我国煤炭开采技术

摘 要:采煤方法和工艺的进步始终是采矿学发展的主题.采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革,现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性,基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合,研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统,改进和完善采煤工艺.

关 键 词:煤矿开采复垦

中图分类号:TD82文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)05(a)-0099-01

1我国煤矿开采技术研究浅析

(1)浅埋深、硬顶板、硬煤层高效综采技术.所谓高效综采技术,是以提高工作面单产和生产集中化为核心,以提高效率和经济效益为目标,研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺,简单、高效、可靠的生产系统和开采布置,生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术,发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化,进一步改进工艺和装备,提高应用水平和扩大应用范围,提高采煤机械化的程度和水平.浅埋深、硬顶板、硬煤层高效综采技术则主要解决以下几个问题:①硬顶板控制技术,研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术,主要通过岩层定向水力压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术,使直接顶能随采随冒,提高顶煤回收率,且基本顶能按一定步距垮落,既有利于顶煤破碎,又保证工作面的安全生产.②硬厚顶煤控制技术,研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术,包括高压注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术,使顶煤体能随采随冒,提高其回收率.③顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术,研制既有利于顶煤破碎和顶板控制,又有利于放顶煤的新型液压支架,合理确定后部输送机能力.(2)长壁开采技术.针对缓倾斜薄煤层,应主要研究开发:体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机、刨煤机,研制适合刨煤机综采的液压支架,研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术.针对缓倾斜厚煤层,应进一步加强完善支架结构及强度,加强支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究,提高支架的可靠性,缩小其与中厚煤层(采高3m左右)高产高效指标的差距.(3)深矿井开采技术.深矿井开采的关键技术是:煤层开采的矿压控制、冲击地压防治、瓦斯和热害治理及深井通风、井巷布置等,需要攻关研究的是:深井围岩状态和应力场及分布状态的特征,深井作业场所工作环境的变化,深井巷道(特别是软岩巷道)快速掘进与支护技术与装备,深井冲击地压防治技术与监测监控技术,深矿井高产高效开采有关配套技术,深矿井开采热害治理技术与装备.

2影响煤矿开采的因素

(1)煤层的产状.煤层产状平缓、走向与倾向方向产状变化又很小,可考虑设计大型综合机械化的矿井,当煤层产状急倾斜,煤层褶皱紧密或断裂构造发育,则会给生产带来极大的困难,采煤机械化受到限制,生产能力也很难提高,一般只宜设计中、小型矿井.所以煤层的产状、褶皱和断层的发育程度,以及岩浆岩的影响程度等是构造复杂程度的主要方面,以此把构造复杂程度划分为简单、中等、复杂、极复杂四类.按煤层倾角大小,将煤层分为缓倾斜煤层(倾角<25°)、倾斜煤层(倾角为25°～45°)、急倾斜煤层(倾角>45°).习惯上常将倾角<5°的煤层称为近水平煤层,将倾角>60°的煤层称为立槽煤.(2)瓦斯.矿井瓦斯系指井下煤体和围岩中涌出及生产过程中产生的各种有害气体的总称.瓦斯是在成煤过程中生成,目前主要系指煤体和围岩中涌出的气体.瓦斯主要成分是沼气(甲烷),它是无毒且使人窒息而死的气体,当空气中甲烷达到一定体积分数时,遇火容易引起爆炸,所以它对人和煤矿安全生产都会带来极大的危害.(3)煤尘.煤尘是指矿井生产过程中所产生的煤的微粒.煤尘的危害性主要表现为煤尘燃烧与爆炸,此外,煤尘还污染空气,严重影响人体健康.我国煤矿有80%左右有煤层爆炸危险性.影响煤尘爆炸的主要因素是煤的挥发分含量.煤的挥发分越高,煤尘爆炸性越大.因此可利用挥发分含量作为初步评定煤尘爆炸性的指标,即:Vdaf<10%,为不爆炸煤层,Vdaf为10%～15%,为爆炸性弱的煤层,Vdaf>15%,为爆炸性开始迅速增加的煤层.此外,评价煤尘爆炸性的其它指标有灰分、水分,煤的粒度和肉眼煤岩类型.

3煤炭开采技术进步思路

(1)改进采煤方法和工艺.①矿井集约化开拓布置技术.随着生产集约化和自动化程度的提高,在地质条件允许的矿区,可以走一井一面的集约化生产模式,而在地质条件不允许的矿区,也可以走多井生产,一井出煤的模式,大量减少地面设施和简化生产流程,降低管理成本.②短壁开采工艺技术.随着大规模粗放性开采,适合长壁开采的煤炭资源日益减少,但长壁开采后的残留煤柱、不能布置长壁的残采煤区、不规则块段等的煤炭储量却在逐年上升,一些城市和村镇的建筑物下、铁路下、水体下(以下简称“三下”)压煤量也很大,另外,处于矿区煤田的边缘地带、小的地质构造附近的煤炭,以及露天煤矿边坡下压煤,均不能用常规的长壁开采技术采出,因此,短壁开采技术在我国将有很大的发展空间.为满足既适应短壁开采,又可快速掘进的需求,将需要开发出能够进行横轴与纵轴切割方式互换的用于半煤岩巷道掘进和煤巷快速掘进的掘进机短壁开采离机遥控操作系统、连续运输系统以及短壁工作面通风安全系统等.

(2)采场围岩控制技术.①进一步完善采场围岩控制理论.以科学合理、优化高效的岩层控制技术来保证开采活动得安全、高效、低成本为目标,深入总结我国几十年的矿山压力研究成果,以理论分析(解析法)、现代数学力学(统计分析预测、数值法)和实测法相结合,运用先进的计算机技术,深入研究各种煤层地质及开采条件,如急倾斜、大采高、大采深采场矿山压力显现规律及围岩破坏与平衡机理,不断完善采场围岩控制技术.②研究坚硬顶板与破碎顶板条件下应用高技术低成本岩层控制技术.目前,由于应用高压注水、深孔预裂爆破处理坚硬顶板和应用化学加固技术存在工艺复杂、成本高的问题,因而需要进一步研究开发新技术、新工艺、新材料来解决这些问题.③放顶煤开采的岩层和支架-围岩相互作用原理.研究放顶煤开采力学模型、围岩应力、顶煤破碎机理、支架-顶煤-直接顶-基本顶相互作用关系,运用离散元等方法研究顶煤放落规律,提出放煤优化准则和提高顶煤回收率的途径.

煤矿地下开采技术的变革依赖于采矿装备的创新,没有采矿装备的发展,就不可能有采煤技术的进步.采煤工作面高产高效是实现矿井高效集约化开采的前提,矿井大型化、集中化、系统化和自动化是发展方向.煤炭开采技术进步思路是改进采煤方法和工艺,采用矿井网络化信息化监测监控技术.