煤礦井下采煤工藝及其技術(shù)應(yīng)用

邢孟博

摘 要：采煤是煤礦生產(chǎn)運(yùn)營中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是重中之重。只有采煤的產(chǎn)量是高效的，采煤的質(zhì)量是高標(biāo)準(zhǔn)的，煤礦的正常生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)才是有保證的，煤礦的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益才是有保證的，煤礦的生命力和市場競爭力才是旺盛的。但是，鑒于煤礦井下地質(zhì)條件的復(fù)雜多變，所以，千篇一律的采煤方法肯定是難以收到上述成效的。因此，如何通過對采煤工藝及其技術(shù)的有效合理應(yīng)用來保證煤礦的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，就成為了煤礦生產(chǎn)運(yùn)營中管理者們孜孜不倦的探求目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：煤礦井下；采煤工藝及其技術(shù)應(yīng)用；概述；分析

一、煤礦井下采煤工藝及其應(yīng)用技術(shù)概述

所謂采煤工藝，學(xué)術(shù)領(lǐng)域也將之稱作為“回采工藝”，通常來講，主要指的是“采煤工作面各工序所用方法、設(shè)備及其在時(shí)間、空間上的相互配合。”例如，炮采法、普通采煤法、綜合機(jī)械化采煤法以及智能化采煤法等，在我國煤礦生產(chǎn)作業(yè)中都是比較常用的，是具有代表性的幾種采煤工藝。在實(shí)際煤礦井下的采煤作業(yè)中，一方面，作業(yè)煤層的自然條件是有差異的，另一方礦工在不同采煤過程所使用的設(shè)備也是有差異的，所以，這就導(dǎo)致了回采工作工序方法的不同，例如，不同的回采工序，其在順序、時(shí)間、空間上的要求是各不相同的，因而這就要求礦工在進(jìn)行采煤作業(yè)的時(shí)候，要結(jié)合井下地質(zhì)環(huán)境、自然條件、地形結(jié)構(gòu)等的不同而采用不同采煤工藝。通常，煤礦井下采煤工序比較常用的主要有流水作業(yè)、平行作業(yè)以及流水作業(yè)和平行作業(yè)的相結(jié)合作業(yè)等，那么在具體開采中到底應(yīng)該選擇那種采煤工序和如何保證所選擇的工序在時(shí)間和空間上實(shí)現(xiàn)了合理分配呢？要解決這些問題，就必須要保證工序安排方法的合理性，一般的做法為：首先要以保證煤炭的開采數(shù)量和質(zhì)量作為主要工序；其次是要捋順支護(hù)線、回柱放頂線等各工序之間關(guān)系；最后是根據(jù)工序之間的關(guān)系來確定對它們在時(shí)間上和空間上應(yīng)如何進(jìn)行匹配。

二、煤礦井下采煤工藝及其應(yīng)用技術(shù)分析

我國具有“富煤、缺油、少氣”的資源稟賦特點(diǎn)，在能源結(jié)構(gòu)中主要是以煤炭為主，原油和天然氣資源的對外依存度較高，以2018年為例，這一年我國原油對外的依存度達(dá)到了70%，天然氣對的外依存度達(dá)到了43%。我國是產(chǎn)煤大國，以2021年為例，這一年我國煤炭的總產(chǎn)量超過了84億噸，占到了世界煤炭產(chǎn)量的50%以上。然而，雖然我國煤炭資源儲(chǔ)量豐富、分布面積廣、煤種齊全，但是卻也仍存在資源分布不均勻的情況，例如，我國現(xiàn)行的煤炭資源分布呈現(xiàn)出的是“北富南貧，西多東少”的狀況。針對這種狀況，我國在《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》全國煤炭開發(fā)總體布局中提出了壓縮東部、限制中部和東北、優(yōu)化西部的發(fā)展方略，這是基于我國東部地區(qū)煤炭資源開采條件復(fù)雜、中部和東北地區(qū)則開發(fā)強(qiáng)度大且資源多在深部、西部地區(qū)資源豐富且開采條件好的特點(diǎn)形成的，這也從政策層面上闡釋研究分析煤礦井下采煤工藝及其應(yīng)用技術(shù)的必要性和重要意義。

下面就沿時(shí)間軸對我國煤礦井下采煤工藝及其應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行分析：

首先，新中國成立后，我國在煤礦井下采煤作業(yè)中最早應(yīng)用的是炮采法，屬于人力開采，集中采用這種方法是在上世紀(jì)的五六十年代，以柱室法為主，這種方法不但回采率非常低下，而且還得留下煤柱作支撐。其工序流程為“破煤-裝煤-運(yùn)煤-支護(hù)-留下采空區(qū)不做處理”。炮采法的工藝特點(diǎn)表現(xiàn)為：采煤和支護(hù)都是以人工為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大、材料消耗大，但生產(chǎn)效率低、安全系數(shù)低，在小范圍特殊地質(zhì)構(gòu)造方面占有優(yōu)勢。炮采法對環(huán)境的影響表現(xiàn)為：產(chǎn)生了大量粉塵和有害氣體，作業(yè)人員在防塵技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)落后的條件下，為了順暢呼吸，基本上是不戴口罩的，因而煤粉塵會(huì)大量涌入作業(yè)人員肺部，并且當(dāng)時(shí)所有采煤工藝技術(shù)的完成都要依賴人工，因此作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度也非常大，此外再加上加上巷道的支護(hù)措施和支護(hù)設(shè)備也非常粗陋和簡陋，因此，采煤作業(yè)人員在人身安全方面要承受著重大威脅。

其次，進(jìn)入七八十年代后，普通采煤法在我國煤礦井下采煤作業(yè)中得到了較好的應(yīng)用，并逐步普及開來。從采煤工藝及其技術(shù)應(yīng)用的角度來看：1.對液壓技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成熟，機(jī)械采煤已經(jīng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，液壓單滾筒采煤機(jī)開始在采煤作業(yè)中應(yīng)用，破煤和裝煤而已經(jīng)合而為一，采煤效率較人工爆破時(shí)期有了大幅度的增強(qiáng)；2.小型刮板運(yùn)輸機(jī)和滾筒式皮帶機(jī)在運(yùn)煤中發(fā)揮著主要作用；3.液壓支柱和金屬鉸接梁被投入使用，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度開始下降。普通采煤法的工藝特點(diǎn)表現(xiàn)為：采煤和裝煤都是由滾筒采煤機(jī)或刨煤機(jī)來完成的，一定程度、一定范圍內(nèi)的實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化采煤作業(yè)，產(chǎn)量比之前有了較好的提高，但是，架設(shè)的支架和回撤等工作仍然要由人工來完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大問題仍然沒有得到有效解決。普通采煤法對環(huán)境的影響表現(xiàn)為：減少了爆破環(huán)節(jié)，將破煤和裝煤合而為一，煤粉塵量下降了很多，但作業(yè)環(huán)境和條件仍然艱苦，安全事故的威脅沒有得到解除，支護(hù)工作中的設(shè)備搬運(yùn)等工作仍然是以人工為主，重體力勞動(dòng)仍然是作業(yè)人員每天要承受的現(xiàn)實(shí)問題。

此后，到上世紀(jì)末與本世紀(jì)初的交匯之際（上世紀(jì)九十年代與本世紀(jì)初葉），機(jī)械化采煤工藝及其技術(shù)在我國煤礦井下開采作業(yè)中基本上得到了廣泛的普及和全面的應(yīng)用。從采煤工藝及其技術(shù)應(yīng)用的角度來看：1.雙滾筒采煤機(jī)完成了對破煤與裝煤的有機(jī)結(jié)合，煤炭產(chǎn)量出現(xiàn)快速增長，例如，一個(gè)采煤隊(duì)年采煤100萬噸已經(jīng)不是新聞2.刮板機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等先進(jìn)設(shè)備在采煤作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，煤炭運(yùn)輸流出更加順暢；3.綜合液壓支架被廣泛應(yīng)用于采煤作業(yè)中配合裝煤，液壓支架對巖石具有強(qiáng)有力的支撐作用，讓開采煤層的厚度和效率都獲得了提高。機(jī)械化采煤工藝及其技術(shù)對環(huán)境的影響表現(xiàn)為：采煤與頂板等工作實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化管理，大功率、大滾筒采煤機(jī)和大采高液壓支架開始被投入使用，實(shí)現(xiàn)了在厚度五米煤層中一次采全高和在特厚煤層中進(jìn)行放頂煤開采，充分體現(xiàn)出了高端技術(shù)采煤的高效、低耗、安全和降低污染的特點(diǎn)，這種采煤工藝目前仍然是煤礦井下采煤作業(yè)中的主流，在勞動(dòng)強(qiáng)度、環(huán)境和礦工人身安全保障都具有劃時(shí)代的意義，同期，煤層注水、瓦斯預(yù)抽、防塵、降塵等已成為采煤工藝及其技術(shù)管理工作的中的重要內(nèi)容，高強(qiáng)度人工體力的支出的現(xiàn)象被消滅了，采煤作業(yè)人員自我保護(hù)意識(shí)提高了，煤礦井下采煤作業(yè)終于等來了屬于自己的“高光時(shí)刻”，有些先進(jìn)礦井已經(jīng)開始嘗試使用自動(dòng)化開采作業(yè)。

目前，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、信息通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等的支持下，智能化采煤工藝及其技術(shù)應(yīng)用受到了業(yè)界的高度關(guān)注，但是智能化采煤工藝及其技術(shù)應(yīng)用尚且處在發(fā)展之中，尚有很多需要完善和健全的地方，例如，在對破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)和采空區(qū)處理的上，就還在繼續(xù)沿襲和使用原有的采煤工藝及其應(yīng)用技術(shù)，當(dāng)然，對于智慧電腦的應(yīng)用，使以視頻方式調(diào)度和指揮生產(chǎn)成為可能。智能化開采工藝及其技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)表現(xiàn)為：有效減少了采煤作業(yè)的人數(shù)，實(shí)現(xiàn)了無人值守，可以遠(yuǎn)距離進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度和指揮。智能化開采工藝及其技術(shù)應(yīng)用對環(huán)境的影響表現(xiàn)為：縮短了作業(yè)人員在采面的停留時(shí)間，不易受到冒頂、瓦斯、涌水、粉塵等的威脅，礦工的生命安全和身心健康得到了更好的保障。

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