煤矿开采中常见采煤工艺适用条件分析

◎李治卫

引言

随着信息技术的快速发展，煤矿行业逐渐向机械化、标准化、技术化方向转型升级，进而衍生出了多样化多类型的采矿工艺。如何根据煤矿实际条件选择适宜的采矿工艺，是矿区开采作业中需要重点关注的问题。采矿企业应该对矿区进行科学调查，建立采矿工艺选择标准，根据实际情况选择采煤工艺，使其能够适合复杂的煤层开采环境，以提高矿区的实际开采效率和开采质量，降低煤层开采难度，促进煤矿行业的可持续稳定发展。

一、中国煤炭行业发展状况

中国制定了许多人性化的政策推动煤矿企业的发展，无论是为采矿设备的研发改进还是为新技术的探索都提供了很好的条件，因此中国煤炭行业处在世界领先地位。随着近几年科技的迅猛发展，中国的煤矿机械化生产设备更新换代，具有更加高效安全的功能。20 世纪70 年代之前，中国煤矿开采主要依靠的还是人力劳动，使用的生产工具都较为简陋，并不具备机械化生产的条件。直到20 世纪80 年代，中国引进了煤矿综合机械化生产技术，使得采矿过程实现了初始机械化的生产。随着中国对采煤生产的持续自主研发，无论是采煤设备还是煤矿开采技术都有了很大的提升，为中国煤炭行业实现综合开采奠定了优良基础。近年来，已有52 处千万吨级煤矿，核定生产能力约占全国生产煤矿总产能的1/5。由此可判断出中国综合机械化采煤已大幅度实现应用。

二、煤矿开采技术的发展现状

随着中国经济和科技的进步许多煤炭工业发展迅速。中国的煤炭工业有一定的发展，因为中国煤炭资源丰富，种类繁多。但是随着社会对煤炭资源的需求不断增长，煤炭开采技术的弊端逐渐显现出来。在早期的国家发展中，煤炭行业的关注度没有其他行业那么高，设备和技术都相对落后，建筑人员的安全保障不到保障，而且矿山经营效率也相对较低。在发展过程中，国家逐渐认识到煤炭工业的重要性，开始不断地探索和开发创新的煤炭技术，部署先进的设备，极大地促进了煤炭工业的发展，提高了中国煤炭工业在世界经济中的竞争力。

三、煤矿采煤工艺的基本原则

1.安全原则。

煤矿企业选择采煤工艺时首先考虑的是安全原则，要有效保障采矿工人的人身安全。若一味考虑经济利益，则会在施工过程中发生意外事故造成人员伤亡。这不仅对煤矿企业的开采效率和经济效益有不利影响，还会影响整个行业的可持续发展。因此，采煤企业应高度重视安全问题，采取安全措施，加强安全监控，规避危险隐患。

2.成本原则。

煤矿企业在开发过程中人力、物力等成本消耗巨大，而且受工期任务限制。因此，在实际工作中，也应当充分考虑成本原则，选择适宜的采煤工艺进行开采作业，使其能够在最短的时间内实现最大的经济回报。

3.煤炭采出率原则。

煤矿采煤工艺需要遵循煤炭采出率原则，此要素代表采煤的产量与效果，是煤矿企业经济收益的体现。因此，煤矿企业应当不断升级采煤工艺，规范采煤技术行为，加强安全管理行为，进而提高煤炭采出率。

四、采煤工艺选择

1.煤层赋存条件。

在选择采煤技术时，首先要考虑煤层赋存状态。所谓的“煤缝”是指煤缝的厚度、倾角和地质构造。通常，当煤层倾角超过25 度时，建议采用一般开采技术。这是因为当碳焊缝的倾角较大时，某些重型设备很难保持平衡，容易出现滑动或跌落的危险。当煤层倾角小于25，地质构造相对较小时，如煤层厚度相对较小，地质构造较大时，建议采用全机械化开采技术。例如，在相对先进的地质构造中，当煤层厚度变化较大且地质构造众多时，应选择一般的采矿技术。这是因为当地质结构相对先进时，需要经常转移工作面。如果使用重型完全机械化的采矿设备，则需要很长的时间来搬运，这不利于高效开采煤炭资源。

2.矿井储量情况。

在选择煤炭开采技术时，我们还需要考虑储量。因为筹建一个矿井需要较大资金投入，必须计算开采经济效益。所以矿井的使用寿命不能太短。正常情况下，矿井的使用寿命不得低于40 年。在一定的矿山储量中，应根据矿山的使用年限确定矿山的年生产量，并根据矿山年生产情况选择合适的开采技术。一旦矿产储量丰富，矿井年产量就能相应增加。在矿产资源紧张的情况下，有必要适当减少矿山的年产量。确定矿井年产量后，可以确定工作面长度，然后确定采矿技术。根据充分的经济评价，在厚煤层开采中应选择大采高技术；但是，如果经济评估不充分，则应选择高边坡开挖技术或一般的全机械化开采技术。

五、煤矿开采中常见的采煤工艺类型

1.爆破采煤工艺。

采取爆破采煤工艺需要爆破、装煤、运煤、支护以及采空区域处理等系统性作业内容，每个环节需要相互配合才能实现良好的爆破效果。爆破采煤工艺的重点包括两方面，一方面是合理选择钻孔爆破位置，规避对顶板、支架和运输设备的损坏；另外一方面则是有效控制炸药用量，根据矿区实际和煤层顶板的稳定度、煤层厚度、地质条件和环境结构做出分析，在完善的参数调查基础上明确炸弹用量，保证爆破效果，使煤块相对均匀的同时也能减少炸药和雷管的使用量。目前来讲，爆破采煤工艺在出块率和开采效率上有了较大提升，爆破采煤工艺技术应用也逐渐趋于成熟，但仍然存在爆破之后煤块处理问题。输送机可以将工作面落下的煤块运输到特定位置，其余煤块还需要借助人工完成装载，工作量较大。

2.充填采煤工艺。

为了减少煤层开采对地表的伤害，科学家和专家们发明了充填采矿技术。这种技术会根据传统的完全机械化开采技术来增加充填技术，也就是说，开采石煤后形成的采空区充满了其他材料。充填采矿区后，采矿区上方的地层移动范围较小，不会发生塌陷。此过程适用于煤矿上面有重要建筑物和设施（如铁路、高速公路和蓄水池）的情况。此过程也用于水利开采，因为煤矿开采引起的地表塌陷越来越明显。随着国家对煤矿环境保护的要求的提高，这一过程具有很高的适用性。

3.连续采煤技术。

连续采煤技术主要利用连续采煤机的成套设备进行井下采煤工作，具有非常高的效率，因此为了促进我国煤矿产业的发展，该技术成为煤炭企业的重点研发对象。在井下煤矿开采的过程中，主要在破煤和装煤环节应用该技术，通过利用连续采煤机充分结合掘进和开采工作，有利于提高工作效率，在很大程度上降低煤矿采集环节对劳动力的需求。该技术的应用，不仅更好的保障煤炭开采质量，还有利于提高煤矿企业的经济效益。另外，在连续施工的过程中，便于回收相应煤柱，进而避免浪费煤炭资源。

4.常规综采工艺。

中国在八十年代开始采用全机械化开采技术，并进行了广泛的工业试验，积累了丰富的技术经验。在中国早期广泛采用了传统的全机械化开采技术。切割设备的最大采高在传统的全机械开采技术下低于3.5m，顶板由液压支架控制。采用全机械化开采技术极大地释放了煤炭资源的开采效率，工作面单位产量已从数十万吨增加到数百万吨。与传统的采矿技术相比，全机械化开采技术大大降低了工人的劳动强度，减少了工作面中的工人数量，极大地提高了安全性。全机械化开采技术主要适用于厚煤层开采，煤层倾角相对较小，最大倾角不超过煤层倾角标准。传统的全机械化开采技术适用于煤的硬度不太高，帮派长度也较低的情况。目前，一般的全机械化开采技术主要应用于中小型矿山，也就是说，煤矿生产要求较低的矿区。

5.综合机械化采煤技术。

综合机械化采煤工艺有别于传统的采煤工艺，这种新型的采煤工艺实现了机械化的自动生产，解放了大量的人力，可以为煤矿企业节约大量成本，同时创造更大的价值，是一种现代化的采煤方式。通过综合机械化采煤工艺，可以实现破煤、运煤、支护等采煤各个环节工作的机械化，进而保证采煤工作各个环节的工作效率，让煤矿企业的采煤工作既能够拥有更高效率的同时，还能够有效保障相关工作人员的人身安全。综合机械化采煤工艺的发展，既促进了采煤工作效率的提高，同时还有效保障了采煤工作人员的人身安全，对于煤矿企业来说，综合机械化采煤工艺是一种非常重要的采煤方式，也是目前煤矿企业普遍采用的一种采煤方式。在传统的采煤工作中，受到条件的限制，采煤工作受到煤矿环境的影响较大，这些环境因素大大制约了采煤的速度，同时还会对采煤工作人员的人身安全造成一定的威胁，限制了煤矿企业的发展，能源日趋紧张，社会对煤等矿产资源的需求也越来越大，传统的采煤工艺已经不适应社会的发展所需，因为通过传统方式开采出来的煤炭已经供应不足，在社会庞大的需求量下，亟需一种拥有更高工作效率的采煤工艺，综合机械化采煤工艺正好可以让采煤工作拥有更为高效的工作效率。

6.大采高采煤工艺。

中国许多矿区都有超过10 米厚的煤层。为了提高这种特厚煤层的开采效率，开发了一种高采高的开采技术。与传统的全机械化开采技术相比，高采高开采技术的切割效率更高，水力高度和体积也更大。通过在一些矿山的应用，我们可以发现，这一过程带来的煤炭产量增长是惊人的。目前，拥有大型矿山企业的最大工作面年产量可提高约2×107t，是传统综采工作面的10 倍以上。高采高开采技术主要适用于煤层厚度大、赋存条件好的矿井。倾角相对较大时，由于采高的支架质量较高，因此很容易降低。因此，具有较高采矿高度的工作面倾角通常较小，通常低于5。与此同时，高采高技术对车道和其他配套设施有更高的要求。为便于安装大型矿山环境的工作面，车道横断面的大小也相对较大。此外，由于采矿技术设备的生产成本相对较高，一套设备可能要花费数亿元，这就要求煤矿得到大量的资金支持。目前，该技术仅应用于少数条件良好的矿区，如山西、内蒙古和陕西。

7.放顶煤采煤工艺。

为了进一步提高采矿效率并降低超厚煤层开采成本，目前正通过改进传统的全机械化开采技术来指导高瓦斯开采技术。石煤回采技术与传统全机械化回采技术的主要区别在于采用了顶煤液压支架。由于矿井的压力，液压支架上方的顶煤会破裂，并通过液压支架后面的孔破裂。合理控制采矿作业与采矿作业的比例，厚度超过10 米的煤层可一次开采，从而显着提高采煤效率。顶煤开采技术主要适用于厚煤层开采，一般适用于厚达8-10 m 的特厚煤层开采。此外，该工艺对煤焦油中的气体也有较高的要求。由于上开采量是普通综采工作面的好几倍，因此不仅释放了大量的煤尘，而且释放了大量的瓦斯，增加了煤矿瓦斯爆炸的可能性。因此，本技术主要适用于煤矿井下瓦斯治理。为了进行比较，证明高矿藏的生产成本相对较低，目前已在中国许多矿区得到应用。

六、采煤工艺适用条件

1.综采工艺适用条件。

综采工艺虽具有开采效率高、安全系数高、采矿工人作业压力小、投入成本低等优势，但其实际应用的范围较小。这主要是因为机电设备成本偏高，环境结构不符合要求，技术工人操作不规范等。例如：综采工作面使用的一台顺槽运输机购入价格7×104～10×105 元，这对于采矿企业的资金支持与运转要求极高，部分小型采矿企业根本不具备购入条件。根据综采工艺的应用情况，分析得出综采工艺的适用条件，主要有以下3点：a）采用综采工艺要求煤层的结构构造较为简单、规整，煤层赋存的稳定性较高；b）矿区的顶板和底板防护要到位，充分考虑综采作业顶板与顶板的尺寸、方位、距离等具体指标；c）开采煤层的倾斜角度55°以下效果更好。

2.连采技术的适用条件。

连采技术在煤矿开采过程中的应用，同样具有重要意义。在煤矿开采的过程中，应用该技术可以改善出煤速度，对机械化的应用程度较高，能够降低施工成本，并且充分保障井下作业的安全性和可靠性。但该技术也存在一定的不足，比如通风条件较差，该技术在煤矿开采过程中的应用需要确保开采煤层的倾角小于等于15°，同时煤炭埋藏的深度比较浅，相应煤层的构造也不能过于复杂。在大规模的煤矿开采过程中，该技术还只是一种辅助方式。当前对于连采技术存在的不足，还需要不断进行探索分析，提高该技术的应用水平，以保障煤矿开采作业的效率。

3.爆破采煤工艺适用条件。

爆破采煤工艺是目前较为成熟的一种采煤工艺。要想深入应用爆破采煤工艺，发挥爆破优势，就应该准确分析爆破采煤工艺的特点及其适用条件。其具体特点包括：机械化程度较低，技术要求不高，严格规定与限制炸药和雷管的使用量，精确分析、合理选择钻孔爆破地点，广泛适用于无法采取机采措施的煤层等。这些特点可体现出爆破采煤工艺的优势以及重要性。鉴于此，采矿企业应该重视对爆破采煤工艺的研究，不断改进爆破工艺中存在的不足，使其能够更加完善，从而满足倾斜角度较大、地质构造复杂的煤层工艺使用需求，进一步提升煤矿开采量与开采效益。

结束语

总而言之，在我国煤矿事业发展的过程中，对相关采煤技术不断进行创新，虽然已经取得一定的成效，但还存在一定的缺陷，需要进一步完善各项技术。同时，煤炭企业在实际开展采煤作用时，需要结合企业实际情况，合理选择采煤技术和采煤工艺，充分发挥各项技术的优势，保障采煤作业的安全性，降低工作人员的劳动强度，促进煤矿企业的稳定发展。