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1、我国采煤技术的现状与发展趋势我国采煤技术的现状与发展趋势苏村煤矿生产科郭飞飞摘要在当今社会发展的新形式下,煤矿开采技术的进步和完善始终是采矿学发展的主题。采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革，当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当代高新技术相结合，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，改良和完善采煤工艺。在发展当代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中华特点的采煤工艺理论。关键词:采煤工艺；控制技术；机械化开采发展趋势煤炭是我国重要的基础能源和
2、重要原料，煤炭工业的发展支撑了国民经济的快速发展。煤炭在我国一次能源生产和消费构造中的比重仍居前列近年来，随着综采设备制造技术的飞速发展，综采设备走向重型化、强力化和自动化，使设备的可靠性得到保证，有力的推动了大采高综采技术的发展，带来了新一轮采煤技术的革命，目前在神东、晋城等矿区已率先在厚煤层中使用大采高综采设备，实现了国内工效最高，吨煤成本最低的成果，极大地提高了煤炭市场的竞争能力。一、我国已成为世界最大的自然资源开采国之一一、我国是世界上多数矿产品的最大生产国在国际组织和一些国家统计的矿产品种类当中，绝大多数品种我国都有储量并进行生产；在国际贸易中交易量最大的一次能源和金属类矿产品当中，
3、所有大宗产品的产量我国都名列世界前茅，还有很多种矿产品的产量我国位居世界第一。二、我国矿产品的高产量是由过度开采维持的必须指出的是，在我国矿产品量在世界位居前茅这一成绩的背后，是对自然资源的过度开采。相对于庞大的人口规模，我国的矿产资源本来就特别贫乏。即便不考虑这一因素，就各种矿产的绝对储量来讲，与其他一些国家相比，我国的储量也不算很富集。但我国很多种矿产品生产长时期维持高产，这不能不讲是对自然资源的不计后果的开发。三、过度开采使我国的多数矿产资源将在最近干涸不顾储量多少、毫无节制的掠夺性开采，使我国的大多数矿产资源面临将在最近干涸的局面。根据联合国（矿产业统计年鉴）、（能源统计年鉴），世界金
4、属协会（金属统计）的数据综合整理而成的我国矿产资源可开采年限的统计，金属矿可开采储量的数值为金属净含量，可开采年数由开采储量除以1999年或1997年的当年产量求得。12种矿产品当中，只要3种的开采能够继续维持100年以上，其他矿产品，包括在我国矿产资源当中储量最大的煤炭在内，可开采年限仅有50年左右。能够讲，我国对自然资源过度开发问题在很大程度上是总体性的。矿产资源不可再生，我国储量相对于人口的庞大需求规模又严重缺乏，对这样珍贵的自然资源为了眼前利益进行掠夺性的开采，后果是严重的，不良影响是深远的。与我国构成鲜明对照的是，世界上很多国家从资源开发战略出发，对本国各种自然资源采取了有计划地节制
5、开发、重在保护的政策。二、我国现阶段煤炭开采技术一、采煤方法和工艺开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术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的,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,生产经过监控与科学管理等互相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,进步改良工艺和装备,提高应用水安然平静扩大应用范围,提高采煤机械化的程度和水平。1开发“埋深浅、硬顶板、硬煤层高产高效当代开采成套技术,主要解决下面技术难题。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
6、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,且基本顶能按定步距垮落,既有利于顶煤破碎,又保证工作面的安全生产。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。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,合理确定后部置输送机能力。两硬条件下放顶煤开采快速推进技术,研究适宜的综放开采回采工艺,优化工序,缩短放煤时间,提高工作面的推进度,实现高产高效。5.5m宽煤巷锚杆支护技术,通过宽煤巷
7、锚杆支护技术的研究开发和应用,有利于综采配套设备的大功率和重型化,有助于连续采煤机的应用,促进工作面的高产高效。2缓倾斜薄煤层长壁开采主要研究开发:体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机、刨煤机;研制合适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术。3缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁采应进一步加强完善支架构造及强度,加强防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变、防止严重损坏千斤顶措施等的研究,提高可靠性,缩小其与中厚煤层(采高3m左右)产高效指标的差距。4各种综采高产高效综采设备保障体系要实现高产高效,就要提高开机率,对“支架围岩系统、采掘运设备进行监控。今后研究的重点是
8、:通过电液控制阀组操纵支架和改善“支架-围岩系统控制,进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自动收集系统;乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断;采煤机在线与离线相结合的“油-磨屑监测和温度、电信号的监测;带式输送机、刮板输送机全面状态监控。二、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(十分是软岩巷道)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
9、装备。三、“三下采煤技术提高数值模拟计算和类似材料模拟等,深化研究开采上覆岩层运动和地表沉陷规律,研究知足地表、建筑物、地下水资源保护需要的合理开采系统和优化参数,发展沉降控制理论和关键技术,包括用地表废料向垮落法工作面采空区充填的系统;研究与应用各种充填技术和组合充填技术,村庄房屋加固改造重建技术,适于村庄保护的开采技术;研究近水体开采的开采设计、工艺参数优化和装备,提出煤炭开采与煤矿城市和谐统一的开采沉陷控制、开采村庄下压煤、土地复垦和矿井水资源优化等关键技术。四、优化巷道布置,减少矸石排放的开采技术改良、完善现有采煤方法和开采布置,以实现开采效益最大化为目的,研究开发煤矿地质条件开采巷道
10、布置及工艺技术评价体系专家系统,实现开采方法、开采布置与煤层地质条件的最优匹配。五、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掘活动的安全、高效、低成本为目的,深化总结我国几十年的矿山压力研究成果,以理论分析(解析法)、当代数学力学(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,深化研究各种煤层地质及开采条件。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,因此需进一步研究开发新技术、新工艺、新材料来解决这些问题。3放顶煤开采岩层和支
11、架围岩互相作用机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互相作用关系;运用离散元等方法研究顶煤放落规律,提出放顶煤优化准则和提高顶煤回收率的途径。4支护质量与顶板动态监测技术在总结缓倾斜中厚长壁工作面开展支护质量与顶板动态监测方面,应进一步在坚硬顶板、破碎顶板、急倾斜、放顶煤工作面开展支护质量与顶板动态监测,同时应不断完善现有的监测技术,发展智能化监测系统,改良监测仪表,使监测仪表向直观、轻便、小型化方向发展。5冲击地压的预测和防治通过计算机模拟研究冲击性矿压显现发生的机理;进一步完善冲击性矿压显现监测系统,发展遥控测量和预报技术,完善冲击性矿压综合防治措施的优化
12、选择专家系统。6研究开发新型的支护设备研究硬煤层、硬顶板放顶煤液压支架,完善液压支架性能和快速移架系统,开发耐炮崩、轻型化单体液压支柱和厚煤层巷道锚索和可伸缩锚杆。六、小煤矿技术改造和机械化开采技术施行国家关闭小煤矿,淘汰落后生产技术和生产设备,提高平均单井规模的技术政策,开发小型煤矿机械化、半机械化开采技术和装备,改良小煤矿的采煤方法和开采工艺,提高采煤工作面的单产和工效;提高小煤矿的顶底板控制技术水平,最大限度地减少顶底板事故率。三、煤炭开采技术的发展趋势一、改良采煤方法和工艺1矿井集约化开拓布置技术。随着生产集约化合自动化程度的提高，在地质条件允许的矿区，能够走一井一面的集约化生产形式，
13、而在地质条件不允许的矿区，可以以走多井生产，一井出煤的形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，合适长壁开采的煤炭资源日益减少，但长壁开采后的残留煤柱，不能布置长壁式残采煤区，不规划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、水体下下面简称“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，均不能用常规的长壁开采技术采出，因而，短壁开采技术将有很大的发展空间。为知足适应短壁开采，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
14、统、连续运输系统以及短壁工作面通风安全系统等。二、机电一体化、自动化煤矿开采技术装备应用电力电子驱动、传感检测、计算机与自动控制、机械电气一体化设计等技术研究开发的煤矿新一代采掘、运输、提升等新型开采设备将不断涌现。这些设备总体构造实现机械电气控制操纵一体化设计，具备工况自动监测监控功能，传动系统采用程序控制调速和软启动。煤矿机械机电一体化新型技术装备总体构造更合理，在煤矿井下狭小作业空间工作愈加可靠、维修愈加方便；配备更大功率的驱动系统，生产能力大幅度提高，在操纵和性能上实现程序控制、离机遥控、自动监测监控，使煤矿传统的采掘、运输等设备功能内涵发生重大突破，为生产经过的自动化控制奠定基础。三
15、、采用矿井网络化监测监控技术为适应高度集中化生产形式和煤矿生产集团化管理形式，先进采煤国家研制开发了矿井自动化监测监控系统，主要生产环节已基本实现自动化监测监控。全矿井综合自动化监测监控系统集语言、数据、图像于一体，兼容各种专用监控系统功能的综合监控网络系统，将监测、控制、通信功能合成一网，并发展灵敏、方便的无线接入技术。监控系统覆盖全矿井各生产环节，包括现场监测监控层、生产与安全集中控制监视层、信息管理层3个层次，通过各种矿用控制器、传感器、通信终端、摄像器等实现对综采工作面和矿井运输、通风、排水等设备和矿井瓦斯、煤尘等安全参数的自动化监测和监控。区域水文地质条件。采动影响稳定后产生的地表沉
16、陷往往影响到地表水体(河流、湖泊、井泉等)的原来形态,造成部分沟泉水量减少甚至干涸;影响当地居民正常的生产生活,进而影响区域植被生长,甚至土地沙漠化。我国大部分矿区处在干旱半干旱地区,而每年采煤毁坏地下水22亿m3,可见保水开采具有重要的意义。四、煤与瓦斯共采瓦斯既是矿井有害气体也是干净能源。因而,应该使其资源化,其技术途径有:(1)采前抽采:若能在开采前将煤层内瓦斯抽出,则是利用瓦斯改善煤矿安全的最好办法。但由于我国大部分煤体透气性低,在本层内抽采瓦斯有难度。(2)煤与瓦斯共采:开采后围岩压力降低,大量瓦斯在采空区释放,有利于瓦斯抽采,因而构成煤与瓦斯共采体系。(3)废弃矿井抽采瓦斯。鉴于废
17、弃矿井煤层经过采动而充满瓦斯,因此能够利用采动后岩体内裂隙场的分布及钻孔,将瓦斯抽排管装在井下、封闭井口后,抽出瓦斯。 (4)回风井回收瓦斯。(5)煤与瓦斯共采的技术主要有:留巷钻孔法、卸压法等。五、充填开采我国多数煤矿存在建筑物下、水体下、铁路下压煤的问题,充填采矿法对解决这类问题具有重要的意义。充填开采法是用充填材料充填采煤工作面采空区的岩层控制方法。该法能够缓和工作面支承压力产生的矿压显现,改善采场和巷道维护状况,有效减少地表下沉和变形,提高煤矿采出率,保护地面建筑物、构筑物、生态环境和水体。根据充填材料的不同,充填采矿法分矸石充填、水砂充填和膏体充填。1矸石充填利用井下采空区处臵煤矸石
18、的充填采煤方法,既能够减少煤矿固体废弃物排放,又能够减轻开采沉陷灾祸、提高矿井资源回收率,是实现煤矿绿色开采的关键技术途径之一。2水砂充填水砂充填采煤法是利用水力通过管道把充填材料沙粒送入采空区的充填采煤法。我国早在20世纪初就开场应用水砂充填采煤法,目前水砂充填技术已经特别成熟。在地面用矿车将采出、破碎及筛分后的成品砂运到贮砂仓储存。在贮砂室,砂与水混合成砂浆,经充填管路送至工作面采空区,并在采空区脱水,砂子构成充填体,废水经采区流水上山和流水道流入采区沉淀池,经沉淀后,澄清的水流入水仓,用水泵经排水管将水排至地面贮水池,以供循环利用。水砂充填采煤法充填致密,可减少煤尘危害,能有效地控制地表
19、下沉和变形,但井上下充填系统复杂,设备及设施投资大,充填材料昂贵,提高了吨煤成本。3膏体充填膏体充填技术是1979年在德国的格伦德铅锌矿首先发展起来的,由于膏体充填具有料浆质量分数高、充填效率高、成本较低等优点,这项技术试验成功以后在金属矿山得到较快的发展,在包括中国在内的很多国家得到应用。为解放村庄压煤,提高开采上限,提高煤炭资源采出率,延长矿井服务年限,太平煤矿与中国矿业大学合作开展了固体废物膏体充填不迁村采煤技术的研究。太平煤矿膏体充填系统是我国煤矿第一个膏体充填示范工程,2006年5月工业性试采获得成功。膏体充填采煤技术主要由三部分组成,即充填材料、充填设备与工艺、采动岩层充填控制理论
20、。膏体是由煤矸石、粉煤灰、水砂、水泥等组成,由地面设备加工而成的类似牙膏的流体,具有特别良好的流动性和可泵性。充填时,膏体通过巷道中的管路,由充填泵提供动力,输送到液压支架后的采空区。膏体充填技术的核心是膏体充填材料,膏体充填材料的强度对膏体充填的效果起决定作用。膏体充填后,地表下沉减小。膏体充填开采是绿色开采技术的重要组成部分,是解决煤矿开采环境问题的理想途径,是解决村庄等建筑物下大量压煤开采问题的迫切需要。六、煤炭地下气化技术煤炭地下气化技术是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧,通过对煤的热化学作用而产生可燃气体的经过。煤炭地下气化技术属于一种特殊的采煤方法,它是国际首创。煤炭地下气化技术具
21、有投资少、安全、工期短、见效快、用人少、效率高、成本低、效益好等优点,尤其合适我国煤矿地质条件复杂、劣质煤比例高、“三下压煤严重的矿区。具有广阔的推广应用前景。应继续研究完善“长通道、大断面、两阶段和“矿井式气化两种典型煤炭地下气化工艺,进行较大规模的地下气化试验研究,探索实现“两个控制、三个稳定的技术途径,并实现连续、稳定生产探索应用的途径。但是,地下煤炭气化燃烧产生的苯和酚是致癌物质,有可能毒化水资源;燃烧构成的大量二氧化碳对空气也是严重的污染。目前我国的地下气化技术仍处于工业试验阶段,有很多问题需要去研究和探索。四、总结采煤技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志，也是国际间科技竞争的重点。我国正处于经济发展的关键时期，采煤技术是我们的薄弱环节。只要跟上发展先进采煤技术的世界潮流，将其放在战略有限地位，并以足够的力度予以施行，才能尽快缩小与发达国家的差距，才能在剧烈的市场敬振华中立于不败之地。参考文献:1刘开通.优化配煤生产优质焦炭J.燃料与化工,2006,37(5)；2缪协兴,钱鸣高.中国煤炭资源绿色开采研究现状与瞻望J.采矿与安全工程学报,2020(3)；3黄庆享.煤炭资源绿色开采J.陕西煤炭.2020(03)；4徐睿,谢亚涛,周坤鹏.煤炭绿色保水开采J.矿业快报,2020(6)。当前位置：文档视界我国采煤技术的现状与发展趋势我国采煤技术的现状与发展趋势