煤矿开采技术研究.pdf

2020 年 2 月2020 年第 2 期 近些年，中国虽然一直在做能源结构调整，煤炭 消费在能源消费中所占的比例逐年下降，但不能改变 煤炭主体能源的地位。据有关专家预测，在未来几十 年中，煤炭在中国能源消费中所占的比例依然在 50 以上[1]。所以，保证煤炭资源的产量对于中国经济建设 的平稳发展具有重要意义。经过发展，中国煤炭开采 技术取得了飞越式的发展，实现了从放炮开采技术到 综合机械化开采技术的变革，煤矿生产效率显著提高。 由于中国煤层赋存地质条件复杂，煤矿开采过程中存 在各种问题。因此，需要分析中国煤矿开采的现状， 并对煤矿开采技术进行分析，为进一步提高煤矿开采 效率提供保障。 1中国煤矿开采现状分析 综合机械化是煤矿发展的目标，但中国矿井的机 械化程度存在一定的差异性。中国的煤矿按照主管单 位可分为乡镇煤矿、地方煤矿和国有煤矿。主管单位 的差异导致煤矿建设方面存在着一定的差异，主要体 现在开采技术水平方面。大多数情况下，乡镇煤矿的 生产规模较小，只有几万吨或几十万吨，机械化水平 较低，工人劳动强度大[2-3]。造成这种差异的主要原因 是地方煤矿和乡镇煤矿缺少必要的资金投入。国有煤 矿综合机械化水平在 90以上，而地方煤矿和乡镇煤 矿只有 60～70，存在显著差别。这就导致了地方煤 矿和乡镇煤矿的生产效率较低，安全问题突出。国有 煤矿的生产规范比地方煤矿和乡镇煤矿的生产规范更 加严格，安全性得到保障，大大降低了事故发生的可 能性。为了促进地方经济的发展，很难关闭一些地方 煤矿和乡镇煤矿，这就导致了还会有相当长一段时间 乡镇煤矿、地方煤矿及国有煤矿并存。政府部门也在努 力改变这种现状，为煤矿生产创造一个好的环境。 由煤矿生产水平差异带来的问题可以通过加大资 金投入来解决，但仍有一些问题需要通过改进技术来 解决。随着人们对环保问题关注度的提高，对煤矿开采 又提出了一些新的要求。煤矿开采带来的主要问题有 a 空气中粉尘含量增加。这是因为通风机从矿井井下 抽出的空气直接排放到大气中 （ 见图 1 a ）。b 带来严 重的地表沉陷问题。煤层开采后岩层发生移动，地表不 均匀沉降，许多地方产生变形沟，严重影响了公路、铁 路及建筑物的使用，更为严重的是开采形成的采空区在 很长时间内无法稳定 （见图 1 b ）。c 破坏了隔水岩 层，生态环境恶化。煤矿开采多在几百米以下，开采后 上覆岩层中会出现许多裂缝，地下水向采空区深部流 动，由此引发地表植被减少、粮食产量降低等问题。 d 煤矿开采过程中遗留的矸石山会产生大量有毒有害 物质，污染水源，严重影响当地居民的生活 （ 见图 1 c ）。 对于这些问题，不仅需要通过加大资金投入量来解决， 更需要通过技术革新来解决。 a 矿区空气污染b ） 矿区地表沉陷c 矸石山 图 1煤矿开采引发的环境问题 2煤矿开采技术 由以上分析可知，现代化煤矿开采技术的研究需要 注意两方面提升煤矿生产的机械化水平、注重环保的 绿色开采技术。值得注意的是，这两方面在一定程度上 存在一定的矛盾，如何平衡二者的关系，是煤矿工程师 收稿日期2019-11-28 作者简介赵永昌，1979年生，男，山西沁源人，2008年毕业于中 国矿业大学机械电子工程专业，助理工程师。 煤矿开采技术研究 赵永昌 （ 山西焦煤集团有限责任公司西山煤电杜儿坪煤矿，山西太原 030022 ） 摘要 阐述了中国煤矿开采的现状，并在此基础上分析研究了一些改进的煤矿开采技术，以期实现中国煤炭生产的 高产高效。 关键词 煤矿开采；开采现状；开采技术 中图分类号 TD82文献标识码 A文章编号 2095- 0802- 202002- 0103- 02 Studyon Coal Mining Technology ZHAOYongchang Duerping Coal Mine, Xishan Coal Electricity Co., Ltd., Shanxi Coking Coal Group Co., Ltd., Taiyuan 030022, Shanxi, China Abstract This paper expounded the current situation of coal mining in China, and on the basis of this, analyzed and researched some improved coal mining technologies in order to realize the high output and efficiency of Chinas coal production. Key words coal mining; current situation of mining; mining technology （总第 173 期） 技术研究 103 DOI10.16643/ki.14-1360/td.2020.02.044 2020 年第 2 期2020 年 2 月 （上接 100 页 ） 因此，矿井管理者必须高度重视相关问题，在生产实 际中，积极组织技术人员开展针对性的分析探究，总 结摸索有效的近距离煤层下开采巷道支护技术，为矿 井生产的安全开展提供坚实保障。 参考文献 ［1］ 霍林鹏.极近距离煤层采空区下留小煤柱沿空掘巷技术研究 ［J］ . 煤， 2019， 286 6-9. ［2］ 张波.近距离煤层群采空区下开采巷道支护技术研究 ［J］ .煤， 2019， 286 90-92. ［3］ 张步元.近距离煤层采空区下回采巷道围岩控制技术研究与应 用 ［J］ .煤矿现代化， 20195 1-3. ［4］ 田王健.泰安煤业近距离煤层下组 12 号煤层工作面巷道支护 技术研究 ［J］ .山西化工， 2019， 393 87-90. （ 责任编辑高志凤 ） 需要考虑的问题。过去煤矿开采时，地表建筑物比较少， 而现在多在村庄下开采，这是所要面对的问题。下面就 对目前存在的环境问题所采取的采煤技术进行分析。 2.1大采高采煤技术 如何提高厚煤层开采效率，是中国煤矿开采研究 的重点内容之一。过去厚煤层的开采多是通过分层开 采实现的，分层开采不仅工艺比较复杂，而且会面临 较多的问题。主要问题有分层开采时巷道容易受到 重复采动的影响，带来严重的支护问题；在开采上分 层时需要铺设金属网，再造煤层顶板，若在开采下分 层时直接顶尚未胶结好，则开采时容易发生冒顶事故； 分层开采时为了保证顶板的完整性，需要预留一定的 顶煤；分层开采时工作面需要频繁搬家，需要大量的 搬家费用。 对于厚煤层的开采，也有部分矿井采用的是放顶 煤开采技术。该技术只需要将传统综采设备的液压支 架更换为放顶煤支架，通过控制合适的采放比实现对 十几米厚煤层的一次性开采，开采效率十分高。但也 存在一些问题，例如如何选择合适的采放比、如何选 择合适的放煤时机降低煤炭含矸率及如何处理煤层夹 矸问题，这些会对放顶煤开采技术的实施和效果产生 直接影响。同时，放顶煤的矿压显现比分层开采更加 剧烈，确定合适的液压支架工作阻力也十分必要。 目前，虽然放顶煤开采技术对厚煤层的开采效率 较高，但资源回采率较低的问题仍然无法解决，因此 需要寻求更加高效的厚煤层开采技术。现阶段，大采 高采煤技术是一种可行的开采技术，其主要优势在于 将最大采高从传统综采的 3.5 m提升到 8 m，实现了对 8 m厚煤层的一次性开采，资源回采率极高，吨煤生产 能耗大幅度降低。中国已研发了相应的技术和装备， 正处于试验和推广阶段，但也存在许多问题，即初期 投入大，巷道断面要求高，煤层赋存条件要好。 2.2充填采煤技术 煤矿井下开采引起的环境问题之一就是煤层上覆岩 层发生运动、破坏。如何减少煤层开采引起的岩层运 动，是采矿工程界所要处理的关键问题。根据开采沉陷 理论，只有煤层开采到一定距离时岩层运动才会传递到 地表。因此，人们采用了充填采煤技术来解决开采引起 的沉陷问题。充填采煤技术的核心在于用一定强度的固 体物质充填煤层开采所遗留的采空区，以支撑上覆岩 层，减缓岩层移动[4]。图 2 为充填采煤技术示意图。 目前，这项技术在很多矿区已得到了应用，特别是 在建筑物下采煤得到了应用。采用充填采煤技术后，地 表沉陷大幅度下降，开采造成的破坏明显减小。更为重 要的是，充填后岩层只会发生弯曲下沉，不会垮断，岩 层的隔水层不会被破坏，这就对当地的生态环境影响 较小。充填采煤技术应用中最关键的是充填物的选择。 最开始采用河沙进行充填，但并不是所有地方都有河 沙，且河沙的成本也比较高。现在多用膏体充填和煤 矸石充填。煤矸石是一种有效的充填物，但一个矿区的 煤矸石量相对较少。虽然经过多年充填采煤技术得到 了很大的发展，但依然存在很多突出的问题要控 制充填采煤的成本，寻找合适的充填物；还要控制充 填采煤的效率。 3结语 保证煤炭的开采量对于中国经济发展具有重要的 意义。随着社会的进步和技术的发展，人们对煤炭开 采的要求也在提高，要求关注煤矿开采带来的一些问 题，并做出相应的技术革新。现代化煤矿开采技术的研 究需要注意提升煤矿生产的机械化水平，注重环保的 绿色开采技术。重点分析了大采高采煤技术和充填采 煤技术，以期为有关技术人员提供一定的参考。 参考文献 ［1］ 杨晨光.煤矿开采技术及其工艺研究 ［J］ .计算机产品与流通， 201810 263. ［2］ 张楠.煤矿开采技术与工艺发展研究 ［J］ .河南科技， 201814 106-107. ［3］ 邓飞.煤矿开采技术及其工艺研究 ［J］ .能源与节能， 20183 116-117. ［4］ 张立朋， 毕云龙.煤矿开采技术及其工艺探析 ［J］ .山东工业技 术， 20179 67. （ 责任编辑高志凤 ） 图 2充填采煤技术示意图 104