煤礦井下采礦生產(chǎn)技術(shù)及采礦方法解析

楊 彪，劉朋朋

（山東東山王樓煤礦有限公司，山東 濟(jì)寧 272063）

近些年，我國(guó)逐漸實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)械化，在開(kāi)采過(guò)程中開(kāi)始廣泛應(yīng)用各種新型設(shè)備和新型工藝，提高了煤炭量，且事故發(fā)生率也不斷降低，逐漸增加開(kāi)采深度之后，也逐漸提高了開(kāi)采技術(shù)的要求，煤礦企業(yè)需要加強(qiáng)研究煤礦井下采礦的各種功能的新型生產(chǎn)技術(shù)和采礦方法，不僅要提高生產(chǎn)量，同時(shí)不能在實(shí)際工作中出現(xiàn)任何安全問(wèn)題，從而保障煤礦生產(chǎn)的綜合效益。

1 煤礦井下采礦概述

1.1 當(dāng)前井下采礦的現(xiàn)狀

我國(guó)不斷提高工業(yè)發(fā)展速度，因此增加了礦物資源需求量，煤礦企業(yè)需要規(guī)范性地開(kāi)采礦物資源。但是在實(shí)際采煤的時(shí)候還存在一些問(wèn)題。因?yàn)樾枰诘叵峦瓿刹傻V工作，要求開(kāi)采人員具備充足的理論基礎(chǔ)，同時(shí)需要具備豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，這樣才可以結(jié)合實(shí)際工作情況合理選擇工作方法[1]。例如選用空?qǐng)霾傻V法，如果受力缺乏均勻性或者改變了著力點(diǎn)，將會(huì)引發(fā)地表沉陷。

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，一些危險(xiǎn)問(wèn)題對(duì)開(kāi)采人員的安全性造成威脅。在開(kāi)采過(guò)程中需要實(shí)現(xiàn)煤礦提煉，因此要選擇優(yōu)質(zhì)的煤塊，否則將會(huì)產(chǎn)生大量的廢料，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)還會(huì)影響到工作人員的身體健康。因此，在正式開(kāi)采之前，不僅需要制定安全管理方案，還需要合理處理產(chǎn)生的廢料，避免因?yàn)榘踩珕?wèn)題增加經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 煤礦井下采礦的特點(diǎn)

因?yàn)楹芏嗝禾吭诘叵侣癫?，因此需要利用井下開(kāi)采方式，在井下開(kāi)采過(guò)程中需要挖掘井巷，因?yàn)榈叵聴l件非常復(fù)雜，在采礦過(guò)程中需要做好通風(fēng)工作，同時(shí)還面臨著煤塵和瓦斯以及火災(zāi)等危險(xiǎn)事故。工作人員在地下工作時(shí)，上層空氣直接到下層，并且向不同的工作場(chǎng)所中流通，甚至?xí)y帶各種氣體。因?yàn)榈責(zé)岬挠绊?，將?huì)逐漸提高井下溫度和濕度，因此需要開(kāi)展通風(fēng)工作。此外，在開(kāi)采煤炭的時(shí)候，當(dāng)瓦斯達(dá)到特定條件將會(huì)引發(fā)爆炸事故，而采礦人員吸入過(guò)多的礦塵，將會(huì)引發(fā)矽肺病等。此外，在井下作業(yè)過(guò)程中也會(huì)面臨水災(zāi)和火災(zāi)的威脅，工作效率大大降低，損失也加大了，需要引起采礦企業(yè)的重視。

1.3 井下采礦技術(shù)選擇的影響因素

為確保煤礦生產(chǎn)效率和安全性，采礦人員需根據(jù)實(shí)際情況選擇合適采礦生產(chǎn)技術(shù)。這需要采礦人員具備豐富的技術(shù)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)礦山實(shí)際情況和開(kāi)采需求，選擇最適合的采礦方法和技術(shù)。而在選擇技術(shù)的過(guò)程中需要綜合考慮以下三個(gè)因素：

1.地質(zhì)因素：為深入了解煤礦頂煤冒放性，進(jìn)行大量調(diào)查和資料分析。結(jié)果顯示，開(kāi)采深度是影響頂煤冒放性的重要因素。在實(shí)際煤礦生產(chǎn)過(guò)程中需進(jìn)行理論計(jì)算，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，深入研究頂煤冒放性與開(kāi)采深度的關(guān)系。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，隨開(kāi)采深度增加，頂煤冒放性會(huì)發(fā)生變化。要求根據(jù)不同開(kāi)采深度，選擇合適采礦技術(shù)。對(duì)于較淺開(kāi)采深度，采用常規(guī)采礦技術(shù)；對(duì)較深開(kāi)采深度需采用先進(jìn)采礦技術(shù)，應(yīng)對(duì)更大地壓和更復(fù)雜頂煤狀態(tài)[2]。此外，在選擇采礦技術(shù)的時(shí)候也要考慮煤層強(qiáng)度，因?yàn)槊簩訌?qiáng)度直接關(guān)系到抗壓強(qiáng)度。在技術(shù)選擇過(guò)程中還需要考慮是否會(huì)影響到煤層結(jié)構(gòu)，如果檢測(cè)發(fā)現(xiàn)煤層中存在巖石，對(duì)于頂煤的冒放性和降落等都會(huì)產(chǎn)生影響。

2.技術(shù)水平：生產(chǎn)設(shè)備、裝備水平影響煤礦的技術(shù)水平，不斷優(yōu)化采煤工藝性能，可以高效地完成采煤工作，因此在選擇采礦生產(chǎn)技術(shù)的過(guò)程中需要考慮其技術(shù)水平。

3.經(jīng)濟(jì)因素：采礦企業(yè)在選擇采礦技術(shù)的時(shí)候，需要考慮煤礦企業(yè)的采礦裝備，選擇現(xiàn)代化的采礦設(shè)備，一定要有資金的投入，因此在采礦方法選擇階段，需要對(duì)投入和產(chǎn)出的關(guān)系進(jìn)行綜合分析，合理節(jié)省資金投入量。

2 煤礦井下采礦生產(chǎn)技術(shù)

2.1 巷道布置開(kāi)采技術(shù)

為了高效完成井下開(kāi)采工作，合理節(jié)省投資，應(yīng)選擇最合適的開(kāi)采技術(shù)，保障巷道布置的合理性。在實(shí)際工作中，以切眼部位為基礎(chǔ)開(kāi)挖巷道，形成聯(lián)絡(luò)巷。在設(shè)計(jì)斷面時(shí)運(yùn)用機(jī)軌合一法，選用的金屬框架要具備可伸縮性特征，這樣才可以保障支護(hù)效果[3]。布置巷道的時(shí)候，要對(duì)兩個(gè)開(kāi)采面發(fā)揮出支撐作用，提高回采工作的效率。

巷道布置需要分析煤層賦存條件和瓦斯含量等因素，位置選擇瓦斯量低的地方，避免發(fā)生爆炸事故。設(shè)置采區(qū)通風(fēng)口的時(shí)候，需要結(jié)合采掘工作面的實(shí)際情況，保障該位置風(fēng)道的穩(wěn)定性。開(kāi)采殘煤階段，布置巷道運(yùn)用相關(guān)條件，可以在槽煤中布置公用型巷道。因?yàn)闅埫簲?shù)量相對(duì)較少，可以利用巖巷形式，可以節(jié)省整體投資。此外，在布置巷道的時(shí)候，需要堅(jiān)持可回收理念，結(jié)合原有的巷道構(gòu)造和部位等因素，在最大程度上合理減少資金投入量。

采礦人員選擇采煤機(jī)方法，煤層平、緩，合適雙向割煤法，清理以人工為主，對(duì)刮板輸送機(jī)上的浮煤進(jìn)行清理。割煤前做好準(zhǔn)備，將采煤機(jī)的冷卻水打開(kāi)維持5 min 之后，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需要立即采取措施處理[4]。在割煤過(guò)程中，對(duì)滾筒升降幅度進(jìn)行科學(xué)、調(diào)整，保證割頂部位的潔凈度。如果煤層的傾角逐漸擴(kuò)大，適合利用單向割煤方式，要沿著尾巷向頭巷的方向完成采煤工作，在采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中前滾筒對(duì)頂煤進(jìn)行割除，后滾筒對(duì)底煤進(jìn)行割除，同時(shí)完成裝煤工作。減少溜頭下竄運(yùn)用分組移架法。煤層傾角大，采用遷移分組方法合理調(diào)整采煤工作面，設(shè)計(jì)為傾斜工作面更加適合采煤。

2.2 深礦開(kāi)采技術(shù)

煤礦井下開(kāi)采階段，涉及淺井開(kāi)采和深井開(kāi)采工作，在不同的巷道中需要選用不同的開(kāi)采技術(shù)。深井開(kāi)采，煤炭和地面間距離至少800 m 以上，這種工作環(huán)境具有較大的地壓和地溫，同時(shí)瓦斯含量比較大。在巖體塑性較大的礦山中通常表現(xiàn)出較大的地壓，地溫高指的是井下巖層的溫度相對(duì)較高，地溫和井下采礦溫度之間的聯(lián)系密切，如果礦井溫度非常高，將會(huì)威脅到人們的健康。深井環(huán)境中具有較高含量的瓦斯，逐漸增加煤層埋深之后，將會(huì)隨之提高瓦斯含量。

因?yàn)榈V山壓力的影響，會(huì)增加深井開(kāi)采的復(fù)雜性，會(huì)改變周?chē)鷰r石的位置，嚴(yán)重破壞巷道結(jié)構(gòu)。針對(duì)深井開(kāi)采巷道，主要是利用巖巷形式，確?；厥章蕼p少維護(hù)次數(shù)。在設(shè)置回采巷道時(shí)，慢慢推進(jìn)工作面[5]，不僅需要保障巷道布置的合理性，同時(shí)需要結(jié)合深井礦壓特點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)巷道支護(hù)方式，以礦壓為基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)巷道支護(hù)方式，保障支護(hù)力符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)前深井巷道可以利用較多形式的支護(hù)方式，例如可以利用U 鋼可縮性支架，適合在變形情況較大和圍巖應(yīng)力比較高的巷道中，有利于保障支架架設(shè)的質(zhì)量，提高支架受力的科學(xué)性。此外，可以利用噴錨支護(hù)和可縮性錨桿等支護(hù)方式，提高整體支護(hù)水平。在采礦過(guò)程中，在不同程度上會(huì)引發(fā)圍巖移動(dòng)，通過(guò)合理改變支護(hù)方式，并且對(duì)支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，有利于保障巷道綜合效益。

為發(fā)揮巷道優(yōu)勢(shì)，需要優(yōu)化布置巷道，避免在實(shí)際工作中發(fā)生安全問(wèn)題。多巷道設(shè)置主要是針對(duì)開(kāi)采量比較大的巷道，可以在內(nèi)部再布置巷道，有利于提高開(kāi)采效率。在采空區(qū)布置巷道的時(shí)候，要選擇開(kāi)闊性的區(qū)域，可以對(duì)巷道的壓力起到分散的作用。注意合理控制地?zé)?，因?yàn)榈責(zé)岷苋菀子绊懙缴罹_(kāi)采工作，提高安全問(wèn)題的發(fā)生率，因此采礦人員需要做好通風(fēng)工作，合理控制內(nèi)部溫度，順利開(kāi)展開(kāi)采工作。

2.3 采場(chǎng)圍巖控制技術(shù)

在開(kāi)采煤炭階段，采場(chǎng)圍巖控制工作發(fā)揮著重要的作用，如果不利于保障圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全問(wèn)題[6]。在開(kāi)采過(guò)程中，采礦人員需要綜合利用現(xiàn)代化技術(shù)，全面掌控地下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，順利完成煤礦開(kāi)采工作。

煤礦井下頂板，有破碎、堅(jiān)硬巖層兩種，要求采礦人員以實(shí)際情況為基礎(chǔ)合理選擇控制技術(shù)，合理降低開(kāi)采的成本。在處理巖層頂板的時(shí)候，使用原來(lái)的技術(shù)不僅需要投入較多的資金，而且操作難度也相對(duì)較大，為應(yīng)對(duì)惡劣的巷道支護(hù)條件，需創(chuàng)新巖層頂板處理技術(shù)。通過(guò)利用深層采煤圍巖控制理論來(lái)實(shí)現(xiàn)。創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格工程試驗(yàn)，充分掌握深層采煤圍巖礦壓的規(guī)律和控制方法。確保巷道支護(hù)的有效性和安全性。在修復(fù)深井巷道錨桿支護(hù)巷道時(shí)，采用一些創(chuàng)新思路。例如，利用原有巷道支護(hù)錨桿作為臨時(shí)支護(hù)設(shè)施。這種做法不僅可以節(jié)省成本，修復(fù)過(guò)程中對(duì)巷道起到加固作用。通過(guò)這樣的方式進(jìn)一步提高巷道安全性和穩(wěn)定性，確保煤礦生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2.4 炮采放頂采煤技術(shù)

炮采放頂采煤技術(shù)是采煤領(lǐng)域中的重要技術(shù)之一，包括滑移支架放頂煤采煤技術(shù)和二層鋼梁放頂煤開(kāi)采技術(shù)?；浦Ъ芊彭斆翰擅杭夹g(shù)通過(guò)組合利用支柱和頂梁，形成特殊滑移頂梁結(jié)構(gòu)。連接前后梁，使整個(gè)支架能靈活移動(dòng)，方便完成相關(guān)操作?；浦Ъ茉O(shè)計(jì)中通常利用液壓?jiǎn)误w柱作為支架支柱。液壓?jiǎn)误w柱有較高穩(wěn)定性和靈活性，能滿(mǎn)足滑移支架移動(dòng)需求?；浦Ъ芩柚е鶖?shù)量在5 個(gè)以?xún)?nèi)，整個(gè)支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，便于運(yùn)輸和安裝?；浦Ъ芊彭斆翰擅杭夹g(shù)在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)高效、安全、可靠特點(diǎn)，為煤礦生產(chǎn)帶來(lái)便利。

如果煤層厚度超過(guò)了5 m，適合利用這項(xiàng)技術(shù)，此外可以在急傾斜煤層中利用這項(xiàng)技術(shù)[7]。二層鋼梁放頂煤，開(kāi)采運(yùn)用二型鋼，以此作為支護(hù)的體系與網(wǎng)絡(luò)，搭建棚中主要是利用單體液壓支柱，在開(kāi)采過(guò)程中可利用放炮落煤的方式，因?yàn)槊簩訔l件和周?chē)h(huán)境等會(huì)限制開(kāi)采過(guò)程，開(kāi)采人員應(yīng)協(xié)調(diào)各個(gè)因素。

2.5 高效集約化生產(chǎn)技術(shù)

在開(kāi)采煤炭的時(shí)候利用高度集約化開(kāi)發(fā)技術(shù)，有利于保障整體工作效率。在實(shí)際工作中，通過(guò)利用高效能生產(chǎn)技術(shù)，可以保障整體生產(chǎn)效率和安全性，同時(shí)需要結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)化調(diào)整開(kāi)采技術(shù)，并對(duì)其相應(yīng)的開(kāi)采設(shè)備和開(kāi)采工藝進(jìn)行合理改造，拓展技術(shù)使用范圍，提高開(kāi)采工作的機(jī)械化水平。通過(guò)利用這項(xiàng)技術(shù)，還可以提高整體管理能力，保障生產(chǎn)過(guò)程的安全性，緊密聯(lián)系不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，使整體效能得以提升。

2.6 TDS 智能選矸技術(shù)

為了提高整體產(chǎn)煤量，可以利用TDS智能選矸技術(shù)，可以自動(dòng)分離煤矸，實(shí)現(xiàn)采煤工作的綠色化，避免污染周?chē)沫h(huán)境。開(kāi)采中，采用TDS 智能干選機(jī)，安裝TDS 智能選矸機(jī)系統(tǒng)[8]。實(shí)際工作中，無(wú)需運(yùn)用水或其他的介質(zhì)，有利于節(jié)省整體投資量。在利用這一設(shè)備的時(shí)候，可以自動(dòng)化分離煤矸，有利于保障整體分選精度。在分選之后，可以在填充井下的時(shí)候利用分選的矸石，有利于減少矸石的產(chǎn)量，提高資源利用率。

2.7 5G+無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)煤礦行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，需要完善綠色安全智慧礦井，這就需要利用5G 技術(shù)，技術(shù)人員通過(guò)利用無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)傳遞井下的圖像。在井下工作面設(shè)置5G基站設(shè)備，有利于提高整體工作效率。通過(guò)利用5G 專(zhuān)網(wǎng)架構(gòu)，可以建立閉環(huán)的煤炭生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，獲取可靠性的數(shù)據(jù)。但是因?yàn)榫颅h(huán)境比較復(fù)雜，增加了整體工作難度，因此在安裝通信設(shè)備的時(shí)候需要控制其功率在6 W 以?xún)?nèi)，否則很容易發(fā)生安全問(wèn)題。通過(guò)建設(shè)5G 智慧礦井，有利于提高采礦工作的智能化水平，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展目標(biāo)，在避免發(fā)生任何安全問(wèn)題的前提下，有利于進(jìn)一步提升整體工作效率。

3 煤礦井下采礦方法

3.1 空?qǐng)霾傻V法

空?qǐng)霾傻V法指的是回采過(guò)程中利用圍巖和人工支柱的作用，有效支撐采空區(qū)。通常是在大面積裸露的礦床中利用這種方法。在利用這種方法的過(guò)程中，采礦人員需要合理設(shè)計(jì)礦塊的體積，設(shè)計(jì)回采程序，避免發(fā)生安全問(wèn)題。

3.2 充填采礦法

在落礦和搬運(yùn)的過(guò)程中利用充填料的方式被稱(chēng)為充填采礦法。充填目的是支護(hù)采空區(qū)兩邊的巖石，通常是應(yīng)用于穩(wěn)定性較差的礦床中，有利于降低工作面的支承壓力，改善巷道維護(hù)效果，避免出現(xiàn)地表較大變形的情況，提高整體工作效率。

3.3 崩落采礦法

回采時(shí)在該區(qū)域充填崩落圍巖，這種方法被稱(chēng)為崩落采礦法。利用這種方式可以節(jié)省整體投資。同時(shí)可以節(jié)省工作量，高效地完成開(kāi)采工作。在回采階段無(wú)需對(duì)礦方礦柱進(jìn)行劃分，可以提高工作安全性和靈活性，并且可以提高工作效率，因此崩落采礦法的應(yīng)用率相對(duì)較高。

4 結(jié)束語(yǔ)

煤礦開(kāi)采工作具有一定的危險(xiǎn)性，所以，煤礦企業(yè)需要加大煤礦井下采礦的生產(chǎn)技術(shù)以及相關(guān)的方法，在實(shí)際工作中結(jié)合實(shí)際情況合理選擇工作方法，在提高工作效率和采煤量的同時(shí)，避免發(fā)生安全問(wèn)題。