中國的采煤技術的現狀與發展趨勢

趙學文

采煤技術國內外現狀

采煤方法種類很多，目前世界主要產煤國家使用的采煤方法，總的劃分為：壁式盒柱式兩大類。這兩種不同類型的采煤方法，無論從采煤系統還是回采工藝多有很大的區別。

柱式采煤法的特點是煤壁短呈方柱形，同時開采的工作面數較多，采出的煤炭垂直于工作面方向運出。壁式采煤法的特點是煤比較長、工作面的兩端巷道分別做為進縫合回風、運煤和運料用，采出的煤炭平行于煤壁方向運出工作面，我國多采用壁式采煤法開采煤層。

壁式采煤法一般以長工作面采煤為其主要特征，產量約占我國國有重點煤礦的95%以上。隨著煤層厚度及傾角的不同，開采技術和采煤方法會有所區別。對于薄及中厚煤層，一般都是按煤層全厚一次采出，即正層開采。對于厚煤層，可把它分為若干中等厚度進行開采，即分層開采，也可以采用放頂煤整層開采。無論整層開采或分層開采，依據不同傾角，按采煤工作面推進方向，又可分為走向長壁開采和傾斜長壁開采兩種類型。

壁式體系采煤法優點。巷道布置簡單，巷道掘進和維護費用低、投產快；運輸系統簡單，占用設備少，運輸費用低；減少了工作面長度的變化給生產帶來的不利影Ⅱ向，對綜合機械化采煤非常有利；通風線路短，風流方向轉折變化少，同時使巷道交叉點和風橋等通風構筑物也相應減少。

壁式體系采煤法缺點。長距離的傾斜巷道，使掘進及輔助運輸、行人比較困難：有時在污風下行問題。

長壁放頂煤采煤法優點。單產高：工作面內具有多個出煤點，而且在工作面內可實現分段平行作業，即在不同地段采煤和放煤同時進行，因而易于實現高產；效率高：由于放頂煤工作面的一次采出厚度大，生產集中，放煤工藝勞動量小以及出煤點增多等原因，其生產效益和經濟效益大幅度提高；成本低：放頂煤開采比分層開采減少了分層數目和鋪網工序，由此節省了鋪網費用，此外，其它材料、電力消耗，工資費用等也都相應減少：巷道掘進量小：掘進量和巷道維護費用減少，便于采掘接替。

長壁放頂煤采煤法缺點。煤損失多：在目前的技術水平條件下，放頂煤開采的工作面煤炭采出率一般比分層開采低10%左右；易發火：由于煤損較多，在回采期間采空區就可能發生自然：煤塵大：在放頂煤工作面，采煤機割煤、支架操作時的架間漏煤及放煤為煤粉的來源；瓦斯易積聚：與分層開采相比，放頂煤開采的產量集中，瓦斯散發面大，采空區高度大，易于瓦斯積聚。

采煤技術的發展趨勢

礦山機械的發展一人類的科技進步、現代科學技術和整體行業水平息息相關，特別是與機械工程科學和采礦科學的發展緊密相聯。現代科學技術前沿具有明顯的時域、領域和動態特性。信息科學、材料科學、生命科學、納米科學、管理科里和制造科學是改變21世紀的主流科學，由此產生的高新技術及其產業將改變世界。不同科學之間的交叉融合將產生新的科學聚焦，經濟的發展和社會的進步對礦山機械產生新的要求和期望。機械工程科學發展的總趨勢將是數字化、智能化、精密化、微型化、生命化和生態化。礦山機械作為機械工程學科的一個分支，也遵循這個發展的總趨勢。同時，結合礦山行業的特點，其發展趨向是數字化、智能化、生態化和宜人化。礦山機械制造業應不斷融入人類在各領域的優秀成果，面向國家經濟建設重大需求，以科學發展觀為指導，實現可持續發展。

礦山機械發展的動務機制市場競爭驅動。我國礦山機械的整體水平與國際先進水平相比尚有差距。子邁向礦山機械制造強國的征途中，機遇和挑戰并存。產品設計是制造業的靈魂，產品的結構、功能、質量、成本交貨時間及可制造性、可維修性、報廢后處理以及人、機和環境關系等，原則上都是在產品設計階段決定的。產品的創新設計能力已成為決定企業在全球化競爭中地位的首要要素。

礦山機械是技術含量和集成化很高的裝備，新設備的開發中不斷將人類在各領域成果融合進來，隨著材料科學、制造工藝、信息科技計算機技術的進步，每一輪產品都有新的技術注入，零部件的更新周期越來越短、新設備換代越來越快，尤其是大型礦山機械的開發，五成熟的經驗可借鑒而要不允許設計中出現任何失誤，因此必須借助多科學的技術融合，提高設計效率和設計質量，提升企業自主創新能力和市場競爭能力。礦山機械和計算機技術、網絡技術綜合的基礎上形成了數字化的發展趨勢。

經濟建設的需要。隨著社會進步和國民經濟的發展，人類對資源和能源的需求量越來越大，而我國是一個資源相對貧乏的國家。隨著資源的開發，開采深度的逐漸增加，由陸地向海洋延伸，資源開采條件日益惡劣化，安全開采的形式日趨嚴重；我國煤炭開采的深度已達到1000m，金屬礦的濃度達到1380m，礦床開采深度增加，地下水、瓦斯、高地應力、地質構造是資源開采難度大大增加。

自動化無人工作面開采是井下或危險環境采礦的發展方向，也是保障工作面安全開采的有效途徑。綜合應用采礦學、自動化技術、通訊技術、計算機科學和技術等，進行自動化無人工作面開采的基本理論研究和開發新技術、新裝備，使礦山機械將向機器人化合自能化方向發展。

煤炭開采技術

改進采煤方法和工藝：礦井集約化開拓布置技術。隨著生產集約化合自動化程度的提高，在地質條件允許的礦區，可以走一井一面的集約化生產模式，而在地質條件不允許的礦區，也可以走多井生產，一井出煤的模式大量減少地面設施和簡化生產流程，降低管理成本。

短壁開采工藝技術。隨著大規模粗放性開采，適合長壁開采的煤炭資源日益減少，但長壁開采后的殘留煤柱，不能布置長壁式殘采煤區，不規劃塊段等的煤炭儲量卻在逐年上升，一些城市和村鎮的建筑物下、鐵路下、水體下（以下簡稱“三下”）壓煤量也很大：另外，處于礦區煤田的邊緣地帶、小的地質構造附近的煤炭，均不能用常規的長壁開采技術采出，因此，短壁開采技術將有很大的發展空間。為滿足適應短壁開采，又可快速掘進的需求，將需要開發出能夠進行橫軸與縱軸切割方式互換的用于半煤巖巷道掘進和煤巷快速掘進的掘進機短壁開采離機遙控操作系統、連續運輸系統以及短壁工作面通風安全系統等。

機電一體化、自動化煤礦開采技術裝備。應用電力電子驅動、傳感檢測、計算機與自動控制、機械一電氣一體化設計等技術研究開發的煤礦新一代采掘、運輸、提升等新型開采設備將不斷涌現。這些設備總體結構實現機械一電氣控制操縱一體化設計，具備工況自動監測監控功能，傳動系統采用程序控制調速和軟啟動。煤礦機械機電一體化新型技術裝備總體結構更合理，在煤礦井下狹小作業空間工作更加可靠、維修更加方便；配備更大功率的驅動系統，生產能力大幅度提高，在操縱和性能上實現程序控制、離機遙控、自動監測監控，使煤礦傳統的采掘、運輸等設備功能內涵發生重大突破，為生產過程的自動化控制奠定基礎。

采用礦井網絡化監測監控技術。為適應高度集中化生產模式和煤礦生產集團化管理模式，先進采煤國家研制開發了礦井自動化監測監控系統，主要生產環節已基本實現自動化監測監控。全礦井綜合自動化監測監控系統集語言、數據、圖像于一體，兼容各種專用監控系統功能的綜合監控網絡系統，將監測、控制、通信功能合成一網，并發展靈活、方便的無線接入技術。監控系統覆蓋全礦井各生產環節，包括現場監測監控層、生產與安全集中控制監視層、信息管理層3個層次，通過各種礦用控制器、傳感器、通信終端、攝像器等實現對綜采工作面和礦井運輸、通風、排水等設備和礦井瓦斯、煤塵等安全參數的自動化監測和監控。

采煤技術不僅是衡量一個國家科技發展水平的重要標志，也是國際間科技競爭的重點。我國正處于經濟發展的關鍵時期，采煤技術是我們的薄弱環節。只有跟上發展先進采煤技術的世界潮流，將其放在戰略有限地位，并以足夠的力度予以實施，才能盡快縮小與發達國家的差距，才能在激烈的市場敬振華中立于不敗之地。