浅析煤层开采技术及采煤工艺

2014-04-17张宝忠

技术与市场 2014年12期

张宝忠

(汾西矿业集团正邦煤业公司，山西孝义032300)

0 引言

煤炭是我国的主要能源，而煤炭工业的发展是直接制约国民经济发展和人民群众生活水平提高的重要因素。加快煤炭工业现代化建设步伐，全面推进煤炭工业科技进步，不断满足国民经济建设和人民生活需要，是煤炭工业发展的紧迫任务。受构造运动的影响，我国煤层的赋存条件千差万别，矿井的地质条件各不相同，从而决定了我国煤矿建设、生产和管理具有明显的地域差异性，不同地区煤矿的生产规模、开采技术和装备设施也存在一定的差异。在倡导可持续发展的现代经济体制下，安全、高效、绿色是煤层开采的必然趋势，为此，煤炭企业则必须实现煤层开采技术和采煤工艺的进一步集约化、机械化和自动化。

1 煤炭开采的主要形式

按落煤技术方法，地下采煤有机械落煤、爆破落煤和水力落煤三种，前二者称为旱采，后者称为水采。旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法，以前者为主。

1.1 壁式体系采煤法

壁式体系采煤法一般以长壁工作面采煤为主要特征，是目前我国应用最普遍的一种采煤方法，其主要特点如下:在采煤工作面两端各布置至少一条巷道，构成完整的生产系统;采煤工序可分为破、装、运、支、处五个步骤，其中破煤和装煤可分别采用爆破、滚筒式采煤机或刨煤机，运煤采用与工作面煤壁平行铺设的可弯曲刮板输送机，工作面工作空间的支护可采用自移式液压支架或单体液压支架，采空区处理则通常采用全部垮落法、全部充填或局部充填法;随着采煤工作面推进，顶板暴露面积增大，矿山压力显现较为强烈。

1.2 柱式体系采煤法

柱式体系采煤法有房式采煤法、房柱式采煤法和巷柱式采煤法三种类型。房式采煤法的特点是只采煤房不回收煤柱，用房间煤柱支撑上覆岩层，根据煤柱尺寸和形状可分为长条式、切块式等多种形式;房柱式采煤法的特点是房间留设不同形状的煤柱，采完煤房后有计划地回收这些煤柱;巷柱式采煤法的特点是在采区范围内，预先掘进大量巷道，将煤层切割成6 ×6～20 ×20 m2的方形煤柱，然后有计划地回采这些煤柱，采空地带顶板任其自由垮落。柱式体系采煤法的优点是设备投资少，采掘实现合一，建设期短，出煤快;设备运转灵活，搬迁快;巷道压力小，便于维护，支护简单，可用锚杆支护顶板;由于大部分为煤层巷道，故矸石量很少;矸石可在井下处理不外运，有利于环境保护;当地面要保护农田水利设施和建筑物时，采用房式采煤法有时可使总的吨煤成本降低。

2 采煤方法与工艺

在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤工艺理论。我国长壁采煤方法已趋成熟，放顶煤采煤的应用在不断扩展，应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高，急倾斜、不稳定、地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间，主要方向是改善作业条件，提高单产和机械化水平。

2.1 开采技术

开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。以提高工作面单产和生产集中化为核心，以提高效率和经济效益为目标，研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的程度和水平。

2.2 解决难题

开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”，主要解决以下技术难题:①硬顶板控制技术。研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术，主要通过岩层定向水力压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术，使直接顶能随采随冒，提高顶煤回收率，且基本顶能按一定步距垮落，既有利于顶煤破碎，又保证工作面的安全生产。②硬厚顶煤控制技术。研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术，包括高压注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术，使顶煤体能随采随冒，提高其回收率。③顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术。研制既有利于顶煤破碎和顶板控制，又有利于放顶煤的新型液压支架，合理确定后部输送机能力。

2.3 缓倾斜薄煤层长壁开采

主要研究开发薄煤层采煤机、刨煤机;研制适合刨煤机综采的液压支架;研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采，应进一步加强完善支架结构及强度，加强支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究，提高支架的可靠性，缩小其与中厚煤层(采高3 m 左右)高产高效指标的差距。

2.4 各种综采高产高效综采设备保障系统

要实现高产高效，就要提高开机率，对“支架－围岩”系统、采运设备进行监控。今后研究的重点是:通过电液控制阀组操纵支架和改善“支架－围岩”系统控制，进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自动采集系统;乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断;采煤机在线与离线相结合的“油－磨屑”监测和温度、电信号的监测;带式输送机、刮板输送机全面状态监控。

3 主要的开采技术

3.1 深矿井开采技术

深矿井开采的关键技术是:煤层开采的矿压控制、冲击地压防治、瓦斯和热害治理及深井通风、井巷布置等;深井作业场所工作环境的变化;深井巷道(特别是软岩巷道)快速掘进与支护技术与装备;深井冲击地压防治技术与监测监控技术;深矿井高产高效开采有关配套技术;深矿井开采热害治理技术与装备。

3.2 “三下”采煤技术

提高数值模拟计算和相似材料模拟等，深入研究开采上覆岩层运动和地表下陷规律，研究满足地表、建筑物、地下水资源保护需要的合理的开采系统和优化参数，发展沉降控制理念和关键技术，包括用地表废料向垮落法工作面采空区充填的系统;研究与应用各种充填技术和组合充填技术，村庄房屋加固改造重建技术，适于村庄保护的开采技术;研究近水体开采的开采设计，工艺参数优化和装备，提出煤炭开采与煤炭城市和谐统一的开采沉陷控制、开采村庄下压煤、土地复垦和矿井水资源化等关键技术。