淺談煤礦開(kāi)采中井下采煤技術(shù)及采煤工藝選擇

亢雷強(qiáng)

【摘? 要】在我國(guó)煤礦企業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，煤礦開(kāi)采技術(shù)是煤礦行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)核心。以往，煤礦在開(kāi)采過(guò)程中經(jīng)常采用傳統(tǒng)的人工方式，這種方式不僅開(kāi)采效率低，速度慢，而且存在很高的安全風(fēng)險(xiǎn)，容易發(fā)生安全事故，造成人身傷亡。因此，很多企業(yè)為了提高煤礦開(kāi)采的速度及安全性，對(duì)開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行了更新。煤礦企業(yè)為了提高自身競(jìng)爭(zhēng)力，不斷的對(duì)開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，最終成功創(chuàng)新了開(kāi)采技術(shù)，也完善了整體的開(kāi)采工藝。在此基礎(chǔ)上，對(duì)目前煤礦開(kāi)采技術(shù)及工藝進(jìn)行分析是很有必要的，通過(guò)分析才能夠明確開(kāi)采工藝的區(qū)別及針對(duì)性應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】煤礦開(kāi)采;采煤技術(shù);工藝

1.井下采煤技術(shù)的選擇

采煤技術(shù)常見(jiàn)的有長(zhǎng)壁式、房柱式及充填式三類。下面將詳細(xì)介紹這三類采煤技術(shù)。

1.1 長(zhǎng)壁式采煤技術(shù)

長(zhǎng)壁式采煤技術(shù)是中國(guó)目前使用最為普遍的采煤技術(shù)，主要可分為傾向長(zhǎng)壁和走向長(zhǎng)壁。傾向長(zhǎng)壁是指工作面按照煤層的傾向布置，而走向長(zhǎng)壁指的是工作面按照煤層的走向布置（見(jiàn)圖1）。這種采煤技術(shù)的工作面開(kāi)采范圍比較廣，產(chǎn)量高，工作面搬家次數(shù)少，其主要優(yōu)點(diǎn)在于井下工作面巷道布置較為簡(jiǎn)單，通風(fēng)管理比較容易，適用于各種條件下煤層的開(kāi)采。此外，長(zhǎng)壁式采煤技術(shù)能最大限度地開(kāi)采煤層。但這種采煤技術(shù)的缺點(diǎn)也十分明顯，其采用完全垮落法管理頂板，會(huì)導(dǎo)致地表下沉劇烈，嚴(yán)重破壞地表生態(tài)環(huán)境，而且工作面的準(zhǔn)備周期比較長(zhǎng)，需要一次性投入較多設(shè)備。目前，中國(guó)已研發(fā)了各種長(zhǎng)壁式采煤技術(shù)的成套設(shè)備。

1.2 房柱式采煤技術(shù)

房柱式采煤技術(shù)也可以稱為短壁采煤技術(shù)。這項(xiàng)采煤技術(shù)在中國(guó)應(yīng)用較少，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用得比較普遍。其需要配套專用的采煤設(shè)備，主要是連續(xù)采煤機(jī)和梭車。它的主要優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了煤層開(kāi)采和掘進(jìn)的一體化，即掘進(jìn)就是在采煤，采煤也是在掘進(jìn)，效率非常高，不存在長(zhǎng)壁式采煤技術(shù)中的采掘接替緊張問(wèn)題。但它的缺點(diǎn)也非常明顯，主要有以下幾方面：

（1）不便于通風(fēng)管理。房柱式采煤技術(shù)應(yīng)用中不存在專用的回風(fēng)巷道，這導(dǎo)致礦井的通風(fēng)管理十分困難，對(duì)于煤層瓦斯含量較高情況下煤層的開(kāi)采十分不利。

（2）煤層的采出率非常低。這項(xiàng)采煤技術(shù)在開(kāi)采過(guò)程中需要留設(shè)大量煤柱，且很多煤柱很難回收，通常情況下其回收率只有50%～60%，比長(zhǎng)壁式采煤技術(shù)低20%～30%。

1.3充填采煤技術(shù)

充填采煤技術(shù)由長(zhǎng)壁式采煤技術(shù)衍生而來(lái)，主要針對(duì)一些特殊情況下煤層的開(kāi)采。長(zhǎng)壁式采煤技術(shù)采用完全垮落法管理煤層頂板，會(huì)導(dǎo)致地表的不均勻下沉。地表的不均勻下沉?xí)p害地表上的一些重要設(shè)施，如公路、鐵路及建筑物等。此外，當(dāng)?shù)乇沓霈F(xiàn)貫穿型裂縫時(shí)，會(huì)導(dǎo)致地表水?dāng)嗔?，這破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。因此，發(fā)展了充填采煤技術(shù)。所謂的充填采煤技術(shù)是指在煤層開(kāi)采后采用一些材料來(lái)充填采空區(qū)，從而抑制地表下沉。這是一種綠色開(kāi)采技術(shù)，值得大部分煤礦推廣使用，其實(shí)施的關(guān)鍵在于找到合適的充填材料且材料成本在可接受范圍以內(nèi)。

2.井下采煤工藝選擇分析

通常情況下，采煤工藝指的是煤礦開(kāi)采中的破煤、裝煤、運(yùn)煤及支護(hù)采用的形式。目前，采煤工藝主要有炮采工藝、普通機(jī)械化采煤工藝及綜合機(jī)械化采煤工藝。下面將重點(diǎn)分析這3種采煤工藝。

2.1炮采工藝

炮采工藝是一種古老的采煤工藝，其主要是通過(guò)打眼放炮的方式破煤、采用手工方式裝煤及采用皮帶機(jī)運(yùn)煤，支護(hù)通常采用單體液壓支柱。這項(xiàng)工藝的效率一方面取決于煤層鉆眼的速度，另一方面還與工作面支護(hù)速度有關(guān)。這項(xiàng)工藝的工作面布置簡(jiǎn)單，能適用于各種條件下煤層的開(kāi)采。但由于工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)安全性很差，且工作面粉塵難以控制，這項(xiàng)采煤工藝被國(guó)家列入被淘汰的采煤工藝的名單。只在某些邊角煤回收中或煤層中含有鐵礦石的情況下，才應(yīng)用此項(xiàng)工藝。

2.2普通機(jī)械化采煤工藝

普通機(jī)械化采煤工藝與炮采工藝最大的不同在于破煤時(shí)采用了采煤機(jī)，裝煤時(shí)采用了刮板機(jī)。這項(xiàng)工藝最大的特點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了煤層開(kāi)采的半機(jī)械化，極大地提高了煤層開(kāi)采效率。它的主要優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)煤層的地質(zhì)條件具有很強(qiáng)的適用性，是目前中小型礦井開(kāi)采還在使用的方法;缺點(diǎn)在于采煤機(jī)割煤的時(shí)間短，支護(hù)頂板的時(shí)間長(zhǎng)，極大地限制了煤層開(kāi)采效率。同時(shí)，由于采用單體液壓支柱支護(hù)頂板，有發(fā)生冒頂事故的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3綜合機(jī)械化采煤工藝

綜合機(jī)械化采煤工藝與普采采煤工藝最大的不同在于支護(hù)時(shí)采用了液壓支架，實(shí)現(xiàn)了煤層開(kāi)采的完全機(jī)械化?？梢哉f(shuō)綜采工藝的發(fā)展是煤礦開(kāi)采史上的一次技術(shù)革命，極大地提高了采煤效率，使礦井產(chǎn)量由原來(lái)的年產(chǎn)幾十萬(wàn)噸提高到年產(chǎn)千萬(wàn)噸。綜采工藝經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，衍生出了大采高一次采全厚和放頂煤2種適用于厚煤層及特厚煤層的開(kāi)采工藝，極大地豐富了采煤工藝的內(nèi)涵。這項(xiàng)工藝的缺點(diǎn)在于設(shè)備前期投資大，對(duì)準(zhǔn)備巷道的斷面尺寸要求較高，對(duì)煤層賦存條件適用性非常差，且工作面搬家耗時(shí)長(zhǎng)。此外，在煤層回采過(guò)程中，還會(huì)留下大量邊角煤。

現(xiàn)在很多礦井都已經(jīng)采用了綜采工藝，其應(yīng)用主要取決于煤層的厚度和傾角。當(dāng)煤層厚度小于1.5 m時(shí)，普通的綜采工藝不能適用，需采用適用于薄煤層開(kāi)采的綜采工藝。而對(duì)于傾角大于25°的煤層，不能采用綜采工藝。

3.結(jié)語(yǔ)

煤礦井下開(kāi)采時(shí)，采煤技術(shù)和采煤工藝的選擇對(duì)于煤層開(kāi)采的效率和安全性有著重要影響。常見(jiàn)的井下采煤技術(shù)有長(zhǎng)壁式、房柱式及充填式三類。長(zhǎng)壁式采煤技術(shù)是中國(guó)目前使用最為普遍的采煤技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)在于井下工作面巷道布置較為簡(jiǎn)單，通風(fēng)管理比較容易，適用于各種條件下煤層的開(kāi)采。目前井下采煤工藝主要有炮采工藝、普通機(jī)械化采煤工藝及綜合機(jī)械化采煤工藝。綜采工藝的發(fā)展是煤礦開(kāi)采史上的一次技術(shù)革命，極大地提高了采煤效率，使礦井產(chǎn)量由年產(chǎn)幾十萬(wàn)噸提高到年產(chǎn)千萬(wàn)噸。

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