井下采煤技術(shù)及采煤工藝選擇分析

（山西省古交市鎮(zhèn)城底礦 山西 030203）

在我國(guó)工業(yè)不斷發(fā)展的大背景下，各行各業(yè)對(duì)煤炭資源的需求量也在逐漸上升，為了實(shí)現(xiàn)更多煤炭資源的有效開(kāi)采，就要做好井下采煤作業(yè)。但井下采煤作業(yè)具有很明顯的特殊性，在作業(yè)過(guò)程中，存在著很多影響作業(yè)安全和作業(yè)效率的因素。對(duì)此，作為煤礦企業(yè)，必須根據(jù)自身的實(shí)際情況，從種類(lèi)繁多的采煤技術(shù)和采煤工藝當(dāng)中，選擇最為合適的技術(shù)和工藝，實(shí)現(xiàn)自身的發(fā)展進(jìn)步。

1.井下采煤的特點(diǎn)和分析

井下采煤與露天煤礦開(kāi)采有著很大的區(qū)別，具有很高的特殊性。由于井下采煤環(huán)境復(fù)雜，存在著諸如瓦斯等大量不穩(wěn)定因素，對(duì)采煤技術(shù)和工藝有著很高的要求，一旦發(fā)生疏忽，很容易引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，井下采煤的效率也相對(duì)較低。為了確保井下采煤工作的安全，必須通過(guò)對(duì)采礦技術(shù)的深度應(yīng)用[1]。由于我國(guó)各地的地理環(huán)境之間存在著明顯的差異，各地煤礦的井下環(huán)境也自然存在很大的差異，必須根據(jù)實(shí)際情況，因地制宜，來(lái)選擇采礦技術(shù)。對(duì)于部分煤礦而言，常規(guī)開(kāi)采方式容易引發(fā)地質(zhì)沉降等問(wèn)題，除此之外，一些老礦區(qū)由于煤炭資源已經(jīng)趨于枯竭，使得礦區(qū)開(kāi)采需要更高的成本。整體而言，合適的開(kāi)采技術(shù)、完善的開(kāi)采設(shè)備和配套工藝，都是確保井下采煤作業(yè)安全有序進(jìn)行的關(guān)鍵因素。

2.現(xiàn)階段井下采煤技術(shù)及工藝選擇

(1)爆破采煤技術(shù)及其工藝選擇

爆破采煤技術(shù)在國(guó)內(nèi)的井下煤炭資源開(kāi)采中，應(yīng)用較為廣泛，且應(yīng)用頻率也相對(duì)較高。這種技術(shù)的發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，可追溯到新中國(guó)成立初期。在近七十年的發(fā)展中，這項(xiàng)技術(shù)也得以不斷優(yōu)化改進(jìn)。在這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)按照以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：

①爆破落煤。首先，工作人員要對(duì)炮眼布置方式、炮眼角度和炮眼深度進(jìn)行合理的選擇，具體來(lái)看，需要根據(jù)巖層厚度選擇炮眼布置方式，根據(jù)進(jìn)尺確定炮眼深度；其次，要根據(jù)實(shí)際情況選擇恰當(dāng)?shù)你@眼設(shè)備、炸藥種類(lèi)和裝藥量；最后，要對(duì)上述的準(zhǔn)備工作進(jìn)行勘查檢驗(yàn)，確保所有安排合理，方可進(jìn)行爆破工作。除此之外，要注意工作面的平直，防止支柱和頂板在爆破中受到損壞，以確保后續(xù)工作能夠安全開(kāi)展。

②裝煤。在這一作業(yè)環(huán)節(jié)中，工作人員首先要檢查臨時(shí)支護(hù)工作，以確保采煤人員的安全。準(zhǔn)備工作完成后，要合理安排裝煤方式，應(yīng)當(dāng)以機(jī)械裝煤方式為主，只有當(dāng)存在較多的散落煤塊的時(shí)候，才可適當(dāng)安排人工裝煤。

③機(jī)械化運(yùn)煤。在這一環(huán)節(jié)中，企業(yè)可合理選擇自溜運(yùn)輸和機(jī)械運(yùn)輸兩種方式，兩種方式的選擇，通常以炮采面傾角25度為臨界點(diǎn)，傾角大于等于25度則更適合采用自溜運(yùn)輸方式，反之則選擇機(jī)械運(yùn)輸方式。目前來(lái)看，機(jī)械運(yùn)輸方式在國(guó)內(nèi)煤炭行業(yè)中應(yīng)用更為廣泛。在這種運(yùn)輸方式的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)安裝一定數(shù)量的擋板，避免煤塊在運(yùn)輸過(guò)程中大量掉落[2]。

④工作面支護(hù)。為確保井下采煤作業(yè)的安全，防止出現(xiàn)塌陷等問(wèn)題，對(duì)采空區(qū)和工作面的安全防護(hù)工作是必不可少的。煤礦企業(yè)可通過(guò)設(shè)置木頂柱和單體支柱等支護(hù)工具，對(duì)工作面進(jìn)行頂板支護(hù)，同時(shí)，通過(guò)垮落法和充填法等進(jìn)行回柱放頂，為井下采煤作業(yè)留出充足的空間。

雖然爆破采煤技術(shù)有著成本低和操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，但由于需要使用大量炸藥，因此安全隱患頗多，并且由于需要使用大量人力，因此人力成本居高不下。由此可見(jiàn)，爆破采煤技術(shù)的應(yīng)用范圍應(yīng)當(dāng)受到限制，只有在常規(guī)工藝無(wú)法進(jìn)行機(jī)械化作業(yè)的區(qū)域，方可采用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行井下采煤作業(yè)。

(2)普通機(jī)械化采煤技術(shù)及其工藝選擇

普通機(jī)械化采煤技術(shù)也是一項(xiàng)較為傳統(tǒng)的采煤技術(shù)，始于20世紀(jì)60年代初，目前也有著較為廣泛的應(yīng)用。這項(xiàng)采煤技術(shù)與爆破采煤技術(shù)相比，其工藝流程較為類(lèi)似，其不同之處在于，普通機(jī)械化采煤技術(shù)的落煤和裝煤工作是實(shí)時(shí)同步進(jìn)行的，并需要借助單滾筒采煤機(jī)。由于使用普通機(jī)械化采煤技術(shù)進(jìn)行井下采煤時(shí)，需要使用采煤機(jī)進(jìn)行割煤作業(yè)，并采用單體支柱模式進(jìn)行支護(hù)，因此，這種采煤技術(shù)需要耗費(fèi)較多的人力物力，且煤礦開(kāi)采與收集的效率均較低，容易導(dǎo)致煤炭資源的浪費(fèi)，不符合當(dāng)前的環(huán)保節(jié)約與可持續(xù)發(fā)展的理念。

盡管普通機(jī)械化采煤技術(shù)相對(duì)較為落后，但一些中小型煤礦企業(yè)仍大量選用此種技術(shù)，因?yàn)檫@種采煤技術(shù)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，成本投入相對(duì)較低，由于所使用的采煤設(shè)備價(jià)格均較低，因此煤礦企業(yè)的前期投入相對(duì)較低，可以迅速開(kāi)始進(jìn)行井下采煤作業(yè)；第二，適應(yīng)能力較強(qiáng)，無(wú)論何種工作面，都可有效進(jìn)行井下采煤工作，而不需要進(jìn)行過(guò)多的煤層檢驗(yàn)工作；第三，工藝操作流程簡(jiǎn)單，這些采煤設(shè)備對(duì)于操作人員的專(zhuān)業(yè)能力不需要過(guò)高的要求，只需對(duì)現(xiàn)有的工人進(jìn)行短期培訓(xùn)，這些工人即可輕松掌握采煤設(shè)備的操作要領(lǐng)，使得井下采煤工作的進(jìn)度大大加快。整體來(lái)看，普通機(jī)械化采煤技術(shù)更適用于一些基礎(chǔ)條件相對(duì)較差的中小型采煤企業(yè)，或是面臨復(fù)雜工作面的采煤企業(yè)。

(3)綜合機(jī)械化采煤技術(shù)及其工藝選擇

近年來(lái)，各種新興的井下采煤技術(shù)不斷涌現(xiàn)，綜合機(jī)械化采煤技術(shù)就是其中具有代表性的一種井下采煤技術(shù)。這種技術(shù)與傳統(tǒng)的井下采煤技術(shù)相比，各個(gè)環(huán)節(jié)均實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化運(yùn)行：通過(guò)滾筒式采煤機(jī)和刨煤機(jī)進(jìn)行落煤環(huán)節(jié)作業(yè)；通過(guò)刮板輸送機(jī)，對(duì)開(kāi)采到的煤炭資源進(jìn)行運(yùn)輸，這種刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)之間能夠進(jìn)行有效配合，使得井下采煤的效率更為提高；同時(shí)，通過(guò)相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，煤礦企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際需要，靈活選用及時(shí)支護(hù)或是延時(shí)支護(hù)兩種方式。

與以往的爆破采煤技術(shù)和普通機(jī)械化采煤技術(shù)相比，綜合機(jī)械化采煤技術(shù)具有較高的自動(dòng)化程度和較強(qiáng)的綜合性。這種技術(shù)具有以下兩方面的優(yōu)勢(shì)，一方面，由于該技術(shù)基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，因此很多崗位不需要操作人員的參與，施工人員的安全得以保障，有效提高井下采煤作業(yè)的安全性；另一方面，由于綜合機(jī)械化采煤技術(shù)效率高、能耗低，因此這項(xiàng)技術(shù)在一部分煤礦企業(yè)中也得到有效應(yīng)用。但需要注意的是，由于這項(xiàng)技術(shù)需要大量的機(jī)械化設(shè)備，因此在前期需要較高的資金投入，很多企業(yè)無(wú)法負(fù)擔(dān)。因此，這項(xiàng)技術(shù)目前的應(yīng)用范圍仍較小，僅在一些規(guī)模較大且技術(shù)水平較高的煤礦企業(yè)中得以應(yīng)用。

3.提高井下采煤技術(shù)水平的有效策略

（1）加強(qiáng)地質(zhì)勘探。煤層中的斷層、陷落柱和褶皺等地質(zhì)構(gòu)造都會(huì)給煤礦采煤技術(shù)和工藝的應(yīng)用帶來(lái)明顯的影響和問(wèn)題，為此，加強(qiáng)地質(zhì)勘探，以降低地質(zhì)條件的不確定性所帶來(lái)的影響，成為井下采煤工作準(zhǔn)備階段的重要環(huán)節(jié)之一。過(guò)去的勘探方法，所獲得的數(shù)據(jù)相對(duì)較為粗糙，特別是對(duì)于落差小于2m的斷層，通常無(wú)法進(jìn)行有效的勘探。對(duì)此，要采用物探和鉆探相結(jié)合的方式，對(duì)煤層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)而全面的勘探，重點(diǎn)是對(duì)一些小型斷層情況進(jìn)行勘探，因?yàn)檫@些小斷層往往存在著瓦斯突出和突水等安全隱患問(wèn)題。與此同時(shí)，在分析和處理勘查數(shù)據(jù)的過(guò)程中，要對(duì)一些異常和出現(xiàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)予以重視，如單次勘探未能達(dá)到預(yù)期效果，則需要進(jìn)行多次勘探，以查明具體情況。

（2）強(qiáng)化瓦斯抽采。由于地質(zhì)條件的原因，很多煤礦的透氣性較差，導(dǎo)致礦井內(nèi)的瓦斯含量偏高，給井下采煤的安全性造成很大影響。對(duì)此，必須采取相應(yīng)措施，以確保煤層中的瓦斯能夠得到有效的抽采。一般螺絲，煤層的硬度決定著如何選擇瓦斯抽采措施。如煤層硬度較高，則可采用水力壓裂、深孔爆破、超臨界CO2壓裂、液氮壓裂和水力沖孔等措施；如煤層硬度相對(duì)較軟，則只能采用抽采鉆孔下套管和大直徑高位鉆孔抽采等措施。除此之外，需要注意的是，煤層中的瓦斯在常規(guī)條件下，解吸速度相對(duì)較慢，必須采用一些措施促進(jìn)其解吸過(guò)程?？赏ㄟ^(guò)注入表面活性劑、N2或CO2的方式來(lái)促進(jìn)瓦斯解吸。這些方法的原理不同，表面活性劑主要是通過(guò)增強(qiáng)瓦斯的活性來(lái)促進(jìn)解吸，而N2和CO2則是利用其吸附煤的能力更強(qiáng)來(lái)迫使瓦斯解吸。

（3）提升巷道快速掘進(jìn)能力。目前，巷道掘進(jìn)速度的發(fā)展面臨瓶頸，限制了井下采煤的效率，因此，如何加快巷道掘進(jìn)，稱(chēng)為值得研究的問(wèn)題。其關(guān)鍵在于，要提高掘進(jìn)過(guò)程中的破巖速度和巷道支護(hù)速度，同時(shí)也要考慮地質(zhì)條件的安全性。具體來(lái)看，為了進(jìn)一步提高巷道掘進(jìn)的速度，首先，要通過(guò)勘查，詳細(xì)了解開(kāi)采區(qū)域的地質(zhì)情況，并采取措施，確保礦井中的瓦斯含量低于臨界值，將瓦斯事故的隱患降到最低；其次，要采用先進(jìn)的掘進(jìn)工藝，這并不僅僅是選用高技術(shù)水平的掘進(jìn)設(shè)備，更重要的是，必須銜接好掘進(jìn)工作的各項(xiàng)流程；最后，要針對(duì)巖巷掘進(jìn)效率低這一特點(diǎn)，避免長(zhǎng)時(shí)間頻繁在巖巷中掘進(jìn)，而是要盡量提高煤巷的掘進(jìn)量，可通過(guò)運(yùn)用連續(xù)采煤機(jī)和錨桿機(jī)的方式，來(lái)提升掘進(jìn)能力。

（4）加強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。為確保井下采煤作業(yè)具有更高的效率和更高的安全性，實(shí)施有效的監(jiān)控措施是一個(gè)重要途徑。對(duì)此，可建立煤礦安全物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線語(yǔ)音、無(wú)線數(shù)據(jù)和無(wú)線視頻等信息傳輸方式，對(duì)礦井內(nèi)的設(shè)備工況、人員位置、機(jī)車(chē)位置以及煤層的地質(zhì)條件變化等要素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。與此同時(shí)，礦井內(nèi)的數(shù)據(jù)信息在傳入服務(wù)器后，能夠與礦井外部管理機(jī)構(gòu)的信息之間進(jìn)行共享，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)中信息的有效分析處理和應(yīng)用。整體來(lái)看，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在井下采煤作業(yè)中的有效應(yīng)用，加強(qiáng)了煤礦企業(yè)各部門(mén)之間的有效溝通，確保開(kāi)采過(guò)程的順利進(jìn)行，同時(shí)也使得開(kāi)采過(guò)程的安全性顯著提升。

4.結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于煤礦企業(yè)而言，井下采煤技術(shù)及采煤工藝的進(jìn)步，直接決定著煤礦企業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。為此，煤礦企業(yè)要根據(jù)自身所面臨的實(shí)際情況，合理選擇采煤技術(shù)和采煤工藝，以確保煤礦開(kāi)采作業(yè)的高效率和安全。同時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員在實(shí)踐中也要對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)和工藝進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，確保井下采煤技術(shù)更好應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)造更好經(jīng)濟(jì)效益。