貴州煤炭開采技術現狀與發展趨勢分析*

田守強 鄭 偉

（1.貴州省煤炭設計隊；2.貴州理工學院礦業工程學院）

我國是一個煤炭大國，煤礦的開采對我國的經濟建設產生著巨大的影響［1-2］。貴州作為西南地區能源基地，同時擔負著周邊省份外調煤炭的任務，煤炭產量仍有一定缺口。隨著科學技術的不斷發展進步，許多高新技術也被應用到煤礦開采中去，煤礦開采技術水平得到大幅提高［3-4］。但目前，貴州省與省外煤礦主要差距在智能化采煤技術。貴州省煤礦智能化綜采開采剛剛起步，尚處于技術探索、積累階段，如何縮小智能化采煤技術，是2025年以前要解決的主要問題。因此，必須不斷尋求解決問題的方法，掌握煤礦開采技術未來的發展趨勢，才能促進貴州煤炭事業的發展［5-6］。

1 貴州省煤炭資源賦存情況和開采技術條件

1.1 貴州煤炭資源總體情況

貴州省含煤面積占總面積的40%以上［7-8］，除東部部分地區屬少煤、缺煤區外，省內86個縣（市）中有74 個縣（市）產煤。相對集中于西部的盤州市、水城、六枝、織金、納雍、金沙等縣（市），其次在黔北的桐梓、仁懷、習水、遵義，中部的貴陽—安順一帶，全省含煤面積約7.75 萬km2，其中上二疊統為省內主要含煤地層，含煤面積約7.5 萬km2，占全省含煤總面積的96.8%。根據貴州省國土資源勘測規劃院提供的全省煤炭資源儲量資料，截至2018年底，在+2 000 m標高以淺，全省已勘探查明的煤炭資源儲量總量1 917.915億t，+1 000 m 標高以淺預測資源量887.49 億t，僅次于晉、陜、蒙、新，居全國第5位，超過南方各省煤炭資源儲量的總和。

1.2 貴州省煤炭開采技術條件

貴州省煤炭資源賦存差異性較大。煤層傾角從近水平到急傾斜；煤層賦存從單一煤層至煤層群；煤層厚度從薄煤層至厚煤層，甚至局部地段有特厚煤層［9］。

貴州省煤炭資源煤層自燃發火傾向性包括I、Ⅱ、Ⅲ類，煤塵有爆炸性，黔北和黔西北煤層頂底板含水性強，少部分含煤區域屬于低瓦斯，大部分含煤區域屬于高瓦斯或煤與瓦斯突出。從以上分析，貴州省煤炭資源開采具有一定的挑戰性。

2 貴州煤礦開采技術現狀

2.1 機械化開采現狀

近年來，貴州省煤礦開采技術有了較大的提升，同時國家安全監管總局明確指出“機械化換人、自動化減人”，通過煤礦高效開采的相關政策實施，省內煤礦機械化、自動化程度大幅提升［10］，采煤機械化率已從2016 年的62.1%提升到2019 年底80%以上，礦井也由小煤礦粗放式開采向大型煤礦集約式開采轉變，年產120 萬t 以上的大型煤礦25 處，產量占全省總產量的比重由24.6%提高到28.9%。

2.2 智能化采面開采現狀

2017 年，貴州發耳煤業有限公司堅定“自動化減人，機械化換人”發展思路［11］，并與北京天地瑪珂、兗州西安科技公司展開合作，進行智能機械化升級改造，建成了31004智能化綜采工作面和礦井綜合信息化管控平臺、通風子系統、壓風子系統、排水子系統、運輸子系統、供配電子系統、工業視頻監控子系統等7 個輔助子系統智能化升級改造工作，發耳煤業由此成為了貴州省以及西南地區第一個智能化回采工作面，開啟了貴州煤礦綜采工作面的全新模式。截至2019 年11 月，貴州省煤礦輔助系統智能化礦井達178個，預計將在2020年達到100%全覆蓋，煤礦輔助系統智能化將走在全國煤礦前列［12］。

2.3 大傾角煤層開采現狀

目前，在大傾角煤層綜合機械化開采技術方面，川煤集團公司走在了全國類似條件煤礦開采技術前列。2013—2014 年，該公司自主研發的綜采成套設備在綠水洞煤礦成功將急傾斜煤層綜采適應平均傾角60°，局部達到72°［11］。經四川省科技廳成果鑒定，多項關鍵技術填補了我國綜合機械化裝備和開采技術空白，成果達到國際先進水平。

2.4 “關鍵4%”難采煤層機械化開采技術現狀

（1）55°以上急傾斜煤層機械化開采。對于55°以上急傾斜煤層，是采礦界公認的難采煤層，針對該類煤層開采機械化程度難以實現、工人作業環境惡劣、勞動強度大、生產效率低且存在著重大安全隱患等問題，目前省內均采用柔性掩護支架炮采工作面，尚無機械化開采實例。國內也無成熟的機械化開采案例，尚須進行技術攻關。

（2）薄煤層開采現狀。貴州省的煤炭資源豐富，儲存量大，且賦存多樣化，根據我國煤層厚度劃分，厚度0.8～1.3 m 屬于薄煤層，小于0.8 m 屬于極薄煤層。薄煤層儲量約占貴州省已探明煤炭儲量的37%［12］。貴州省薄煤層開采機械化程度低、采高低，作業空間小，自動化程度低，工人跟機作業較為困難，勞動強度大，導致出現產量低、效率低、事故多、工人的工作環境惡劣。

2.5 快速掘進技術與裝備研究

貴州省貴州久泰邦達能源開發有限公司紅果煤礦是省內首個裝備快速掘進工作面的煤礦［13］，礦井一期工程5 500 m。為加快施工進度，減少崗位定員，選用中國鐵建重工集團股份有限公司生產的ZTT4200 礦用TBM（全斷面巖石隧道盾構機）用于紅果煤礦1300 瓦斯治理巷掘進，該套TBM 不僅可實現井下本地操控，亦可地面遠程對掘進機姿態進行實時監控。同時，在綠色開采和無煤柱開采上均有不同程度的發展。

2.6 貴州煤礦開采存在的問題

通過收集貴州煤炭資源賦存特點和開采技術條件相關資料，發現貴州省煤炭開采存在以下幾個問題。

（1）地質勘探準確度低。地質勘探資料是指導礦井建設和生產的第一手資料，部分礦井由于地質勘探準確度較低，導致勘探情況與實際情況存在較大出入，從而使制定好的采掘部署完全被打亂，造成采掘失調。

（2）地質構造的影響。由于斷層、褶曲及煤層變薄等影響，造成煤層賦存不連續，在生產過程中，導致回采煤量不足，頻繁更換采面及掘進面，最終造成采掘失調。

（3）礦井開拓、開采系統不合理。部分礦井（尤其是民營企業）水平、采區劃分不合理，井田范圍受限，為減少建井投資和縮短建設工期，導致礦井“三量”不足，采區服務年限短，礦井移交生產后即面臨接替緊張，極易造成采掘失調甚至采區接替失調。

（4）巷道掘進速度慢。掘進需要具有較強的超前性，從而使采面的正常接替能夠得到有效保證。一方面，由于采煤機械化提升后，回采工作面推進速度加快，而巷道掘進由于受瓦斯災害的影響，掘進進度慢，造成巷道掘進跟不上回采進度，造成采掘接替失調；另一方面是企業重采煤、輕掘進，導致掘進進尺較少，致使準備煤量不足，造成接替緊張。

（5）礦井災害的影響。礦井災害（瓦斯、水、頂底板）是制約煤礦采掘的重要因素，這些隱患客觀存在，是導致礦井采掘失調的重要原因，對煤礦正常生產產生較大的影響，災害治理不到位或災害防治措施不合理，將直接導致巷道掘進或工作面回采無法推進，造成采掘失調。

3 貴州煤炭開采技術未來發展趨勢

3.1 中短期發展趨勢

通過對貴州煤炭資源賦存情況、開采技術現狀及存在的問題進行了系統分析，并根據貴州省煤炭中長期供需平衡的中短期目標［14］，結合供需平衡需求，本研究對提高釋放優質產能的開采技術提供以下建議。

（1）大力支持煤炭企業集約發展、規?；_采?！笆奈濉逼陂g，貴州省煤礦多以30～90 萬t/a 的中型煤礦為主，集約化、規?；_采是貴州省煤炭開采的必然道路，建議出臺相關政策，大力支持煤炭企業集約發展，提高煤炭企業在資金、技術、人才等方面的整體實力，保障企業可持續發展。

（2）繼續推進貴州省“兩化”改造和智慧礦井建設。針對煤層賦存條件較好的礦井，從政策方面給予支持，繼續推進“兩化改造”，利用大數據、5G技術、井下機器人以及互聯網信息技術等，逐步向智慧礦山推進。

（3）引導煤炭企業優化采掘部署。繼續推進具備條件的煤礦進行“兩化”改造，改擴建礦井進行智能化和機械化建設，實現96%產能礦井完成100%智能化和機械化。2020—2025 年，加快兼并重組保留礦井的勘探和建設工作，加快貴州省煤礦優化調整布局，調整生產力布局，優化資源配置，實現煤炭產業高質量發展。

（4）建議聯合相關部門規范井田劃分。為了利于采用“N00 工法”，建議在劃分井田邊界時，盡量規范化，避免鋸齒狀井田邊界，為礦井規范化設計提供基礎條件。

（5）鼓勵采用先進開采裝備。隨著貴州省煤體企業規?；图s化，煤炭采掘速度越來越快，但大多數煤炭企業采掘裝備水平相對落后，特別是快速掘進裝備使用較少，建議出臺相應政策，鼓勵企業引進先進開采裝備，比如盾構機、掘錨一體機等。

（6）引導企業積極開采保護層，促進煤與瓦斯共采。貴州省90%以上煤礦瓦斯抽采體積分數小于30%，根據貴州實際抽采情況，推薦使用區域卸壓增透技術、定向長鉆孔煤層瓦斯抽采技術、液態CO2相變致裂增透技術、低滲煤層水力割縫瓦斯抽采技術及松軟煤層全程下套管注漿封孔瓦斯抽采技術等5種高效瓦斯抽采技術。

3.2 長期發展展望

貴州省目前煤礦多以30～90 萬t/a 中型煤礦為主，由于煤礦本身的服務年限、開采技術條件難度增加、開采成本增高等因素限制，條件較差的礦井在2025 年后陸續退出生產，需有序核準新建一批大中型煤礦項目；新建礦井必須符合安全、綠色、環保、高效發展，長期發展需要考慮到煤與瓦斯共采技術研究、推廣“三下”開采技術研究、井下充填綠色開采技術研究、“一上”開采技術發展研究、保水開采研究、煤炭資源氣化和液化開采技術研究和智慧礦山開采技術發展研究7個方面。

4 結語

煤炭事業的發展對于貴州全省經濟的發展具有重要作用，是貴州省經濟發展的重要產業。而煤炭開采技術對于煤炭產業的發展具有重要的作用，因而要完善煤炭開采技術，如研究適應貴州省煤炭賦存條件的無煤柱開采方法和工藝，研究承壓水的開采等技術、急傾斜煤層綜合機械化開采等技術，研究和推廣薄煤層機械化開采裝備技術，繼續深入研究無人/少人采掘工作面裝備和技術，以此促進煤炭產業更好發展，滿足當今社會的發展需求。