煤礦開采中采煤技術的應用

當前，我國煤礦開采正面臨深部開采、煤礦災害防控和資源合理利用等一系列新挑戰。傳統采煤技術已難以滿足新形勢下煤礦安全高效開采的需求，亟須創新發展。中厚煤層資源豐富，開采條件相對較好，是未來煤炭資源的主要開采對象。如何進一步提高中厚煤層綜放開采的機械化、自動化、智能化水平，實現安全高效綠色開采，是目前亟待解決的關鍵問題[1]。

一、煤礦開采中采煤技術的具體應用

（一）中厚煤層綜放工藝

中厚煤層綜放開采具有生產效率高、工人勞動強度低、資源回收率高等優勢，已成為當前乃至未來的主導開采方式。中厚煤層綜放通常采用大功率電牽引采煤機、大噸位智能化液壓支架、高強度刮板輸送機及托盤等先進設備，實現機械化無人開采。其中，采煤機截割部一般采用滾筒式截割，配備雙驅動、高扭矩牽引裝置，具有截割功率大、牽引力強、運行平穩可靠等特點。智能化液壓支架多為四柱礦用普通液壓支架，通過配備電液控制系統、壓力監測傳感器等，實現支架狀態的自動感知以及支撐力的智能調節，大幅提高支架運行的安全性與可靠性。刮板輸送機則采用多點驅動、強鏈耐磨鏈條，輸送能力可達 3000t/h 以上，與大采高綜放工作面匹配良好。此外，中厚煤層綜放工藝還融合順槽集中控制、工作面設備自動糾偏、遠程可視化監控等智能化技術，實現開采過程的自動化、信息化。

（二）無煤柱開采技術

傳統采煤方法中，通過在采煤工作面煤層中留設一定尺寸的永久煤柱，用于支護巷道圍巖，保證礦井生產系統穩定性。然而，永久煤柱的設置造成大量煤炭資源損失浪費。為最大限度回收煤炭資源，減少煤柱損失，無煤柱開采技術在煤礦開采實踐中得到推廣應用。目前，無煤柱開采主要采用錨桿錨索支護、充填開采等技術途徑。錨桿錨索支護通過在巷道頂板及兩幫打設高強度錨桿、錨索，替代永久煤柱發揮支護作用，在確保巷道圍巖穩定性的同時實現煤柱煤炭資源回收。充填開采則是將采空區及時充填，利用充填體支承采動巖層，控制礦壓顯現，減緩采動應力擾動，實現采區煤柱資源無損開采。以某礦為例，采用高水材料充填開采工藝，充填體強度可達15至 20MPa ，采區回采率由傳統開采的 45% 提高至 95% 以上，經濟效益顯著。

（三）智能化無人開采

隨著現代信息技術的飛速發展，以物聯網、大數據、人工智能等為代表的新一代信息技術與煤炭開采深度融合，智能化無人開采成為煤礦安全高效開采的重要發展方向。目前，國內外先進煤礦普遍應用遙控操作、自動化采煤等智能開采技術。采煤機、液壓支架、刮板運輸機等主要采煤設備上安裝了智能傳感器，可實時感知設備運行狀態、工作面瓦斯濃度、頂板耐壓等復雜信息，并通過工業以太網傳輸至地面監控中心。工作人員利用三維可視化、虛擬現實等技術，構建工作面數字孿生模型，通過數據挖掘分析，優化采煤工藝參數，實現設備遠程遙控、自主協同。同時，采煤機自適應截割技術、液壓支架電液自動控制技術不斷創新，大幅提高采煤效率。一些示范智能化采煤工作面實現24小時連續作業，工效是普通工作面的1.5倍以上。未來，5G通信、人工智能將進一步拓展智能開采時空范圍，實現采煤系統全流程、多場景的無人化作業。

二、煤礦開采中采煤技術難點

（一）復雜地質條件適應性

受構造運動影響，中厚煤層的連續性、穩定性較差，經常出現斷層、褶曲、傾角變化等復雜地質情況。綜放開采對煤層的完整性、穩定性要求較高，這些復雜地質因素嚴重制約著綜放工藝的推廣應用。因此，如何提高綜放工作面設備對復雜地質的適應性是目前亟待解決的關鍵技術難題。針對這一問題，必須加強中厚煤層地質探測，詳細查明斷層、陷落柱等不良地質體的分布規律，優化綜放工作面布置，減少其對開采的不利影響。同時，應加快推進割煤機的柔性化、智能化，提高割煤機姿態自適應調整能力，確保其在復雜煤層條件下的正常截割。液壓支架方面，可采用多點支撐、活動立柱等創新結構形式，增強支架對頂板不規則沉陷、傾斜錯動的適應能力[2]。

（二）智能開采系統集成

智能開采涉及采煤機、支架、輸送機等多個子系統，如何實現多源異構數據融合，構建高度集成的智能管控平臺是目前的關鍵難題。此外，煤礦井下復雜多變的環境也對智能開采系統的魯棒性、可靠性提出了更高要求。需在智能傳感、工業大數據分析、深度學習算法等方面實現關鍵突破，才能推動智能開采系統的工程化應用。

三、煤礦開采中采煤技術優化措施

（一）加強地質保障

針對中厚煤層地質條件復雜的特點，應在綜采工作面布置前開展精細化三維地質建模，充分利用鉆孔、物探、測井等勘探資料，查明工作面煤層埋藏條件、構造分布等地質信息，優選綜采面位置，避開大斷層、陡傾斜等不良地質體。超前地質預報方面，可應用地質雷達、TSP203等裝備，及時發現綜放工作面前方地質異常，為優化生產部署、調整支護參數提供可靠依據。此外，應結合礦井水文地質條件，優化綜放工作面排水系統布置，采用立體抽放、聯合疏干等措施，降低含水層對綜放作業的影響。

（二）優化綜采裝備與支護技術

在中厚煤層綜放開采過程中，由于圍巖穩定性差、冒頂片幫頻發等問題給安全高效開采帶來諸多挑戰。為了優化綜采裝備與支護技術，切實解決這些難題，可以從以下幾個方面著手：首先，針對圍巖變形特征與支護需求，優化液壓支架的工作阻力和支護密度等關鍵參數至關重要。通過合理設置支架工作阻力，使其與圍巖的受力狀態相適應，既能有效控制頂板下沉，又能避免支架超載。同時，根據煤層賦存條件和采動應力分布規律，適當調整支護密度，在保證支護可靠性的同時，提高回采工效。其次，創新支護手段也是提升支護效果的重要途徑。綜合應用高強錨桿、錨索以及單體液壓支柱等先進支護元件，形成聯合支護方式，能夠顯著增強支護體系的整體性能。高強錨桿具有較大的抗拉強度和延性，能夠有效約束圍巖變形。錨索具有較長的錨固長度，能夠加固深部圍巖，抑制分層冒落。單體液壓支柱能夠給予支架額外的支撐力，補償采動應力的影響。多種支護元件優勢互補，構建起高可靠性、強適應性的立體支護體系，為保障綜放工作面安全提供堅實屏障[3]。

（三）開發環保型充填材料

為降低充填開采成本，應大力開發基于礦井廢棄物的環保型充填材料。如采用電廠粉煤灰、選煤廠煤泥、洗煤廢水等工業廢渣，通過化學活化、高溫燒結等改性處理，制備具有高強度、早期強度高、微膨脹特性的復合膠凝材料，部分可替代水泥用于采空區充填，在降低成本的同時實現固廢資源化利用。針對充填體易產生收縮裂縫、導致失穩等問題，可在其中摻入聚丙烯纖維、鋼纖維、玄武巖纖維等高性能增強材料，通過纖維橋聯、抗裂機理，顯著提高充填體抗拉強度、斷裂韌性及抗剪切性能，大幅改善其工程力學性能。在充填工藝方面，可采用分段充填法，嚴格控制單層充填體厚度，保證充填體成型質量。并根據充填區圍巖應力應變監測結果，及時優化充填體配比、充填速度及充填順序等工藝參數，確保充填區長期穩定。

四、結束語

綜上所述，中厚煤層是未來煤炭資源的主要開采對象，大力推廣中厚煤層綜放開采工藝是必然趨勢。要充分利用現代信息技術成果，著力攻克復雜地質條件、瓦斯治理、智能化系統集成等技術難題，不斷完善綜放開采裝備與支護技術，開發環保型充填材料，健全標準規范體系，全面提升中厚煤層綜放開采的安全性、效率與智能化水平，為煤炭工業高質量發展提供強有力的技術支撐。能

參考文獻：

[1]張濤。新形勢下煤礦開采中采煤技術的應用[J].能源與節能，2024，（08）：159-161.

[2]李偉。新形勢下煤礦開采中采煤技術的應用探討[J].能源與節能，2023，（07）：210-212.

[3]徐磊。新形勢下煤礦開采中的采煤技術質量研究[J].中國石油和化工標準與質量，2021，41（14）：184-185.作者單位：山東能源棗礦集團田陳煤礦