淺談高產高效煤礦的幾種開采技術

黃義忠

摘 要 在當今社會發展的新形勢下，煤礦開采技術的進步和完善始終是采礦學科發展的主題。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。我國采煤方法已趨成熟，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。本文就對煤礦開采技術作簡要分析。

關鍵詞 煤礦 采煤工藝 控制技術 機械化開采

一、采煤方法和工藝

我們開發煤礦高效集約化生產技術、建設生產高度集中、高可靠性的高產高效礦井開采技術，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。

1.開發“埋深淺、硬頂板、硬煤層，高產高效現代開采成套技術”，主要解決以下技術難題。（1）硬頂板控制技術，研究埋深淺、地壓小的硬厚頂板控制技術，主要通過巖層定向水力壓裂、傾斜深孔爆破等頂板快速處理技術，使直接頂能隨采隨冒，提高頂煤回收率，且基本頂能按定步距垮落，既有利于頂煤破碎，又保證工作面的安全生產。（2）硬厚頂煤控制技術，研究開發埋深淺、支承壓力小條件硬厚頂煤的快速處理技術，包括高壓注水壓裂技術和頂煤深孔預爆破處理技術，使頂煤體能隨采隨冒，提高其回收率。頂煤冒放性差、塊度大的綜放開采成套設備配套技術，研制既有利于頂煤破碎和頂板控制。又有利于放頂煤的新型液壓支架，合理確定后部置輸送機能力。（3）兩硬條件下放頂煤開采快速推進技術，研究合適的綜放開采回采工藝，優化工序，縮短放煤時間，提高工作面的推進度，實現高產高效。（4）5.5 m寬煤巷錨桿支護技術，通過寬煤巷錨桿支護技術的研究開發和應用，有利于綜采配套設備的大功率和重型化，有助于連續采煤機的應用，促進工作面的高產高效。

2.緩傾斜薄煤層長壁開采。主要研究開發：體積小、功率大、高可靠性的薄煤層采煤機、刨煤機；研制適合刨煤機綜采的液壓支架；研究開發薄煤層工作面的總體配套技術和高效開采術。

3.緩傾斜厚煤層一次采全厚大采高長壁。應進一步加強完善支架結構及強度，加強防倒、防滑、防止頂梁焊縫開裂和四連桿變、防止嚴重損壞千斤頂措施等的研究，提高可靠性，縮小其與中厚煤層（采高3 m左右）產高效指標的差距。

4.各種綜采高產高效、綜采設備保障體系。要實現高產高效，就要提高開機率，對“支架-圍巖”系統、采掘運設備進行監控。今后研究的重點是：通過電液控制閥組操縱支架和改善“支架-圍巖”系統控制，進一步完善液壓信息、支架位態、頂板狀態、支護質量信息的自動采集系統；乳化液泵站及液壓系統運行狀態的檢測診斷；采煤機在線與離線相結合的 “油-磨屑”監測和溫度、電信號的監測；帶式輸送機、刮板輸送機全面狀態監控。

二、深礦井開采技術

深礦井開采的關鍵技術是：煤層開采的礦壓控制、沖擊地壓防治、瓦斯和熱害治理及深井通風、井巷布置等；需要攻關研究的是：深井圍巖狀態和應力場及分布狀態的特征；深井作業場所工作環境的變化；深井巷道（特別是軟巖巷道）快速掘進與支護技術與裝備；深井沖擊地壓防治技術與監測監控技術；深礦井高產高效開采有關配套技術；深礦井開采熱害治理技術與裝備。

三、“三下”采煤技術

提高數值模擬計算和相似材料模擬等，深入研究開采上覆巖層運動和地表沉陷規律，研究滿足地表、建筑物、地下水資源保護需要的合理開采系統和優化參數，發展沉降控制理論和關鍵技術，包括用地表廢料向垮落法工作面采空區充填的系統；研究與應用各種充填技術和組合充填技術，村莊房屋加固改造重建技術，適于村莊保護的開采技術；研究近水體開采的開采設計、工藝參數優化和裝備，提出煤炭開采與煤礦城市和諧統一的開采沉陷控制、開采村莊下壓煤、土地復墾和礦井水資源優化等關鍵技術。

四、優化巷道布置，減少矸石排放的開采技術

改進、完善現有采煤方法和開采布置，以實現開采效益最大化為目標，研究開發煤礦地質條件開采巷道布置及工藝技術評價體系專家系統，實現開采方法、開采布置與煤層地質條件的最優匹配。

五、采場圍巖控制技術

1.進一步完善采場圍巖控制理論。以科學合理、優化高效的巖層控制技術來保證開采掘活動的安全、高效、低成本為目標，深入總結我國幾十年的礦山壓力研究成果，以理論分析（解析法）、現代數學力學（統計分析預測、數值法）和實測法相結合運用先進的計算機技術，深入研究各種煤層地質及開采條件。

2.研究堅硬頂板與破碎頂板條件下應用高技術低成本巖層控制技術。目前，由于應用高壓注水、深孔預裂爆破處理堅硬頂板和應用化學加固技術存在工藝復雜、成本高的問題，因而需進一步研究開發新技術、新工藝、新材料來解決這些問題。

3.放頂煤開采巖層和支架-圍巖相互作用機理。研究放頂煤開采力學模型、圍巖應力、頂煤破碎機理、支架-頂煤-直接頂-基本頂相互作用關系；運用離散元等方法研究頂煤放落規律，提出放頂煤優化準則和提高頂煤回收率的途徑。

4.支護質量與頂板動態監測技術。在總結緩傾斜中厚長壁工作面開展支護質量與頂板動態監測方面，應進一步在堅硬頂板、破碎頂板、急傾斜、放頂煤工作面開展支護質量與頂板動態監測，同時應不斷完善現有的監測技術，發展智能化監測系統，改進監測儀表，使監測儀表向直觀、輕便、小型化方向發展。

5.沖擊地壓的預測和防治。通過計算機模擬研究沖擊性礦壓顯現發生的機理；進一步完善沖擊性礦壓顯現監測系統，發展遙控測量和預報技術，完善沖擊性礦壓綜合防治措施的優化選擇專家系統。

6.研究開發新型的支護設備。研究硬煤層、硬頂板放頂煤液壓支架，完善液壓支架性能和快速移架系統，開發耐炮崩、輕型化單體液壓支柱和厚煤層巷道錨索和可伸縮錨桿。

六、小煤礦技術改造和機械化開采技術

實施國家關閉小煤礦，淘汰落后生產技術和生產設備，提高平均單井規模的技術政策，開發小型煤礦機械化、半機械化開采技術和裝備，改進小煤礦的采煤方法和開采工藝，提高采煤工作面的單產和工效；提高小煤礦的頂底板控制技術水平，最大限度地減少頂底板事故率。

七、煤炭地下氣化技術

煤炭地下氣化技術是將處于地下的煤炭進行有控制的燃燒，通過對煤的熱化學作用而產生可燃氣體的過程。煤炭地下氣化技術屬于一種特殊的采煤方法，它是國際首創。煤炭地下氣化技術具有投資少、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。具有廣闊的推廣應用前景。應繼續研究完善“長通道、大斷面、兩階段”和“礦井式氣化”兩種典型煤炭地下氣化工藝，進行較大規模的地下氣化試驗研究，摸索實現“兩個控制、三個穩定”的技術途徑，并實現連續、穩定生產探索應用的途徑。