淺談煤炭開采方法和開采工藝

姚文清　于鵬波

摘 要：在我國，煤炭資源分布不均勻、地質條件復雜的特殊性決定了煤炭開采的困難。目前，我國的煤炭企業正在由勞動密集型轉向資本及技術高密集型，實現了日產超萬噸的超大型綜合機械化采煤，在實現煤炭生產工藝綜合機械化的基礎上，向遙控、自動化、無人化方向發展，為采煤自動化開辟了新的途徑。

關鍵詞：煤炭 開采 方法 工藝

[JP2]根據聯合國《礦產業統計年鑒》的數據，我國礦產資源當中儲量最大的煤炭，可開采年限僅有50年左右。我國2012年一次能源生產和消費結構中，煤炭的比重分別為78.8%和69.1%，煤炭在當前甚至是將來相當長時期內仍將是我國的主體能源。隨著煤炭科技的發展，我國的煤炭開采也將不斷地向著安全、高效、高利用和綠色開采發展。我國已成為世界最大的自然資源開采國之一，提高采煤工藝、采用科學方法采煤，對于提高煤炭資源的利用效率將起到十分重要的作用。[JP]

目前，國際上煤炭開采技術裝備發展的主要技術特點是：新型電牽引采煤機總功率已達1500-2000kW，裝備了以微型電子計算機為核心的電控系統，采用先進的信息處理技術和傳感技術，實現了機電一體化，牽引電機功率90-110kW，最大牽引力達到800kN以上，最大牽引速度達到30米/分以上，設備生產能力達到了3000噸/小時以上，采煤效率相當可觀。對我國煤炭企業來講，企業多、分布地域廣，企業結構復雜，存在多級、多專業的管理部門。煤炭產品在生產、銷售等過程中容易損耗；煤炭企業在生產經營中所需資金密集度大、所用物資種類繁多；煤炭企業生產技術具有特殊要求，涉及面廣，技術性強。生產過程復雜，生產系統形式多樣，各系統協調運做、管理難度大。

采煤方法種類很多，總的劃分為：炮采技術在我國煤炭開采中最早得到應用和普及，其施工方便、成本低，但是開采效率低下、安全系數差。機械化采煤在發達國家得到普遍應用，而且采煤效率相當高。隨著我國科技實力的漸漸提升，綜合機械化采煤得到了很好的發展，所謂綜合機械化采煤技術，即在整個采煤過程中機械化率達到95%以上。綜合機械化采煤過程中的機械通常包括液壓支架、采煤機、刮板輸送機和膠帶輸送機等，其中采煤機和液壓支架起著極其重要的作用。采煤工藝分柱式、壁式兩大類。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。

1.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。

2.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。

3.采煤技術的發展趨勢。隨著資源的開發，開采深度的逐漸增加，由陸地向海洋延伸。目前，龍口礦區已成功實施了海下采煤，北皂煤礦海域H2303工作面開始回采，這標志著我國海下采煤的第七個工作面正式投產。截至目前，北皂煤礦已累計開采海下煤炭突破500萬噸。隨著資源開采條件日益惡劣化，安全開采的形勢日趨嚴重；我國有的煤礦開采的深度已達到1000m，地下水、瓦斯、高地應力、地質構造是資源開采難度大大增加。因此說，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。當然，大力推廣并實施煤炭地下氣化技術也是一種方向，煤炭地下氣化技術屬于一種特殊的采煤方法，具有投資少、安全、工期短、見效快、用人少、效率高、成本低、效益好等優點。尤其適合我國煤礦地質條件復雜、劣質煤比例高、“三下”壓煤嚴重的礦區。

在發展現代采煤工藝的同時，繼續發展多層次、多樣化的采煤工藝，建立具有中國特色的采煤方法和工藝是必然趨勢。（1）加大機械化開采水平，進一步提高煤炭行業生產效率，不斷提高煤田地質勘探精度及巷道掘進與支護技術水平、提升煤礦綜采成套裝備水平，建設高產高效礦井。在薄及中厚煤層中推廣刨煤機、螺旋鉆采煤機等現代化手段，建設無人工作面。（2）加大礦井災害治理力度提高防災抗災能力，不斷改進煤礦瓦斯、火災、水災等治理技術與裝備水平提高災害預測預報能力。（3）深入研究深井開采技術進一步研究深井開采過程中的“三高一擾動”問題即高應力、高地溫、高巖溶承壓水和強烈的開采擾動。研究解決深井巷道與采場的支護、瓦斯突出、地溫異常等問題。（4）保護環境科學開采，進一步研究“三下一上”開采難題，減小開采過程對地表的破壞程度，研究矸石利用、充填開采問題，解放“三下”壓煤，提高煤炭資源的回收率，研究保水開采、綠色開采、最終實現科學開采。（5）深入雙能源開采技術，加快研究煤與煤層氣雙能源共采技術，不斷提升潔凈煤技術水平，加快發展煤炭資源的綜合加工利用。（6）重視井下熱能利用技術，加快研究井下熱能熱風、熱水利用技術，變熱害為熱能，變井下降溫過程為熱能的提取過程，既改善了作業環境，又節約了能源，提高安全程度。

4.采煤方法和工藝的進步和完善始終是采礦學科發展的主題。采煤工藝的發展將帶動煤炭開采各環節的變革，現代采煤工藝的發展方向是高產、高效、高安全性和高可靠性，基本途徑是使采煤技術與現代高新技術相結合，研究開發強力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤設備和生產監控系統，改進和完善采煤工藝。在發展現代采煤工藝的同時，繼續發展多層次、多樣化的采煤工藝，建立具有中國特色的采煤工藝理論。目前，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，應用水平和理論研究的深度和廣度都在不斷提高，急傾斜、不穩定、地質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條件，提高單產和機械化水平，以提高工作面單產和生產集中化為核心，以提高效率和經濟效益為目標，研究開發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、可靠的生產系統和開采布置，生產過程監控與科學管理等相互配套的成套開采技術，發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。要大力推行機電一體化、自動化開采技術，應用電力電子驅動、傳感檢測、計算機與自動控制、機械—電氣一體化設計等技術研究開發，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生產管理模式，先進采煤國家研制開發了礦井自動化監測監控系統，在主要生產環節實現自動化監測監控，將監測、控制、通信功能合成一網，做到安全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，對采煤工作面和礦井運輸、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。