淺析煤層開采技術及采煤工藝

張寶忠

(汾西礦業集團正邦煤業公司，山西孝義032300)

0 引言

煤炭是我國的主要能源，而煤炭工業的發展是直接制約國民經濟發展和人民群眾生活水平提高的重要因素。加快煤炭工業現代化建設步伐，全面推進煤炭工業科技進步，不斷滿足國民經濟建設和人民生活需要，是煤炭工業發展的緊迫任務。受構造運動的影響，我國煤層的賦存條件千差萬別，礦井的地質條件各不相同，從而決定了我國煤礦建設、生產和管理具有明顯的地域差異性，不同地區煤礦的生產規模、開采技術和裝備設施也存在一定的差異。在倡導可持續發展的現代經濟體制下，安全、高效、綠色是煤層開采的必然趨勢，為此，煤炭企業則必須實現煤層開采技術和采煤工藝的進一步集約化、機械化和自動化。

1 煤炭開采的主要形式

按落煤技術方法，地下采煤有機械落煤、爆破落煤和水力落煤三種，前二者稱為旱采，后者稱為水采。旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法，以前者為主。

1.1 壁式體系采煤法

壁式體系采煤法一般以長壁工作面采煤為主要特征，是目前我國應用最普遍的一種采煤方法，其主要特點如下:在采煤工作面兩端各布置至少一條巷道，構成完整的生產系統;采煤工序可分為破、裝、運、支、處五個步驟，其中破煤和裝煤可分別采用爆破、滾筒式采煤機或刨煤機，運煤采用與工作面煤壁平行鋪設的可彎曲刮板輸送機，工作面工作空間的支護可采用自移式液壓支架或單體液壓支架，采空區處理則通常采用全部垮落法、全部充填或局部充填法;隨著采煤工作面推進，頂板暴露面積增大，礦山壓力顯現較為強烈。

1.2 柱式體系采煤法

柱式體系采煤法有房式采煤法、房柱式采煤法和巷柱式采煤法三種類型。房式采煤法的特點是只采煤房不回收煤柱，用房間煤柱支撐上覆巖層，根據煤柱尺寸和形狀可分為長條式、切塊式等多種形式;房柱式采煤法的特點是房間留設不同形狀的煤柱，采完煤房后有計劃地回收這些煤柱;巷柱式采煤法的特點是在采區范圍內，預先掘進大量巷道，將煤層切割成6 ×6～20 ×20 m2的方形煤柱，然后有計劃地回采這些煤柱，采空地帶頂板任其自由垮落。柱式體系采煤法的優點是設備投資少，采掘實現合一，建設期短，出煤快;設備運轉靈活，搬遷快;巷道壓力小，便于維護，支護簡單，可用錨桿支護頂板;由于大部分為煤層巷道，故矸石量很少;矸石可在井下處理不外運，有利于環境保護;當地面要保護農田水利設施和建筑物時，采用房式采煤法有時可使總的噸煤成本降低。

2 采煤方法與工藝

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。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。

2.1 開采技術

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。

2.2 解決難題

開發“淺埋深、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，且基本頂能按一定步距垮落，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。③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，合理確定后部輸送機能力。

2.3 緩傾斜薄煤層長壁開采

主要研究開發薄煤層采煤機、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技術。緩傾斜厚煤層一次采全厚大采高長壁綜采，應進一步加強完善支架結構及強度，加強支架防倒、防滑、防止頂梁焊縫開裂和四連桿變形、防止嚴重損壞千斤頂措施等的研究，提高支架的可靠性，縮小其與中厚煤層(采高3 m 左右)高產高效指標的差距。

2.4 各種綜采高產高效綜采設備保障系統

要實現高產高效，就要提高開機率，對“支架－圍巖”系統、采運設備進行監控。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。

3 主要的開采技術

3.1 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;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。

3.2 “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下陷規律，研究滿足地表、建筑物、地下水資源保護需要的合理的開采系統和優化參數，發展沉降控制理念和關鍵技術，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，提出煤炭開采與煤炭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化等關鍵技術。

3.3 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。

4 結語

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。

［1］李保順，李幸宇. 井下采煤技術及采煤工藝的選擇探討［J］. 科技風，2014(6):48 +53.

［2］王金立. 淺議煤礦開采中井下采煤技術及采煤工藝選擇［J］. 科技創業家，2013(6):97.