論煤礦開采技術

李建強 楊建峰

(山東王晁煤電集團新宏煤業有限公司，山東 棗莊 277000)

1 采煤方法和工藝

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。

1.1 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

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。

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。

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。

5.5m 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。

1.2 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。

1.3 緩傾斜厚煤層一次采全厚大采高長壁采

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3m 左右)產高效指標的差距。

1.4 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。

2 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。

3 “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。

4 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。

5 采場圍巖控制技術

5.1 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。

5.2 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。

5.3 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。

5.4 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。

5.5 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。

5.6 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。

6 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。

7 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。