井下采煤生產(chǎn)技術(shù)及采煤方法的選擇

1、2011.02123摘要：采煤方法和工藝的進(jìn)步和完善始終是采礦學(xué)科發(fā)展的主題。文章根據(jù)采煤技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)我國(guó)井下采煤技術(shù)進(jìn)行論述，并提出了采煤工藝和方法。關(guān)鍵詞：井下采煤生產(chǎn)技術(shù)；“三下”采煤技術(shù)；采場(chǎng)圍巖控制技術(shù)中圖分類號(hào)：TD823文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10092374（2011）04012302井下采煤生產(chǎn)技術(shù)及采煤方法的選擇王相懷（蘆溪縣煤炭管理局，江西萍鄉(xiāng)337000）中國(guó)是世界上煤炭資源最豐富的國(guó)家之一。截至2002年

2、底，我國(guó)已探明的保有煤炭?jī)?chǔ)量在1萬億噸以上，而且煤種齊全，為我國(guó)發(fā)展煤炭工業(yè)提供了必要的基礎(chǔ)條件。新中國(guó)成立以來，我國(guó)煤炭工業(yè)得到了迅速發(fā)展，逐步革新了落后的回采工藝，分別于20世紀(jì)60年代和70年代研制和推行了普通機(jī)械化和綜合機(jī)械化的采煤設(shè)備與工藝，采煤機(jī)械化水平有了較大的提高。我國(guó)采煤機(jī)械化進(jìn)入全新的發(fā)展階段，應(yīng)用推廣了連采技術(shù)及裝備；普通機(jī)械化工作面的裝備進(jìn)行了全面的更新?lián)Q代，采用了無鏈牽引雙滾筒采煤機(jī)，雙速、側(cè)卸、封底式刮板輸送

3、機(jī)以及型長(zhǎng)鋼梁支護(hù)頂板等新設(shè)備和新工藝；綜合機(jī)械化采煤工作面向大功率、電牽引、程序化發(fā)展，煤礦生產(chǎn)技術(shù)水平大幅提高。90年代，我國(guó)開展高產(chǎn)高效礦井建設(shè)，到2005年為止，建成了一批主要代表的高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井184個(gè)，年產(chǎn)百萬噸的綜采隊(duì)195個(gè)。2005年，全國(guó)原煤產(chǎn)量達(dá)21.1億噸，創(chuàng)歷史最高水平，居世界第一位。國(guó)有重點(diǎn)煤礦采煤機(jī)械化程度達(dá)80%以上，綜采工作面最高年產(chǎn)量達(dá)10.64Mt，連采采煤工作面最高年產(chǎn)量達(dá)2.24Mt。一、采

4、煤方法和工藝采煤方法和工藝的進(jìn)步和完善始終是采礦學(xué)科發(fā)展的主題。采煤工藝的發(fā)展將帶動(dòng)煤炭開采各環(huán)節(jié)的變革，現(xiàn)代采煤工藝的發(fā)展方向是高產(chǎn)、高效、高安全性和高可靠性，基本途徑是使采煤技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合，研究開發(fā)力強(qiáng)、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤設(shè)備和生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，改進(jìn)和完善采煤工藝。在發(fā)展現(xiàn)代采煤工藝的同時(shí)，繼續(xù)發(fā)展多層次、多樣化的采煤工藝，建立具有中國(guó)特色的采煤工藝?yán)碚?。我?guó)長(zhǎng)壁采煤方法已趨成熟，放頂煤采煤的應(yīng)用在不斷擴(kuò)展，

5、應(yīng)用水平和理論研究的深度和廣度都在不斷提高，急傾斜、不穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等難采煤層采煤方法和工藝的研究有很大空間，主要方向是改善作業(yè)條件，提高單產(chǎn)和機(jī)械化水平。（一）開發(fā)煤礦高效集約化生產(chǎn)技術(shù)建設(shè)生產(chǎn)高度集中、高可靠性的高產(chǎn)高效礦井開采技術(shù)。以提高工作面單產(chǎn)和生產(chǎn)集中化為核心，以提高效率和經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，研究開發(fā)各種條件下的高效能、高可靠性的采煤裝備和工藝，簡(jiǎn)單、高效、可靠的生產(chǎn)系統(tǒng)和開采布置，生產(chǎn)過程監(jiān)控與科學(xué)管理等相互配套的成套開采

6、技術(shù)。發(fā)展各種礦井煤層條件下的采煤機(jī)械化，進(jìn)一步改進(jìn)工藝和裝備，提高應(yīng)用水平和擴(kuò)大應(yīng)用范圍，提高采煤機(jī)械化的程度和水平。開發(fā)“淺埋深、硬頂板、硬煤層高產(chǎn)高效現(xiàn)代采煤成套技術(shù)”主要解決以下技術(shù)難題。硬頂板控制技術(shù)，研究埋深淺、地壓小的硬厚頂板控制技術(shù)，主要通過巖層定向水力壓裂、傾斜深孔爆破等頂板快速處理技術(shù)，使直接頂能隨采隨冒，提高頂煤回收率，且基本頂能按一定步距垮落，既有利于頂煤破碎，又保證工作面的安全生產(chǎn)。硬厚頂煤控制技術(shù)，研究開發(fā)埋

7、深淺、支承壓力小條件硬厚頂煤的快速處理技術(shù)，包括高壓注水壓裂技術(shù)和頂煤深孔預(yù)爆破處理技術(shù)，使頂煤體能隨采隨冒，提高其回收率。頂煤冒放性差，塊度大的綜放開采設(shè)備配套技術(shù)，研制既有利于頂煤破碎和頂板控制，又有利于放頂煤的新型液壓支架，合理確定后部輸送機(jī)能力。兩硬條件下放頂煤開采快速推進(jìn)技術(shù)，研究合適的綜放開采回采工藝，優(yōu)化工序，縮短放煤時(shí)間，提高工作面的推進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。5～5.5m寬煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)，通過寬煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的研究開發(fā)和

8、應(yīng)用，有利于綜采配套設(shè)備的大功率和重型化，有助于連續(xù)采煤機(jī)的應(yīng)用，促進(jìn)工作面的高產(chǎn)高效。（二）緩傾斜薄煤層長(zhǎng)壁開采主要研究開發(fā)：體積小、功率大、高可靠性的薄煤層采煤機(jī)、刨煤機(jī)；研制適合刨煤機(jī)綜采的液壓支架；研究開發(fā)薄煤層工作面的總體配套技術(shù)和高效開采技術(shù)。（三）鍘頃斜厚煤層一次采全厚大采高長(zhǎng)壁綜采應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)完善支架結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度，加強(qiáng)支架防倒、萬方數(shù)據(jù)2011.02124防滑、防止頂梁焊縫開裂和四連桿變形、防止嚴(yán)重?fù)p壞千斤頂措施等的研究，

9、提高支架的可靠性，縮小其與中厚煤層高產(chǎn)高效指標(biāo)的差距。（四）各種綜采高產(chǎn)高效綜采設(shè)備保障系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，就要提高開機(jī)率，對(duì)“支架:圍巖”系統(tǒng)，采運(yùn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。今后研究的重點(diǎn)是：通過電液控制閥組操縱支架和改善“支架；圍巖”系統(tǒng)控制，進(jìn)一走完善液壓信息、支架位態(tài)、頂板狀態(tài)、支護(hù)質(zhì)量信包的自動(dòng)采集系統(tǒng)；乳化液泵站及液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)診斷:采煤機(jī)在線與離線相結(jié)合的“油，磨屑”監(jiān)測(cè)和溫度、電信號(hào)的監(jiān)測(cè)；帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)全面狀態(tài)監(jiān)控

10、。二、深礦井開采技術(shù)深礦井開采的關(guān)鍵技術(shù)是:煤層開采的礦壓控制、沖擊地壓防治、瓦斯和熱害治理及深井通風(fēng)、井巷布置等；需要攻關(guān)研究的是:深井圍巖狀態(tài)和應(yīng)力場(chǎng)及分布狀態(tài)的特征；深井作業(yè)場(chǎng)所工作環(huán)境的變化；深井巷道快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)與裝備；深井沖擊地壓防治技術(shù)與監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)；深礦井高產(chǎn)高效開采有關(guān)配套技術(shù)；深礦井開采熱害治理技術(shù)與裝備。三、“三下”采煤技術(shù)提高數(shù)值模擬計(jì)算和相似材料模擬等，深入研究開采上覆巖層運(yùn)動(dòng)和地表下陷規(guī)律，研究滿足地表、

11、建筑物、地下水資源保護(hù)需要的合理的開采系統(tǒng)和優(yōu)化參數(shù)，發(fā)展沉降控制理念和關(guān)鍵技術(shù)，包括用地表廢料向垮落法工作面采空區(qū)充填的系統(tǒng)；研究與應(yīng)用各種充填技術(shù)和組合充填技術(shù)，村莊房屋加固改造重建技術(shù)，適于村莊保護(hù)的開采技術(shù)；研究近水體開采的開采設(shè)計(jì)，工藝參數(shù)優(yōu)化和裝備，提出煤炭開采與煤炭城市和諧統(tǒng)一的開采沉陷控制、開采村莊下壓煤、土地復(fù)墾和礦井水資源化等關(guān)鍵技術(shù)。四、優(yōu)化巷道布置，減少矸石排放的開采技術(shù)改進(jìn)、完善現(xiàn)有采煤方法和開采布置，以實(shí)現(xiàn)開

12、采效益最大化為目標(biāo)，研究開發(fā)煤礦地質(zhì)條件開采巷道布置及工藝技術(shù)評(píng)價(jià)體系專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開采方法、開采布置與煤層地質(zhì)條件的最優(yōu)匹配。實(shí)行全煤巷布置單一煤層開采，矸石基本不運(yùn)出地面，生產(chǎn)系統(tǒng)要減化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)中采與中掘同走發(fā)展，生產(chǎn)效率大幅提高的經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，重點(diǎn)研究高產(chǎn)高效礦井，開拓部署與巷道布置系統(tǒng)的優(yōu)化，減化巷道布置，優(yōu)化采區(qū)及工作面參數(shù)，研究單一煤層集中開拓，集中準(zhǔn)備、集中回采的關(guān)鍵技術(shù)，大幅度降低巖巷掘進(jìn)率，多開煤巷，減少出矸率；研究矸

13、石在井下直接處理、作為充填材料的技術(shù)，既是減少污染的一項(xiàng)有利措施，又減化了生產(chǎn)系統(tǒng)，有利于高產(chǎn)高效集中化開采，應(yīng)加緊研究。五、采場(chǎng)圍巖控制技術(shù)（一）進(jìn)一走完善采場(chǎng)圍巖控制理論以科學(xué)合理、優(yōu)化高效的巖層控制技術(shù)來保證開采活動(dòng)的安全、高效低成本為目標(biāo)，深入總結(jié)我國(guó)幾十年的礦山壓力研究成果，以理論分析（解析法）、現(xiàn)代數(shù)學(xué)力學(xué)和實(shí)測(cè)法相結(jié)合運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，深入研究各種煤層地質(zhì)及開采條件，如及傾斜、大采高、大采深采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律及圍巖破

14、壞與平衡機(jī)理，不斷完善采場(chǎng)圍巖控制技術(shù)。研究堅(jiān)硬頂板與破碎頂板條件下應(yīng)用高技術(shù)低成本巖層控制技術(shù)。目前，由于直用高壓注水、深孔預(yù)裂爆破處理堅(jiān)硬頂板和應(yīng)用化學(xué)加固技術(shù)存在工藝復(fù)雜、成本高的問題，因而需進(jìn)一步研究開發(fā)新技術(shù)、新工藝、新材料來解決這些問題。（二）放頂煤開采巖層和支架圍巖相互作用機(jī)理研究放頂煤開采力學(xué)模型、圍巖應(yīng)力、頂煤破碎機(jī)理、支架、頂煤、直接頂、基本頂相互作用關(guān)系；運(yùn)用離散元等方法研究頂煤放落規(guī)律，提出放煤優(yōu)化準(zhǔn)則和提高頂煤

15、回收率的途徑。（三）支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在總結(jié)緩傾斜中厚長(zhǎng)壁工作面開展支護(hù)質(zhì)量于頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面，應(yīng)進(jìn)一步在堅(jiān)硬頂板、破碎頂板、急傾斜、放頂煤工作面開展支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)應(yīng)不斷完善現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)技術(shù)，發(fā)展智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，改進(jìn)監(jiān)測(cè)儀表，使監(jiān)測(cè)儀表向直觀、輕便、小型化方向發(fā)展。（四）沖擊地壓的預(yù)測(cè)和防治通過計(jì)算機(jī)模擬研究沖擊性礦壓顯現(xiàn)發(fā)生的機(jī)理；進(jìn)一步完善沖壓性礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，發(fā)展遙控測(cè)量和預(yù)報(bào)技術(shù)，完善沖擊性礦壓綜合防治措施

16、的優(yōu)化選擇專家系統(tǒng)。（五）研究開發(fā)新型的支護(hù)設(shè)備研究硬煤層、硬頂板放頂煤液壓支架，完善液壓支架性能和快速移架系統(tǒng)，開發(fā)耐炮崩、輕型化單體液壓支架和厚煤層巷錨索和可深縮錨桿。六、結(jié)語煤礦生產(chǎn)開采技術(shù)隨著煤層賦存條件的不同而有很大的差異。我國(guó)煤層賦存條件多種多樣，目前國(guó)有重點(diǎn)煤礦緩斜、傾斜和急斜煤層可采儲(chǔ)量分別占86.3%，10.1%和0.6%；這些特點(diǎn)決定了我國(guó)采煤方法必然是多種多樣的。上世紀(jì)80年代采煤方法得到迅速發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)明顯