煤炭开采技术及发展方向研究

孙洁

【摘要】首先介绍了我国煤炭开采的技术，以及影响煤炭开采的因素，然后论述了我国煤炭开采技术的发展方向，包括小煤矿技术改造和机械化开采技术、深井开采、围岩控制、 “三下”采煤以及矸石排放等。

【关键词】煤炭开采；开采技术；发展方向

在推动现代经济社会持续发展的过程当中，首先需要解决的一个方面的问题在于对能源供应危机问题的解决，这与我国可持续发展战略的实施是不谋而合的。对于我国而言，现阶段煤矿资源的开采与使用数量均表现出了较为显著的提升趋势，但始终缺乏现代化的科学技术为煤矿开采作业的落实提供指导与支持。从这一角度上来说，为确保煤矿开采经济效益与社会效益的有效实现，应当针对煤矿开采的技术进行系统分析与研究。

一、影响煤矿开采的因素

1、煤层的产状

煤层产状平缓、走向与倾向方向产状变化又很小，可考虑设计大型综合机械化的矿井；当煤层产状急倾斜，煤层褶皱紧密或断裂构造发育，则会给生产带来极大的困难，采煤机械化受到限制，生产能力也很难提高，一般只宜设计中、小型矿井。所以煤层的产状、褶皱和断层的发育程度，以及岩浆岩的影響程度等是构造复杂程度的主要方面，以此把构造复杂程度划分为简单、中等、复杂、极复杂四类。按煤层倾角大小，将煤层分为缓倾斜煤层（倾角<25°）、倾斜煤层（倾角为25°～45°）、急倾斜煤层（倾角>45°）。习惯上常将倾角<5°的煤层称为近水平煤层；将倾角>60°的煤层称为立槽煤。

2、瓦斯

矿井瓦斯系指井下煤体和围岩中涌出及生产过程中产生的各种有害气体的总称。瓦斯是在成煤过程中生成，目前主要系指煤体和围岩中涌出的气体。瓦斯主要成分是沼气（甲烷），它是无毒且使人窒息而死的气体，当空气中甲烷达到一定体积分数时，遇火容易引起爆炸，所以它对人和煤矿安全生产都会带来极大的危害。

3、煤尘

煤尘是指矿井生产过程中所产生的煤的微粒。煤尘的危害性主要表现为煤尘燃烧与爆炸；此外，煤尘还污染空气，严重影响人体健康。我国煤矿有80%左右有煤层爆炸危险性。影响煤尘爆炸的主要因素是煤的挥发分含量。煤的挥发分越高，煤尘爆炸性越大。因此可利用挥发分含量作为初步评定煤尘爆炸性的指标，即：Vdaf<10%，为不爆炸煤层；Vdaf为10%～15%，为爆炸性弱的煤层；Vdaf>15%，为爆炸性开始迅速增加的煤层。此外，评价煤尘爆炸性的其它指标有灰分、水分，煤的粒度和肉眼煤岩类型。

二、我国煤矿开采技术

1、浅埋深、硬顶板、硬煤层高效综采技术

所谓高效综采技术，是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。

浅埋深、硬顶板、硬煤层高效综采技术则主要解决以下几个问题：

（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、长壁开采技术

针对缓倾斜薄煤层，应主要研究开发：体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机、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。针对缓倾斜厚煤层，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。

3、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；需要攻关研究的是：深井围岩状态和应力场及分布状态的特征；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。

三、我国煤矿开采技术的发展方向

根据我国当前采煤技术现状和需求，煤矿开采技术的研发应注重小煤矿技术改造和机械化开采技术、深井开采、围岩控制、“三下”采煤以及矸石排放等领域。

1、小型煤矿的机械化改造

煤矿开采技术的发展，是针对国家实施关闭的小型煤矿，淘汰落后的生产技术与设备，提高平均单井规模的技术政策，积极拓展资源优势，大力改善乡镇地方小型煤矿机械自动化、半机械化的开采技术装备结构，改进乡镇地方小型煤矿的采煤工艺方法，针对小型煤矿的安全生产，进行围岩顶板控制技术改造与实施，提高小型煤矿采煤工作面的单产和工效，促进小型煤矿的健康发展和运行。

2、深井开采技术

随着煤矿井下开采深度的增加，煤层开采的矿压控制、围岩控制、瓦斯和热害治理、冲击地压防治以及巷道布置、深井通风等技术难度系数增大。需要针对深井围岩状态和应力场及分布状态，深井采场环境的变化，深矿井开采热害治理技术，深井巷道的快速掘进与支护技术，深井冲击地压防治技术与监测控制技术，深矿井高效开采配套技术等进行科学的研发和实践推广。

3、采场围岩控制技术

根据煤矿采场的地质围岩结构压力等实际工况，进一步完善采场围岩控制理论。针对急倾斜、不稳定地质构造复杂的高深采场等各种地质煤层及开采条件进行科学分析，研究坚硬顶板与破碎顶板等低劣条件下放顶煤开采岩层和支架围岩的相互作用机理，研究支护质量与顶板动态监测技术，冲击地压的预测和防治等科学合理的岩层控制技术，来保证采煤活动的安全高效生产。

4、“三下”矿井采煤技术

充分利用现代计算机技术，深入研究开采上覆岩层运动和地表沉陷规律，研究满足地表、建筑物、地下水资源保护需要的开采系统和优化参数，进一步改进和发展煤矿水源保护开采技术、煤矿充填减沉开采技术、煤炭瓦斯综合共采技术等沉降控制理论和关键技术，加固改造矿区地表建筑结构，研究煤炭开采、土地复垦和矿井水资源的优化等关键技术。

5、优化矸石排放技术

改进采煤技术，完善煤矿巷道布置工艺体系，实现矸石废料综合利用技术。煤矿开采中产生的大量矸石固体废弃物，是污染、占用矿源周围土地资源的主要因素。根据因地制宜原则，实行全煤巷布置单一煤层开采，矸石基本不运出地面，将矿区内的矸石废弃物充填到煤层采空区空间内，综采与综掘同步发展。同时，对矸石进行综合开发，用来发电供热、制造建筑材料等，实现煤矿矸石废弃物的再利用。

四、结束语

煤炭作为一种不可再生资源，既是工农业生产和日常生活的主要燃料，又是化工生产的重要原料。采用先进的技术工艺开采和加工利用煤炭资源，是解决中国能源安全问题的现实途径之一，也是实现中国社会、经济和环境可持续发展的基础之一。

参考文献：

[1]张宏，等.我国煤炭资源可持续发展能力研究[J].煤炭经济研究，2006（2）.

[2]康红普.深部巷道锚杆支护理论与技术[M].北京：煤炭工业出版社，2007.

[3]姚建国.采矿环境力学与煤炭工业可持续发展[M].北京：中国科学技术出版社，2000.