我國煤礦開采技術發展的方向探討

摘　要　闡述了我國煤礦開采應重點研究的7個技術領域：采煤方法和工藝，深礦井開采，“三下”采煤，減少矸石排放的開采技術，圍巖控制技術，小 煤礦技術改造和機械化開采技術以及地下氣化技術。
　　關鍵詞　煤炭開采　開采技術　發展方向　中國
　　在當今科技經濟發展的新形勢下，煤炭開采技術的研究必須面向國內國外兩個市場、面向經 濟建設主戰場，立足于煤炭開采技術的前沿，立足于中國煤炭發展戰略所必要的技術儲備， 立足于煤炭工業中長期發展戰略所必須的關鍵技術的攻關，立足于煤炭工業工程實際問題的 解決，重點從事中長期研究開發和技術儲備，跟蹤產業科技前沿，開發有自主知識產權的以 煤礦開采技術及配套裝備為主導的核心技術，占領技術制高點。
　　1　采煤方法和工藝
　　采煤方法和工藝的進步和完善始終是采礦學科發展的主題。采煤工藝的發展將帶動煤炭開采 各環節的變革，現代采煤工藝的發展方向是高產、高效、高安全性和高可靠性，基本途徑是 使采煤技術與現代高新技術相結合，研究開發強力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采 煤設備和生產監控系統，改進和完善采煤工藝。在發展現代采煤工藝的同時，繼續發展多層次、多樣化的采煤工藝，建立具有中國特色的采煤工藝理論。我國長壁采煤方法已趨成熟， 放頂煤采煤的應用在不斷擴展，應用水平和理論研究的深度和廣度都在不斷提高，急傾斜、 不穩定、地質構造復雜等難采煤層采煤方法和工藝的研究有很大空間，主要方向是改善作業 條件，提高單產和機械化水平。
　　開發煤礦高效集約化生產技術、建設生產高度集中、高可靠性的高產高效礦井開采技術。以 提高工作面單產和生產集中化為核心，以提高效率和經濟效益為目標，研究開發各種條件下 的高效能、高可靠性的采煤裝備和工藝，簡單、高效、可靠的生產系統和開采布置，生產過 程監控與科學管理等相互配套的成套開采技術，發展各種礦井煤層條件下的采煤機械化，進一步改進工藝和裝備，提高應用水平和擴大應用范圍，提高采煤機械化的程度和水平。
　　（2）開發“淺埋深、硬頂板、硬煤層高產高效現代開采成套技術”，主要解決以下技術難題。
　　硬頂板控制技術，研究埋深淺、地壓小的硬厚頂板控制技術，主要通過巖層定向水力 壓裂、傾斜深孔爆破等頂板快速處理技術，使直接頂能隨采隨冒，提高頂煤回收率，且基本 頂能按一定步距垮落，既有利于頂煤破碎，又保證工作面的安全生產。
　　硬厚頂煤控制技術，研究開發埋深淺、支承壓力小條件硬厚頂煤的快速處理技術，包括高壓 注水壓裂技術和頂煤深孔預爆破處理技術，使頂煤體能隨采隨冒，提高其回收率。
　　頂煤冒放性差、塊度大的綜放開采成套設備配套技術，研制既有利于頂煤破碎和頂板控制， 又有利于放頂煤的新型液壓支架，合理確定后部輸送機能力。
　　兩硬條件下放頂煤開采快速推進技術，研究合適的綜放開采回采工藝，優化工序，縮短放煤 時間，提高工作面的推進度，實現高產高效。5～5.5m寬煤巷錨桿支護技術，通過寬煤巷錨 桿支護技術的研究開發和應用，有利于綜采配套設備的大功率和重型化，有助于連續采煤機 的應用，促進工作面的高產高效。
　　（3）緩傾斜薄煤層長壁開采。主要研究開發：體積小、功率大、高可靠性的薄煤層采煤機 、刨煤機；研制適合刨煤機綜采的液壓支架；研究開發薄煤層工作面的總體配套技術和高效開采技術。
　　（4）緩傾斜厚煤層一次采全厚大采高長壁綜采。應進一步加強完善支架結構及強度，加 強 支架防倒、防滑、防止頂梁焊縫開裂和四連桿變形、防止嚴重損壞千斤頂措施等的研究，提 高支架的可靠性，縮小其與中厚煤層(采高3m左右)高產高效指標的差距。
　　（5）各種綜采高產高效綜采設備保障系統。要實現高產高效，就要提高開機率，對“支架 —圍巖”系統、采運設備進行監控。今后研究的重點是：通過電液控制閥組操縱支架和改 善 “支架—圍巖”系統控制，進一步完善液壓信息、支架位態、頂板狀態、支護質量信息的自 動采集系統；乳化液泵站及液壓系統運行狀態的檢測診斷；采煤機在線與離線相結合的“油 —磨屑”監測和溫度、電信號的監測；帶式輸送機、刮板輸送機全面狀態監控。
　　2　深礦井開采技術
　　深礦井開采的關鍵技術是：煤層開采的礦壓控制、沖擊地壓防治、瓦斯和熱害治理及深井通 風、井巷布置等；需要攻關研究的是：深井圍巖狀態和應力場及分布狀態的特征；深井作業 場所工作環境的變化；深井巷道(特別是軟巖巷道)快速掘進與支護技術與裝備；深井沖擊地 壓防治技術與監測監控技術；深礦井高產高效開采有關配套技術；深礦井開采熱害治理技術 與裝備。
　　3　“三下”采煤技術
　　提高數值模擬計算和相似材料模擬等，深入研究開采上覆巖層運動和地表沉陷規律，研究滿 足地表、建筑物、地下水資源保護需要的合理的開采系統和優化參數，發展沉降控制理論和 關鍵技術，包括用地表廢料向垮落法工作面采空區充填的系統；研究與應用各種充填技術和 組合充填技術，村莊房屋加固改造重建技術，適于村莊保護的開采技術；研究近水體開采的 開采設計、工藝參數優化和裝備，提出煤炭開采與煤礦城市和諧統一的開采沉陷控制、開采 村莊下壓煤、土地復墾和礦井水資源化等關鍵技術。
　　4　優化巷道布置，減少矸石排放的開采技術
　　改進、完善現有采煤方法和開采布置， 以實現開采效益最大化為目標，研究開發煤礦地質 條件開采巷道布置及工藝技術評價體系專家系統，實現開采方法、開采布置與煤層地質條件 的最優匹配。
　　總結推廣神華集團大柳塔礦、潞安漳村礦實行全煤巷布置單一煤層開采，矸石基本不運出地 面，生產系統大大簡化，分別實現無軌膠輪、單軌吊輔助運輸一條龍，從井口直達工作面， 同時實現了綜采與綜掘同步發展，生產效率大幅提高的經驗的同時，重點研究高產高效礦井 開拓部署與巷道布置系統的優化，簡化巷道布置，優化采區及工作面參數，研究單一煤層集 中開拓，集中準備、集中回采的關鍵技術，大幅度降低巖巷掘進率，多開煤巷，減少出矸率 ；研究矸石在井下直接處理、作為充填材料的技術，既是減少污染的一項有力措施，又簡化 了生產系統，有利于高產高效集中化開采，應加緊研究。
　　5　采場圍巖控制技術
　　(1)進一步完善采場圍巖控制理論。以科學合理、優化高效的巖層控制技術來保證開采活動 的安全、高效、低成本為目標，深入總結我國幾十年的礦山壓力研究成果，以理論分析(解 析法)、現代數學力學(統計分析預測、數值法)和實測法相結合運用先進的計算機技術，深 入研究各種煤層地質及開采條件，如急傾斜、大采高、大采深采場礦山壓力顯現規律及圍巖 破壞與平衡機理，不斷完善采場圍巖控制技術。
　　(2)研究堅硬頂板與破碎頂板條件下應用高技術低成本巖層控制技術。 目前，由于應用高 壓注水、深孔預裂爆破處理堅硬頂板和應用化學加固技術存在工藝復雜、成本高的問題， 因而需進一步研究開發新技術、新工藝、新材料來解決這些問題。
　　(3)放頂煤開采巖層和支架—圍巖相互作用機理。研究放頂煤開采力學模型、圍巖應力、頂 煤破碎機理、支架—頂煤—直接頂—基本頂相互作用關系；運用離散元等方法研究頂煤放落 規律，提出放煤優化準則和提高頂煤回收率的途徑。
　　(4)支護質量與頂板動態監測技術。在總結緩傾斜中厚長壁工作面開展支護質量與頂板 動態監測方面，應進一步在堅硬頂板、破碎頂板、急傾斜、放頂煤工作面開展支護質量與頂板動態監測，同時應不斷完善現有的監測技術，發展智能化監測系統，改進監測儀表，使監測儀表 向直觀、輕便、小型化方向發展。
　　(5)沖擊地壓的預測和防治。通過計算機模擬研究沖擊性礦壓顯現發生的機理；進一步完 善 沖擊性礦壓顯現監測系統，發展遙控測量和預報技術，完善沖擊性礦壓綜合防治措施的優化 選擇專家系統。
　　(6)研究開發新型的支護設備。研究硬煤層、硬頂板放頂煤液壓支架，完善液壓支架性能和 快速移架系統，開發耐炮崩、輕 型化單體液壓支柱和厚煤層巷道錨索和可伸縮錨桿。
　　6　小煤礦技術改造和機械化開采技術
　　實施國家關閉小煤礦，淘汰落后生產技術和生產設備，提高平均單井規模的技術政策，開發 小型煤礦機械化、半機械化開采技術和裝備，改進小煤礦的采煤方法和開采工藝，提高采煤 工作面的單產和工效；提高小煤礦的頂底板控制技術水平，最大限度地減少頂底板事故率。
　　7　煤炭地下氣化技術
　　煤炭地下氣化技術是將處于地下的煤炭進行有控制的燃燒，通過對煤的熱化學作用而產生可 燃氣體的過程。煤炭地下氣化技術屬于一種特殊的采煤方法，它屬國際首創。煤炭地下氣化技術具有投資少、工期短、見效快、用人少、效率高、成本低 、效益好等優點，尤其適合我國煤礦地質條件復雜、劣質煤比例高、“三下”壓煤嚴重的具 體國情，具有廣闊的推廣應用前景。應繼續研究完善“長通道、大斷面、兩階段”和“礦井 式氣化”兩種典型煤炭地下氣化工藝，進行較大規模的地下氣化試驗研究，摸索實現“兩個 控制、三個穩定”的技術途徑，并實現連續、穩定生產探索應用的途徑。