采礦工程中的現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)

劉斌

華晉焦煤有限責(zé)任公司 山西呂梁 033300

采礦作業(yè)存在著較高的危險(xiǎn)系數(shù)，稍有不慎極易導(dǎo)致安全隱患的發(fā)生，為保障采礦作業(yè)安全、高效進(jìn)行，應(yīng)用高科技采礦工藝技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對全球能源危機(jī)的進(jìn)一步加劇，節(jié)能、環(huán)保的理念已經(jīng)滲透入各行業(yè)中，節(jié)能、環(huán)保方面的問題已經(jīng)成為人們?nèi)粘ＫP(guān)注和熱議的焦點(diǎn)。

1 現(xiàn)代化采礦工藝方法介紹

當(dāng)前，礦產(chǎn)資源數(shù)量日益減少，采礦難度越來越大，所以需要利用現(xiàn)代化新科技科學(xué)提高采礦效率，這是許多礦產(chǎn)開發(fā)企業(yè)最緊迫的要求。但采礦條件的持續(xù)改變也影響到周圍自然環(huán)境與采礦效率，所以結(jié)合不同采礦階段和采礦條件要調(diào)換開采技術(shù)，例如采取采油填水方法，油、天然氣脫離工藝等。我國現(xiàn)有的礦產(chǎn)形式主要包括礦石、油與煤炭等，因?yàn)橹袊I(lǐng)土很大，所以資源儲(chǔ)量較多，但布局不均，因此國內(nèi)礦產(chǎn)單位布局也不均勻。礦產(chǎn)資源大都埋藏于地底，所以有較強(qiáng)的隱蔽性，有的資源必須借助最先進(jìn)的探測方法才能夠發(fā)現(xiàn)。整體而言，國內(nèi)的礦產(chǎn)資源西多東少，所以不同地方的工業(yè)發(fā)展局面都較為固定。由于資源布局不能改變，因此工業(yè)發(fā)展促使不同地方的礦產(chǎn)資源需要采取不同的采礦工藝，若財(cái)務(wù)相同的辦法會(huì)影響工業(yè)地區(qū)。不同的工業(yè)過程所要的開采方法也不一樣，所以開采礦產(chǎn)資源時(shí)需要根據(jù)不同的區(qū)域條件與自然條件，因地制宜選擇合適的采礦技術(shù)。

2 分析采礦技術(shù)具備的基本特征

首先，具備針對性。根據(jù)多年實(shí)踐，我國具備了豐富的采礦技術(shù)。企業(yè)可以根據(jù)礦區(qū)特征，合理選擇最合適、最安全開采方式。其次，具備復(fù)雜性特征。在進(jìn)行采礦工程中，由于采礦環(huán)境比較復(fù)雜，然而采礦工藝有很多要求，導(dǎo)致應(yīng)用采礦技術(shù)過程中具備了復(fù)雜性特征。同時(shí)，存在風(fēng)險(xiǎn)性特征，在開展采礦工程中，工作人員應(yīng)用和中采礦技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)都會(huì)存在不同程度風(fēng)險(xiǎn)。一旦工作人員應(yīng)用技術(shù)不當(dāng)或者是選擇采礦技術(shù)不當(dāng)時(shí)，很可能發(fā)生采礦安全事故情況。此外，具備了精細(xì)化特征。為更好的順應(yīng)新形勢下市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)需求，使采礦技術(shù)呈現(xiàn)著精細(xì)化特征。

3 煤礦采礦工藝技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在采礦工作中，采礦工藝技術(shù)水平不僅直接影響礦產(chǎn)的開采效率，還直接影響著礦產(chǎn)開采的安生性，更與采礦工程的發(fā)展緊密相關(guān)。從當(dāng)前采礦工程應(yīng)用的各項(xiàng)工藝技術(shù)來看，采礦工程想要快速發(fā)展發(fā)展依然存在著諸多困難。一是探礦技術(shù)較落后，無法精準(zhǔn)定位、探測礦產(chǎn)資源，影響后續(xù)礦產(chǎn)的開采工作；二是在開采過程中，人工開采占比較高，機(jī)械化程度低，難以達(dá)到精細(xì)化開采；三是開采技術(shù)存在局限，既不利于礦資源的二次開采，也不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

安全生產(chǎn)是任何行業(yè)都必須遵守的生存法則，企業(yè)只有保證安全生產(chǎn)才能穩(wěn)定發(fā)展。然而，采礦工程現(xiàn)主要面臨兩方面的安全問題。一是采礦作業(yè)人員運(yùn)輸普遍要通過礦井和巷道，運(yùn)輸過程中，無論是礦井滲水還是巷道坍塌都會(huì)嚴(yán)重威脅作業(yè)人員的生命安全；另一方面井下作業(yè)空間都相對較小，通風(fēng)條件較差，若出現(xiàn)火災(zāi)等安全生產(chǎn)事故，將嚴(yán)重影響作業(yè)人員的生命安全。

4 現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)分析

4.1 連續(xù)采煤機(jī)工藝

通過實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在我國大部分的煤礦井下開采過程當(dāng)中使用的最為廣泛的就是這種連續(xù)采煤機(jī)工藝，這種工藝不僅成本比較低，而且在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中往往具有較高的安全性。不過這種工藝也有著一定的缺陷存在，如果煤礦井下的通風(fēng)條件較差，安全性較低，這樣就會(huì)給煤礦的相關(guān)安全管理工作帶來很大的困難。除此之外，開采單位在對這種采煤工藝進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候還要保證煤質(zhì)的硬度在硬或者中硬之間，煤層的傾斜角不能超過15°。在選擇采煤工藝的時(shí)候首先要對開采煤礦進(jìn)行全方位的了解，對煤層類型和煤質(zhì)硬度進(jìn)行充分的分析，結(jié)合實(shí)際的情況來選擇合適的采煤工藝，這樣才能保證選擇的采煤工藝效果可以充分的發(fā)揮出來，對采煤工作起到一定的促進(jìn)作用。

4.2 傾斜長壁方法

長臂煤礦開采方法，在一些比較特殊的地理環(huán)境下應(yīng)用效果非常明顯。依照煤礦開采的現(xiàn)場狀況，將長臂采煤設(shè)備直接投入開采工作中，在開采工作環(huán)境允許的基礎(chǔ)之上，依照實(shí)際的開采工作環(huán)境，制定出煤礦開采的傾斜角度，并且對其進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算和分析，以此為基礎(chǔ)對傾斜長壁煤礦開采方法進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員需要對傾斜長壁開采的具體作業(yè)方法，以及在開采工作中對空間環(huán)境的要求進(jìn)行全面的了解。具體如圖1所示，在針對斜柱的設(shè)計(jì)工作中，必須要對開采工作中斜坡的傾角進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，這樣才可以對采煤方向所產(chǎn)生的分力作用進(jìn)行有效的控制，同時(shí)依照煤礦井下的巖石層分布狀況，對煤礦采空區(qū)域來進(jìn)行有效的監(jiān)測，充分保證礦井內(nèi)部的協(xié)助，可對整個(gè)煤礦開采工作產(chǎn)生有效的拉力作用，有效提高煤礦開采工作的安全性和穩(wěn)定性[1]。

圖1 傾斜長臂法工作示意圖

4.3 填充采礦

采礦工程施工的過程中，會(huì)出現(xiàn)采空區(qū)域，因此需要積極采取有效措施對采空區(qū)域進(jìn)行科學(xué)管理，經(jīng)常使用的處理方法為回填法，使地表下沉問題得到有效的避免，為后續(xù)采礦工程的順利施工奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。填充采礦技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，對于填充面來說，礦產(chǎn)資源被開采以后，其所承受的壓力會(huì)急劇增加，需要采取一定的措施進(jìn)行處理。支架架設(shè)時(shí)，需要使用填充物對地下壓力進(jìn)行一定程度的緩解，從而使地表沉降問題得到有效的處理，使圍巖崩落而導(dǎo)致的危險(xiǎn)事故發(fā)生的幾率得到降低，使安全生產(chǎn)得到真正的實(shí)現(xiàn)。在填充采礦技術(shù)得到科學(xué)合理的使用以后，安全采礦的目的得到了真正的實(shí)現(xiàn)，填充采礦技術(shù)使用早期，所有的填充物全部都是就地取材，使用礦產(chǎn)資源開采后的廢棄物來進(jìn)行回填，使廢棄物處理的成本得到有效的節(jié)約，但是這種方法的安全性不高，質(zhì)量也得不到保證。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，膠狀填充物應(yīng)運(yùn)而生，使得回填的安全性和穩(wěn)定性得到了顯著的提高。

4.4 綜合機(jī)械化采煤工藝

所謂的綜合機(jī)械化采煤工藝，簡單的來說就是在進(jìn)行破煤、裝運(yùn)煤頂板支護(hù)等所有的工藝流程當(dāng)中進(jìn)行機(jī)械化的方式施工，這樣不僅能夠讓煤礦井下采煤工作保持高效連續(xù)的進(jìn)行，這種采煤工藝在使用過程當(dāng)中工作量是比較少的。為了能夠讓綜合機(jī)械化采煤工藝的效果充分的發(fā)揮出來，施工人員首先就要將破煤和裝煤的兩種割煤工序完成，對刨煤機(jī)、滾筒式采煤機(jī)等相關(guān)采煤設(shè)備進(jìn)行充分的應(yīng)用，這些先進(jìn)的采煤設(shè)備可以將采煤工作的效率和質(zhì)量進(jìn)行大幅度的提高，刮板在運(yùn)出原煤的過程當(dāng)中是十分重要的一個(gè)工具，可以為后期的井下采煤工作起到良好的促進(jìn)作用。綜合機(jī)械化采煤工藝在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中往往會(huì)涉及到很多的機(jī)械設(shè)備，如果煤礦井下工作面的面積較小，各個(gè)工序?qū)嶋H開展的時(shí)候就會(huì)比較緊密，某個(gè)開采工序出現(xiàn)問題就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)開采工作效率受到或大或小的影響。開采單位就要對相關(guān)的開采機(jī)械設(shè)備進(jìn)行有效的管理工作，對整體布局和工序進(jìn)行安排，在后期還要對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行有效的養(yǎng)護(hù)工作，從而才能夠?qū)⒕C合機(jī)械化采煤工藝的效果充分的發(fā)揮出來[2]。

5 現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)在采礦工程中的具體應(yīng)用

5.1 工程概況

以某采礦工程為例，該采煤帶沿西南方向布置、斜坡傾斜角為50°，采煤帶長4km、南北向?qū)?km。工程計(jì)劃采用薄礦體深孔采礦法，在采礦作業(yè)前通過現(xiàn)場勘查掌握礦體的實(shí)際情況與參數(shù)，利用技術(shù)手段完成礦體三維模型的建立，借此有效提升開采作業(yè)效率、安全性與回收率，降低礦石貧化率[3]。

5.2 智能化集控系統(tǒng)在采煤工作面的應(yīng)用

這種采礦新技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中主要有自動(dòng)運(yùn)行和人工操作2種模式，現(xiàn)場作業(yè)通常使用的是后面一種，即以人工操作為主。設(shè)備在工作面運(yùn)行方式方面存在的不足，主要體現(xiàn)在施工現(xiàn)場的應(yīng)用上，與控制臺(tái)的集控系統(tǒng)間易產(chǎn)生互鎖現(xiàn)象，兩者間相互矛盾，集控系統(tǒng)在現(xiàn)場操作時(shí)會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)封閉現(xiàn)象，有就地優(yōu)先的規(guī)律性。在具體操作過程中，如果控制臺(tái)集控系統(tǒng)顯示為閉鎖狀態(tài)，采煤機(jī)和三機(jī)等巡視人員就無法正常開展相關(guān)作業(yè)流程。但支架控制系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)這種情況，在集控系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，支架巡視工可通過人為干預(yù)來實(shí)現(xiàn)作業(yè)操控。集控系統(tǒng)工可根據(jù)姿態(tài)檢測和視頻監(jiān)控等系統(tǒng)的反饋情況，決定初始采煤工藝段及其限速值，讓系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，并啟動(dòng)自動(dòng)采煤作業(yè)程序。

5.3 構(gòu)建自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)

健全煤礦開采設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)，科學(xué)搭建自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)，必須著重優(yōu)化煤礦開采設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)搭建技術(shù)路線，完善平臺(tái)功能。從宏觀層次來分析，設(shè)計(jì)完整的自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)技術(shù)路線，首先要分別設(shè)計(jì)煤礦開采設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)、智能化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)決策支持系統(tǒng)，處理好這三者的銜接關(guān)系。自動(dòng)化控制系統(tǒng)屬于前饋系統(tǒng)，是決策支持系統(tǒng)的智能化升級。此外，決策支持系統(tǒng)組合模塊與功能包括構(gòu)建大數(shù)據(jù)庫、收集和分析數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)倉儲(chǔ)挖掘、異常預(yù)報(bào)預(yù)警、工藝模擬優(yōu)化和故障診斷與修復(fù)。最終，自動(dòng)化控制系統(tǒng)會(huì)將反饋數(shù)據(jù)一并輸入智能化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)之中。而且，智能化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備兼容性與獨(dú)立性，這樣方能實(shí)現(xiàn)不同監(jiān)控信息的同步訪問。再次，煤礦開采設(shè)備自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)須包括自動(dòng)運(yùn)行功能、煤礦開采處理過程管控功能、工況優(yōu)化功能、信息挖掘功能、異常感知功能和故障修復(fù)功能。

5.4 視頻監(jiān)控技術(shù)

綜采工作面視頻監(jiān)控系統(tǒng)由工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)組成。攝像機(jī)使用低照度增強(qiáng)紅外成像技術(shù)。最低照度是只有0.001勒克斯，分辨率可以達(dá)到570ppi——線高清圖片的效果，實(shí)現(xiàn)工作面總長度的煤壁側(cè)非盲區(qū)域視頻監(jiān)控和生產(chǎn)站點(diǎn)的觀測。為了保證視頻質(zhì)量，設(shè)計(jì)了攝像機(jī)防塵裝置，利用壓縮空氣在攝像機(jī)防護(hù)玻璃前形成空氣幕屏障，阻隔防護(hù)玻璃和污染。同時(shí)，攝像機(jī)保護(hù)玻璃前的壓縮空氣形成正壓區(qū)，使空氣繼續(xù)流向前方。進(jìn)一步分散在前面的粉塵顆粒和水滴可以滿足防塵的需要，特別是在高粉塵環(huán)境中。它能保證攝像機(jī)鏡頭不受污染。

6 現(xiàn)代化采礦工藝技術(shù)的發(fā)展前景

6.1 機(jī)械化開采技術(shù)

露天煤礦開采和地下開采是機(jī)械化開采技術(shù)的兩種主要方式。露開開采顧名思義就是開采地殼表層的礦產(chǎn)資源，露天開采的前必須利用崩落采礦類工藝技術(shù)將覆蓋在礦產(chǎn)表面的巖石崩落或分離開，再利用機(jī)械化開采技術(shù)按照從上往下，從外向內(nèi)的順序完成采礦作業(yè)。此技術(shù)既能盡可能減礦產(chǎn)的損失，又能降低開采成本，還能提高采礦作業(yè)的安全系數(shù)，相對地下開采，優(yōu)勢明顯。而采用地下開采的礦體，通常情況下礦體厚度較薄，埋藏較深，開采難度較大，開采成本相對較高，因此開采收益也相對較底。

6.2 無廢開采技術(shù)

在進(jìn)行采礦的時(shí)候，需要科學(xué)的處理爆破方式和搬運(yùn)情況，從而其經(jīng)濟(jì)收益得到不斷地提高，同時(shí)投入的財(cái)力和物力也會(huì)隨著增加，給整體工作效率造成嚴(yán)重的影響。廢石處理受到了人們的普遍關(guān)注，從安全的角度出發(fā)，通過對采掘工序的合理設(shè)置，使地下礦山無廢開采技術(shù)得到優(yōu)化和升級。科學(xué)的設(shè)置工藝技術(shù)流程，使所有的廢棄物得到及時(shí)的處理，同時(shí)做好環(huán)境保護(hù)工作。

7 結(jié)語

采礦工藝技術(shù)還在不斷地豐富和發(fā)展，采礦工程促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使我國礦產(chǎn)資源得到了更好的開發(fā)和利用，采用現(xiàn)代化技術(shù)和設(shè)備有效地改善了以前開采工藝中的不足之處。引進(jìn)新的管理技術(shù)能夠更好的促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。礦產(chǎn)工程的進(jìn)行也要朝著綠色生產(chǎn)發(fā)展，這樣才符合社會(huì)的發(fā)展要求，從而提高礦產(chǎn)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。