若是已經開采完成的礦房處于敞空狀態時，則可以使用崩落法，或者可以使用空場法。以采場法為例，開采的礦體有著中厚、緩傾斜薄的特征時，可以將連續性礦柱回采為間斷礦柱，將間斷礦柱回采為小斷面礦柱。在整個回采作業中，可執行后退式礦柱回采的順序，必須在完成崩落礦石的運輸作業后方可處理采空區。在采空區處理時，可以使用崩落圍巖、充填和封閉空區這些方法。比如在使用崩落圍巖法處理采空區時，若是圍巖可以自然崩落，則可以不留礦石墊層。有一點需要特別注意，若是圍巖不存在構造破壞，且整體性良好，則需要布置工程來強制崩落處理采空區，崩落巖石的厚度通常控制為15-20m。

3.崩落開采技術。

在煤礦采礦工程中若使用崩落開采技術，則需要結合實際情況科學設置環形運輸巷道，并且需要在環形運輸巷道的上盤或下盤開展巷道切割作業，這樣可以獲得較有效的切割空間。另外，作業人員需要全面分析塹溝的特點，合理設置鉆扇形炮眼，確保后續爆破作業的順利開展，同時完成爆破作業后要及時回收。總的來說，崩落開采技術的操作較為簡單，生產效率較高，且能夠降低煤礦采礦工程的成本投入。但崩落開采技術實際應用時要考慮較多方面的因素，比如要認真分析陷落條件，確保技術應用不會造成礦體陷落。

4.露天采礦技術。

當煤礦距離地表較近時，可以優先考慮使用露天采礦技術。在使用露天采礦技術時，作業人員要先移除地面表土，確保礦層完全暴露，在此基礎上開展開采作業。相比之下，露天采礦技術的成本投入較少，有較高的安全性，通過鉆碎的方式獲取煤礦資源。在當前的露天采礦技術應用中，機械式非爆破露天采礦方法有較廣泛的應用，主要有靜壓法、剝離法、碎石法、切削法。

以切削法為例，需要使用露天采礦機將動力傳遞到切割滾筒的截齒上，巖石在受到剪切、沖擊這些作用時可以破碎，從而方便開采。切削法是一種成熟的露天采礦技術，完全機械化的開采方式可以大大避免炸藥使用所帶來的安全問題。若是開采的巖石粒度較小，則可以使用小規格的破碎機與裝載機，這樣可以實現預期的采礦作業，并減少投資。

5.溶浸工藝技術。

使用溶浸工藝技術時，需要使用到相應的化學試劑，并結合礦物的物理特性與化學特性，在溶液滲透作用下產生化學反應。當前所使用的溶浸工藝技術主要包括原地鉆孔溶浸采礦、地表堆浸、就地破碎溶浸這三種，均有著較好的強化溶浸效果。不過溶浸工藝技術的應用還存在較多不足之處，比如當煤礦的含泥量較高、滲透性較差時，會出現溶浸死角和浸出盲區，煤礦浸出率也會隨之降低。另外，溶浸范圍的控制也會遇到問題，出現無法有效控制溶浸范圍的情況。

二、煤礦采礦工程中應用采礦工藝與技術的注意事項

煤礦采礦工程有著專業與復雜的特性，如何科學使用采礦工藝與技術非常值得探究。結合近年來采礦工藝與技術的應用來看，雖然可以取得較好的成效，但也存在著一些不足之處，很容易影響到煤礦采礦作業的安全。基于此，非常有必要明確采礦工藝與技術應用時的注意事項。

采空區問題直接關乎到煤礦開采作業的安全，需要重點考慮和應對。具體來說，在采空區處理中，要精準確定采空區的位置、選擇巖石處理方法、落實加固措施，實施全面性的規劃，以確保采空區處理的有效。在選擇充填采礦技術時，務必考慮煤礦采礦工程的實際情況，發揮出填充方法的最大優勢。

在采礦區安全問題的應對上，煤礦企業應重點從兩個方面著手，一是加強安全管理力度，二是確保各項煤礦采礦工藝與技術的應用效果。從安全管理這一方面來說，煤礦企業要不斷健全煤礦開采的安全管理制度，建立安全責任管理制度、監督制度、信息化監管制度，尤其是要利用好信息化手段，對煤礦采礦工程實施全過程和動態化的監管，一旦發現安全風險立即處理。再從煤礦采礦工藝與技術的應用這一方面來說，必須認真分析煤礦采礦工藝與技術的適用性，結合采礦作業的實際情況選擇采礦工藝與技術，始終發揮好采礦工藝與技術的優勢。

隨著綠色環保理念的深入，煤礦采礦工程也要注重煤礦開采的綠色化與規范性，努力做到低碳開采。具體來說，在使用煤礦開采工藝與技術時，除了確保煤礦開采的效率與安全外，還必須考慮對周圍生態環境的影響，采取多種措施降低污染和破壞。除此之外，要不斷優化所使用的煤礦開采工藝與技術，將低碳環保要求融入各項工藝與技術中，以求從煤礦開采的源頭上控制污染，促進煤礦事業的可持續發展。

三、加強煤礦采礦工藝技術效果的措施

1.注重先進工藝技術的應用。

煤礦開采會涉及到較多的專業知識，對作業人員的專業能力有較高的要求，必須確保這項工藝技術的規范使用。在此基礎上，應考慮進一步提升煤礦采礦工藝技術的應用優勢，這需要煤礦企業始終注重先進工藝技術的應用。具體來說，信息技術與數字化技術的應用為煤礦采礦提供了新的思路，其中的一些智能化技術不僅可以提升煤礦開采的效率，而且能夠開展實時管理和數據分析，預測煤礦開采的實際情況，可以有效消除煤礦開采中的不安全因素。以智能化技術為例，當前所使用的智能無人開采技術、智能裝備技術、智能導航技術、信息精準感知技術、風險提示目標化技術均有著較好的優勢，能夠促使煤礦企業建構起行之有效的井下作業管理模式。

2.加大智能生態化技術的開發力度。

基于智能化發展優勢，煤礦采礦過程中應該積極融入智能生態化技術，以求最大限度降低煤礦開采所形成的污染問題。從污染少量化這一角度來說，首先應該建立起基于互聯網的多信息融合數字挖掘技術，促使地震勘探、鉆孔、雷達掃描信息全部轉換為數字化，構建出地質資料的初始模型。在后續的煤礦開采作業中，利用智能化技術推動煤礦開采朝著集中化與大型化的方向發展，主要有快速支撐、智能切割、智能通風、快速運輸這些技術，以此避免無效開采，從而一定程度上實現污染少量化的目標。除此之外，應考慮建設智慧礦業基地，制定并實施綠色指標監管體系，促使煤礦開采具有生態、綠色的特性，逐步實現煤礦綠色開采。

3.建設塌陷預警系統。

在煤礦開采過程中，雖然出現塌陷問題的風險較低，但一旦發生會造成巨大的危害，所以必須做好塌陷風險的早期預測與防護。在建設塌陷預警系統時，煤礦企業應重點使用全球定位技術、地理信息系統，同時利用3s 技術動態分析礦區表面塌陷風險，在此基礎上建設礦區災害管理系統。相信通過建設塌陷預警系統，能夠最大限度降低塌陷事故的發生風險，有助于煤礦開采作業的安全進行。

四、未來采礦工藝技術發展方向

1.智能化。

隨著計算機信息技術的應用更加廣泛和發展更加完善，計算機通信技術、GPS 定位技術、自動化技術、遠程控制開采技術等各種新技術手段不斷應用于現代煤礦開采作業中，促進現代煤礦開采的智能化發展，與傳統的采礦技術相比，節約了人工生產成本，提高了采礦的工作效率，更好地保障了采礦工人的安全，可以大大提高煤礦企業經濟效益。

2.生念化。

在碳中和發展的大背景下，國家逐步加大投入發展資源節約型和環境友好型發展項目，未來經濟發展將更加注重低碳經濟發展，眾所周知，煤礦采礦過程中，會產生大量的廢水、廢氣以及固體廢棄物等，對礦區周圍生態環境造成了一定的污染，對人們的健康生活帶來了較大影響，因此，未來要實現生態化的煤礦開采，減少對環境的危害，保護人類賴以生存的家園。

五、結語

結合當前所使用的煤礦開采工藝與技術，所使用的溶浸工藝技術、崩落開采技術、充填開采技術、露天采礦技術、空場采礦技術均有著顯著的應用優勢，在提升開采效率的基礎上能夠確保安全與質量，可以助力煤礦事業的健康發展。基于煤礦開采的綠色化需求，后續要進一步加大研究力度，重點利用好信息化技術和智能化技術，以此革新和優化當前的一些不科學開采理念與方法，實現煤礦開采的綠色化與規范化，同時增強煤礦開采的安全性。