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西安科技大学西安科技大学 硕士学位论文硕士学位论文 陕西煤矿回采率分析及其提高对策研究 Study On Underground Mining Recovery Investigation And Its Improvement Measures In Shaanxi Province 专专 业业 采矿工程采矿工程 硕硕 士士 生生 毛毛 小小 娃娃 指导教师指导教师 索索 永永 录录 万方数据 论文题目陕西煤矿回采率分析及其提高对策研究 专 业采矿工程 硕 士 生毛小娃 签名 指导教师索永录 签名 摘要 煤炭资源是一种不可再生资源，中国发展所需要的一次能源主要依靠煤炭资源。掌 握我国的煤炭开采回采率状况，以进一步提高煤炭开采回采率，这对我国煤炭资源利用 的健康可持续发展具有重要战略意义。 本文根据 2013 年我国开展的重要矿产资源“三率”调查与评价，给出了煤矿开采 回采率的具体计算方法。从煤矿开采范围和煤炭损失形态上分析了开采煤炭资源储量损 失的主要构成及其原因，分析研究造成煤炭储量损失的主要原因，得出影响煤矿开采回 采率的主要因素。回采率影响因素之间相互联系，相互影响，组成了一个复杂的系统。 建立影响因素的解释结构模型，得出了影响因素之间的关系。 对 2013 年陕西煤矿开采回采率调查的基本数据进行了全面系统的统计分析，掌握 了陕西回采率现状。陕西平均矿井回采率为 60.23，2009 至 2011 年，矿井回采率为 62.71，采区回采率为 74.02，工作面回采率为 85.48。依据统计分析结果建立了层 次分析法（AHP）结构模型，分析查清了各主要因素对回采率影响的大小，影响最大 的因素为煤层赋存条件。 根据回采率各个因素的关系分析结果和目前矿井的客观实际，提出了提高陕西煤矿 回采率的对策。研究结果对促进陕西煤炭资源开采回采率具有科学价值。 关 键 词回采率；影响因素；解释结构模型；层次分析法 研究类型应用研究 万方数据 Subject Study On Underground Mining Recovery Investigation And Its Improvement Measures In Shaanxi Province Specialty Mining Engineering Name Mao Xiaowa Signature Instructor Suo Yonglu Signature ABSTRACT Coal resources are non-renewable resources. Chinese energy resources mainly relies on coal resources, mastering Chinese coal mining recovery status and improving the coal recovery have great importance for the sustainable development of Chinese coal resources . Calculation of coal mining recovery is based on the investigation and uation on the “three rate“ of chinese mineral resources in 2013. According coal mining range and coal loss morphological，the paper analyzes composition and reason for the loss of coal resources, and researches the main reason of the loss of coal reserves. Obtaining the main factors that affects the recovery rate of coal mining. Recovery factors constitute a complex system, in this system, the factors above which connect with each other and interact with each other. An interpretive structural modelling ISM is establish to study the the relationship among the factors. Survey data that is from coal mine recovery of Shaanxi Province in 2013 are well statistical analysed in every respect. The paper masteres the status of recovery rate in Shaanxi Province, and the average mine recovery is 60.23. 2009-2011, the mine recovery is 62.71, working section recovery is 74.02, face recovery is 85.48. The Analytic Hierarchy Process AHP structural model is established based on the results of the data analysis. The influence degree of recovery main factors is nailed down, and the most important factor is the coal seam conditions. According the relationship among the recovery rate analysis of various factors and the objective reality of the current mine, countermeasures are proposed to improve the recovery rate of the Shaanxi coal mine. The results has scientific value for the promotion of Shaanxi coal mining recovery rate. 万方数据 Keywords Recovery; Influence Factors; Interpretative Structural ModelingISM; Analytic Hierarchy Process AHP Thesis Application Research 万方数据 目录 I 目录 1 绪论 ........................................................................................................................................ 1 1.1 选题背景和研究意义 ...................................................................................................... 1 1.1.1 选题背景 ................................................................................................................... 1 1.1.2 研究意义 ................................................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状及发展趋势 .......................................................................................... 2 1.2.1 国内外研究现状 ....................................................................................................... 2 1.2.2 发展趋势 ................................................................................................................... 6 1.3 研究内容和技术路线 ...................................................................................................... 6 1.3.1 研究内容 ................................................................................................................... 6 1.3.2 技术路线 ................................................................................................................... 6 2 煤炭开采回采率计算方法 .................................................................................................... 8 2.1 设计回采率计算方法 ....................................................................................................... 8 2.2 实际回采率计算方法 ....................................................................................................... 8 2.3 本章小结 ........................................................................................................................ 10 3 影响煤矿开采回采率的因素分析 ...................................................................................... 11 3.1 煤炭损失构成分析 ........................................................................................................ 11 3.1.1 工作面开采损失 ..................................................................................................... 11 3.1.2 采区开采损失 ......................................................................................................... 12 3.1.3 矿井开采损失 ......................................................................................................... 12 3.2 影响回采率的主要因素 ................................................................................................ 13 3.2.1 地质勘探 ................................................................................................................. 14 3.2.2 煤层地质条件 ......................................................................................................... 14 3.2.3 三下压煤 ................................................................................................................. 15 3.2.4 煤矿规模 ................................................................................................................. 15 3.2.5 采煤方法及开采技术 ............................................................................................. 15 3.2.6 选矿因素 ................................................................................................................. 16 3.2.7 经济效益 ................................................................................................................. 16 3.2.8 设计的影响 ............................................................................................................. 16 3.2.9 管理因素 ................................................................................................................. 17 3.3 回采率影响因素系统解释结构模型 ............................................................................ 18 3.3.1 系统的解释结构分析方法 ..................................................................................... 18 万方数据 西安科技大学硕士学位论文 II 3.3.2 回采率影响因素的解释结构模型 .......................................................................... 18 3.4 本章小结 ........................................................................................................................ 23 4 煤矿回采率统计分析 .......................................................................................................... 24 4.1 陕西煤矿回采率数据总体状况 .................................................................................... 24 4.2 各主要影响因素对回采率的影响 ................................................................................ 25 4.2.1 矿井规模影响分析 ................................................................................................. 25 4.2.2 地质构造复杂程度影响统计分析 ......................................................................... 28 4.2.3 采煤方法影响分析 ................................................................................................. 30 4.2.4 煤层赋存条件影响分析 ......................................................................................... 32 4.3 本章小结 ........................................................................................................................ 38 5 回采率影响因素的 AHP 分析 ............................................................................................ 40 5.1 构建煤炭回采率影响因素的层次分析结构模型 ......................................................... 43 5.2 构造判断矩阵 ................................................................................................................ 44 5.4 层次单排序 .................................................................................................................... 45 5.5 层次总排序 .................................................................................................................... 47 5.6 本章小结 ........................................................................................................................ 47 6 提高回采率的对策和措施 .................................................................................................. 49 6.1 陕西煤炭回采率提高对策 ............................................................................................ 49 6.1.1 完善管政府管理机制 ............................................................................................. 49 6.1.2 煤矿企业内部管理 ................................................................................................. 49 6.1.3 地质勘探 ................................................................................................................. 50 6.1.4 经济效益 ................................................................................................................. 50 6.2 回采率提高措施 ............................................................................................................ 51 6.2.1 合理规划矿井 .......................................................................................................... 51 6.2.2 合理布置采区 .......................................................................................................... 51 6.2.3 工作面内提高采煤工艺 .......................................................................................... 51 6.3 本章小节 ........................................................................................................................ 51 7 结论 ...................................................................................................................................... 52 致谢 .......................................................................................................................................... 53 参考文献 .................................................................................................................................. 54 附录 .......................................................................................................................................... 57 万方数据 1 绪论 1 1 绪论 1.1 选题背景和研究意义 1.1.1 选题背景 煤炭资源是一种不可再生资源。中国的煤炭可采储量为 1870 亿 t[1]，按照该资料 发布时间（2009 年）的煤炭产量（煤炭消费量约为 29.1 亿 t/a）来计算，这些资源能够 满足中国生产 64 年，但是中国的煤炭产量在不断地增加，2013 年中国的煤炭产量约为 37 亿 t，可采储量的可利用时间也将大幅度减少。煤炭资源的紧缺性显而易见，提高煤 炭资源的利用水平显得尤为重要。回采率是衡量煤炭资源利用水平的重要参数，目前 我国煤炭开采回采率还比较低，研究掌握煤炭开采回采率现状水平和提高开采回采率 对我国煤炭资源的健康可持续发展具有重要战略意义。 我国对煤炭开采回采率的研究比较多，主要包括通过提高采煤技术来提高煤炭 开采回采率的研究；地质条件对煤炭开采回采率的影响的研究；煤炭开采回采率的经 济效益的研究；通过完善政府监管体系、提高煤矿企业管理水平提高煤炭开采回采率 的研究等。但是，目前缺少对煤炭开采回采率影响因素的影响程度的研究。 2013 年国家进行了重要矿产资源三率调查与评价，本文在这些调查数据基础上的 系统深入分析，对掌握回采率水平现状，分析查清主要影响因素，提出提高回采率对 策和措施具有重要作用。 1.1.2 研究意义 合理开采和利用煤炭资源，提高煤炭开采回采率，不仅是我国煤炭工业的一项重 要技术政策，同时也是缓和采掘接替紧张、延长矿井服务年限和提高经济效益的有效 手段[2]。因此，研究提高煤炭回采率对矿井发展具有重要意义，主要包括 （1）提高煤炭开采回采率能提高煤炭资源利用率，提高煤炭开采回采率是切实提 高煤炭资源利用率的前提。 （2）在一定范围内提高煤炭开采回采率，煤炭总产量提高，对应能提高煤矿企业 的经济效益。 （3）矿井资源回采率提高，可以延长矿山的服务年限。当矿山产量一定时，开采 回采率越高，服务年限越长。 （4）可以降低企业的税收负担。煤炭开采回采率越高，煤炭资源利用率就越高， 企业的经济效益就越好，相应的，企业所交的资源补偿费就越少。 万方数据 西安科技大学硕士学位论文 2 （5）可以促进企业的技术投入，提高企业的管理水平。只要企业真正认识到提高 开采回采率的巨大经济效益，认识到提高资源开采回采率对可持续发展的深远影响和 社会意义，采矿权人就会加强技术投入，提高企业管理水平，提高煤炭开采回采率。 目前我国煤炭资源回采率比较低，资源损失严重，回采率远没有达到国家规定的 要求，回采率存在很大的提升空间，值得煤炭管理部门和煤炭企业在提高回采率方面 下一番功夫[3]。此外，我国煤炭资源逐渐匮乏，很多煤矿已从原来的浅部开采转到深部 开采，开采难度增加，煤炭回采成本提高，影响煤矿经济效益。此外提高煤炭开采回 采率将对我国工业的发展产生极大的影响。 本论文以陕西煤矿的调查资料分析研究针对陕西省特殊情况的回采率状况，本课 题的研究具有如下意义 （1）明确煤炭损失的主要特点，研究影响煤炭开采回采率的主要因素，分析这些 因素是如何影响回采率的，确定各影响因素之间的关系。 （2）2013 年国家进行了重要矿产资源三率调查与评价，根据陕西三率调查的数 据，掌握煤炭开采回采率水平的现状，分析查清煤炭开采回采率的主要影响因素，研 究各影响因素对煤炭回采率的重要性程度。 （3）针对各主要影响因素对回采率的影响，提出提高煤炭开采回采率的对策。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 1.2.1 国内外研究现状 煤炭开采回采率是国内外都重视的开采指标，各国都针对自己国家的条件设定符 合自己国家国情的指标，并把设定的指标规定为相关的法律法规，其执行力度也有各 自国家的特色。回采率影响因素众多，国内外学者对其进行了大量的研究，取得了宝 贵的成果和经验，但仍然存在许多问题，目前仍处在经验积累和理论探索之中。 （1）国外研究现状 美国煤矿的总回收水平较高，井工矿的平均回收率为 58.32。从其井工的情况 看，年产 10 万-20 万吨的煤炭回收率最高，年产 50 万-100 万吨的回收最低[4]。美国小 煤矿回采率高主要得益于其优越的开采条件。同时，这也得益于美国对小煤矿的一些 优惠政策。从美国煤炭开采回采率的事实至少说明，煤矿规模大小与回采率的高低没 有正相关关系[5]。 国外提高煤炭回采率的主要研究内容是提高煤炭开采技术。在煤炭的开采中不可 避免的需要留有煤柱，煤柱在很大程度上影响煤矿开采的回采率，所以合理减少煤柱 的留设量，甚至采用无煤柱开采工艺，将会提高煤炭开采的回采率。苏联、西德、英 国等主要产煤国家，从五十年代初期开始试验和应用无煤柱护巷，提高了煤矿工作面 万方数据 1 绪论 3 回采率[6]。苏联应用无煤柱护巷的回采工作面，1967 年的煤矿回采率为 5，到 1979 年则猛增为 43；每年用无煤柱护巷法采出的煤，在煤炭总产量中占的比重由 1974 年 的 5增至 1979 年的 16，1980 年占 20，少数矿务局则高达 50-75[7]。在一段时间 内，通过无煤柱开采技术来提高煤矿的回采率，在国外不断扩大。 使用充填法处理采空区的开采技术可开采“三下”压煤从而提高煤炭资源的回采 率在波兰、德国应用较多。充填采煤法的主要原因是为了提高煤炭开采的回采率，由 于煤炭资源的紧缺，一些复杂条件下的煤炭资源又舍不得放弃，充填法开采就成了提 高回采率的有效的采煤方法。在波兰地下开采的煤大约有 25％是用采空区充填或上盘 崩落岩石注浆加固的长壁法开采的[8]。 （2）国内研究现状 1980 年，据对全国 20 余个矿务局对矿井（统配和重点矿）调查统计矿井回采率约 为 50，水平回采率约为 60，采区回采率约为 70；地方、乡镇煤矿的回采率要低 于这些数值，有些乡镇煤矿的回采率还不到 20[6]。回采率低的直接后果是造成煤炭 资源损失，缩短矿井寿命，引起自然发火危及井下安全，最终结果是综合经济效益 差。 据 1990 年地矿部矿管局监督处对我国 25 个统配煤矿、41 个地方煤矿和 31 个乡镇 煤矿的调查统配煤矿工作面、采区、矿井回采率分别为 70、60、50；地方矿采 区、矿井回采率分别为 50、30；乡镇煤矿采区回采率为 15，其矿井回采率小于 10。根据煤炭工业技术政策的要求，我国各类煤矿的回采率均未达到规定的要求， 其地方矿和乡镇矿相差更远[9]。 1993 年的数据中，我国煤炭资源平均回采率为 32，是（原）苏联的 64，发达 国家的 1/2 左右[10]。 2004 年，全国煤炭资源回采率专项检查得到的数据显示2004 年全国煤矿平均采 区回采率为 64％，平均矿井回采率为 46％[11]。 2006 年，我国有各类煤矿 2.8 万个，其中国有煤矿 2000 多个，产量约占全国煤炭 产量的 65，矿井回采率平均只有 45左右；乡镇和个体煤矿 2.6 万个，煤炭产量约 占全国产量的 35，矿井回采率平均约 15～20[12]。 2007 年，我国煤矿平均资源回收率为 30，而美国、澳大利亚、德国、加拿大等 发达国家，煤炭资源总体回收率为 60至 70。小煤矿煤炭资源回采率在 15～ 20[13]。 2008 年，我国国有重点煤矿（曾称统配煤矿）的总体采出率为 30，国有地方煤 矿的总体采出率为 20，乡镇煤矿的总体采出率为 10。全国小煤矿资源回收率也为 15[14]。 我国煤炭资源回采率低，回采率远没有达到国家要求的指标，煤炭回采率存在较 万方数据 西安科技大学硕士学位论文 4 大的提升空间。在我国，煤矿开采回采率的研究比较多，并且研究的方向也较多。 ①煤矿的规模对回采率的影响。 世界主要产煤国家在煤炭开采时，都注意确定矿井井型和服务年限，世界主要产 煤国家的平均井型苏联是 89.9 万 t、美国 11.2 万 t、波兰 304.5 万 t、英国 48.9 万 t、 法国 80.9 万 t、日本 67.8 万 t，而我国仅 2.6 万 t，是世界上主要产煤国家煤矿井型最 小的国家之一[9]。 由于目前小煤矿的资源浪费比较严重，不少有关提高回采率的论文中都提到对小 煤矿数量的控制。任传鹏，丁日佳，李上等认为中小煤矿回采率低下的原因主要有 三一是小煤矿所开采的煤层赋存条件差，开采成本高；二是采煤工艺落后，主要是 由于房柱式、打眼放炮开采工艺，这种采煤工艺落后，然而这种采煤工艺的成本却十 分低廉，采煤工艺十分简单，所以有许多小煤矿采用这种采煤工艺，开拓布局不合 理，留下大量边角煤和保护煤柱难以开采；三是管理层片面强调短期利益，采厚弃 薄，采易弃难，忽视了资源的合理回收和开发利用。乡镇煤矿大多处在地方经济不发 达的乡镇煤矿，在产权不清晰、管理不到位的情况下大量使用工资低廉的农民工，从 而阻碍其发展机械化，这是小型煤矿回采率低下的重要原因。 陈丽萍从美国的现状研究得出，煤炭开采回采率与煤矿的规模没有必然的联系[4]。 但是，从我国小型煤矿开采的条件来看，我国小型煤矿的数量需要控制。 ②煤矿的管理方式对回采率的影响。 任传鹏认为煤炭回采率的统计和监管工作不严格，使得统计数据失真，而监管工 作难以发挥奖优罚劣的督促作用。煤矿开采是一项长期持续性工作，监管部门不能对 全过程进行实时监督，导致造假、虚报行为，监管部门就不能给予合理的奖惩，进而 导致煤矿不能真正重视回采率[13]。 ③开采工艺对煤矿回采率的影响。 提高采煤工艺是提高回采率的重要手段，也是目前研究的主要方向。在无煤柱开 采工艺、综放开采工艺、大采高开采工艺、薄煤层的开采工艺、倾斜煤层的开采等方 面研究的比较多。 无煤柱煤炭开采是提高煤炭回采率的重要途径，有不少的科研人员在研究使用无 煤柱的采煤方法来提高回采率。丁焜，童有德指出无煤柱回采可减少煤炭资源损失， 可使采区回采率提高 10～15，有的甚至提