井下采煤生產(chǎn)技術及采煤方法的選擇

1、2011.02123摘要：采煤方法和工藝的進步和完善始終是采礦學科發(fā)展的主題。文章根據(jù)采煤技術的發(fā)展狀況，對我國井下采煤技術進行論述，并提出了采煤工藝和方法。關鍵詞：井下采煤生產(chǎn)技術；“三下”采煤技術；采場圍巖控制技術中圖分類號：TD823文獻標識碼：A文章編號：10092374（2011）04012302井下采煤生產(chǎn)技術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）中國是世界上煤炭資源最豐富的國家之一。截至2002年

2、底，我國已探明的保有煤炭儲量在1萬億噸以上，而且煤種齊全，為我國發(fā)展煤炭工業(yè)提供了必要的基礎條件。新中國成立以來，我國煤炭工業(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60年代和70年代研制和推行了普通機械化和綜合機械化的采煤設備與工藝，采煤機械化水平有了較大的提高。我國采煤機械化進入全新的發(fā)展階段，應用推廣了連采技術及裝備；普通機械化工作面的裝備進行了全面的更新?lián)Q代，采用了無鏈牽引雙滾筒采煤機，雙速、側卸、封底式刮板輸送

3、機以及型長鋼梁支護頂板等新設備和新工藝；綜合機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)技術水平大幅提高。90年代，我國開展高產(chǎn)高效礦井建設，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，年產(chǎn)百萬噸的綜采隊195個。2005年，全國原煤產(chǎn)量達21.1億噸，創(chuàng)歷史最高水平，居世界第一位。國有重點煤礦采煤機械化程度達80%以上，綜采工作面最高年產(chǎn)量達10.64Mt，連采采煤工作面最高年產(chǎn)量達2.24Mt。一、采

4、煤方法和工藝采煤方法和工藝的進步和完善始終是采礦學科發(fā)展的主題。采煤工藝的發(fā)展將帶動煤炭開采各環(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與現(xiàn)代高新技術相結合，研究開發(fā)力強、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤設備和生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，改進和完善采煤工藝。在發(fā)展現(xiàn)代采煤工藝的同時，繼續(xù)發(fā)展多層次、多樣化的采煤工藝，建立具有中國特色的采煤工藝理論。我國長壁采煤方法已趨成熟，放頂煤采煤的應用在不斷擴展，

5、應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)構造復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)和機械化水平。（一）開發(fā)煤礦高效集約化生產(chǎn)技術建設生產(chǎn)高度集中、高可靠性的高產(chǎn)高效礦井開采技術。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)濟效益為目標，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)控與科學管理等相互配套的成套開采

6、技術。發(fā)展各種礦井煤層條件下的采煤機械化，進一步改進工藝和裝備，提高應用水平和擴大應用范圍，提高采煤機械化的程度和水平。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”主要解決以下技術難題。硬頂板控制技術，研究埋深淺、地壓小的硬厚頂板控制技術，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，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，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，包括高壓注水壓裂技術和頂煤深孔預爆破處理技術，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備配套技術，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能力。兩硬條件下放頂煤開采快速推進技術，研究合適的綜放開采回采工藝，優(yōu)化工序，縮短放煤時間，提高工作面的推進度，實現(xiàn)高產(chǎn)高效。5～5.5m寬煤巷錨桿支護技術，通過寬煤巷錨桿支護技術的研究開發(fā)和

8、應用，有利于綜采配套設備的大功率和重型化，有助于連續(xù)采煤機的應用，促進工作面的高產(chǎn)高效。（二）緩傾斜薄煤層長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、刨煤機；研制適合刨煤機綜采的液壓支架；研究開發(fā)薄煤層工作面的總體配套技術和高效開采技術。（三）鍘頃斜厚煤層一次采全厚大采高長壁綜采應進一步加強完善支架結構及強度，加強支架防倒、萬方數(shù)據(jù)2011.02124防滑、防止頂梁焊縫開裂和四連桿變形、防止嚴重損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)高效指標的差距。（四）各種綜采高產(chǎn)高效綜采設備保障系統(tǒng)要實現(xiàn)高產(chǎn)高效，就要提高開機率，對“支架:圍巖”系統(tǒng)，采運設備進行監(jiān)控。今后研究的重點是：通過電液控制閥組操縱支架和改善“支架；圍巖”系統(tǒng)控制，進一走完善液壓信息、支架位態(tài)、頂板狀態(tài)、支護質(zhì)量信包的自動采集系統(tǒng)；乳化液泵站及液壓系統(tǒng)運行狀態(tài)的檢測診斷:采煤機在線與離線相結合的“油，磨屑”監(jiān)測和溫度、電信號的監(jiān)測；帶式輸送機、刮板輸送機全面狀態(tài)監(jiān)控

10、。二、深礦井開采技術深礦井開采的關鍵技術是: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、井巷布置等；需要攻關研究的是:深井圍巖狀態(tài)和應力場及分布狀態(tài)的特征；深井作業(yè)場所工作環(huán)境的變化；深井巷道快速掘進與支護技術與裝備；深井沖擊地壓防治技術與監(jiān)測監(jiān)控技術；深礦井高產(chǎn)高效開采有關配套技術；深礦井開采熱害治理技術與裝備。三、“三下”采煤技術提高數(shù)值模擬計算和相似材料模擬等，深入研究開采上覆巖層運動和地表下陷規(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鍵技術，包括用地表廢料向垮落法工作面采空區(qū)充填的系統(tǒng)；研究與應用各種充填技術和組合充填技術，村莊房屋加固改造重建技術，適于村莊保護的開采技術；研究近水體開采的開采設計，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、土地復墾和礦井水資源化等關鍵技術。四、優(yōu)化巷道布置，減少矸石排放的開采技術改進、完善現(xiàn)有采煤方法和開采布置，以實現(xiàn)開

12、采效益最大化為目標，研究開發(fā)煤礦地質(zhì)條件開采巷道布置及工藝技術評價體系專家系統(tǒng)，實現(xiàn)開采方法、開采布置與煤層地質(zhì)條件的最優(yōu)匹配。實行全煤巷布置單一煤層開采，矸石基本不運出地面，生產(chǎn)系統(tǒng)要減化，同時實現(xiàn)中采與中掘同走發(fā)展，生產(chǎn)效率大幅提高的經(jīng)驗的同時，重點研究高產(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，集中準備、集中回采的關鍵技術，大幅度降低巖巷掘進率，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，既是減少污染的一項有利措施，又減化了生產(chǎn)系統(tǒng)，有利于高產(chǎn)高效集中化開采，應加緊研究。五、采場圍巖控制技術（一）進一走完善采場圍巖控制理論以科學合理、優(yōu)化高效的巖層控制技術來保證開采活動的安全、高效低成本為目標，深入總結我國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)學力學和實測法相結合運用先進的計算機技術，深入研究各種煤層地質(zhì)及開采條件，如及傾斜、大采高、大采深采場礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律及圍巖破

14、壞與平衡機理，不斷完善采場圍巖控制技術。研究堅硬頂板與破碎頂板條件下應用高技術低成本巖層控制技術。目前，由于直用高壓注水、深孔預裂爆破處理堅硬頂板和應用化學加固技術存在工藝復雜、成本高的問題，因而需進一步研究開發(fā)新技術、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理研究放頂煤開采力學模型、圍巖應力、頂煤破碎機理、支架、頂煤、直接頂、基本頂相互作用關系；運用離散元等方法研究頂煤放落規(guī)律，提出放煤優(yōu)化準則和提高頂煤

15、回收率的途徑。（三）支護質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測技術在總結緩傾斜中厚長壁工作面開展支護質(zhì)量于頂板動態(tài)監(jiān)測方面，應進一步在堅硬頂板、破碎頂板、急傾斜、放頂煤工作面開展支護質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測，同時應不斷完善現(xiàn)有的監(jiān)測技術，發(fā)展智能化監(jiān)測系統(tǒng)，改進監(jiān)測儀表，使監(jiān)測儀表向直觀、輕便、小型化方向發(fā)展。（四）沖擊地壓的預測和防治通過計算機模擬研究沖擊性礦壓顯現(xiàn)發(fā)生的機理；進一步完善沖壓性礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)展遙控測量和預報技術，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)新型的支護設備研究硬煤層、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、結語煤礦生產(chǎn)開采技術隨著煤層賦存條件的不同而有很大的差異。我國煤層賦存條件多種多樣，目前國有重點煤礦緩斜、傾斜和急斜煤層可采儲量分別占86.3%，10.1%和0.6%；這些特點決定了我國采煤方法必然是多種多樣的。上世紀80年代采煤方法得到迅速發(fā)展，生產(chǎn)技術指標明顯