剖析煤礦采礦的技術(shù)和開采方法

王吉成 郭軍

摘要：在當今科技經(jīng)濟發(fā)展的新形勢和地方煤礦發(fā)展的需求下，煤礦開采技術(shù)的改革必須面向經(jīng)濟建設(shè)主戰(zhàn)場，立足于煤炭開采技術(shù)的前沿，立足于中國煤炭發(fā)展戰(zhàn)略所必要的技術(shù)儲備，立足于煤炭工業(yè)工程實際問題的解決。因此煤礦采礦技術(shù)和開采方法的應用將越來越廣泛，越來越顯現(xiàn)其重要性。

關(guān)鍵詞：煤礦采礦 開采形式 新技術(shù)

一、煤炭開采的主要方法

1、井下采煤

井下采煤的順序。對于傾角10°以上的煤層一般分水平開采，每一水平又分為若干采區(qū)，先在第一水平依次開采各采區(qū)煤層，采完后再轉(zhuǎn)移至下一水平。開采近水平煤層時，先將煤層劃分為幾個盤區(qū)，立井于井田中心到達煤層后，先采靠近井筒的盤區(qū)，再采較遠的盤區(qū)。如有兩層或兩層以上煤層，先采第一水平最上面煤層，再自上而下采另外煤層，采完后向第二水平轉(zhuǎn)移。按落煤技術(shù)方法，地下采煤有機械落煤、爆破落煤和水力落煤三種，前二者稱為旱采，后者稱為水采，我國水采礦井僅占1.57%。旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法，以前者為主。壁式采煤法工作面長，一般100～200 m，可以容納功率大，生產(chǎn)能力高的采煤機械，因而產(chǎn)量大，效率高。柱式采煤法工作面短，一般6～30 m，由于工作面短，頂板易維護，從而減少了支護費用，主要缺點是回采率低。

2、露天采煤

移走煤層上覆的巖石及覆蓋物，使煤敞露地表而進行開采稱為露天開采，其中移去土巖的過程稱為剝離，采出煤炭的過程稱為采煤。露天采煤通常將井田劃分為若干水平分層，自上而下逐層開采，在空間上形成階梯狀。其主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)：首先用穿孔爆破并用機械將巖煤預先松動破碎，然后用采掘設(shè)備將巖煤由整體中采出，并裝入運輸設(shè)備，運往指定地點，將運輸設(shè)備中的剝離物按程序排放于堆放場；將煤炭卸在洗煤廠或其他卸礦點。

主要優(yōu)缺點：優(yōu)點為生產(chǎn)空間不受限制，可采用大型機械設(shè)備，礦山規(guī)模大，勞動效率高，生產(chǎn)成本低，建設(shè)速度快。另外，資源回采率可達90%以上，資源利用合理，而且勞動條件好，安全有保證，死亡率僅為地下采煤的1/30左右。主要缺點是占用土地多，會造成一定的環(huán)境污染，而且生產(chǎn)過程需受地形及氣候條件的制約。在資源方面，對煤賦存條件要求較嚴，只宜在埋藏淺，煤層厚度大的礦區(qū)采用。

3、急傾斜煤層采煤

合理劃分采區(qū),加大采區(qū)尺寸盡量加大采區(qū)尺寸,加大采區(qū)的煤炭儲量。劃分采區(qū)時,根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備及回采工藝的要求,避免人為地劃分采區(qū)邊界,適當加大采區(qū)的走向長度,加大階段垂高。

改進巷道布置,優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)。選擇巷道布置方式時,首先要滿足安全生產(chǎn)的要求,保證每個采區(qū)、回采工作面均至少有2個安全出口,實現(xiàn)工作面全負壓通風。其次,巷道布置方式要與采煤方法一致,同回采工藝結(jié)合,充分考慮水平巷道、傾斜巷道各自的優(yōu)缺點,盡量不采用垂直巷道,提出系統(tǒng)簡單、布置合理的準備、回采巷道。

二、煤礦采礦中適用的新技術(shù)

在許多地區(qū)，由于煤礦生產(chǎn)能力較小，地質(zhì)構(gòu)造復雜煤層賦存變化大，且很多為急傾斜煤層和薄煤層，給開采帶來較大的困難，研究和開發(fā)新采礦技術(shù)，提高礦井的高產(chǎn)高效，更為重要。在煤礦中，單一長壁采煤方法已趨成熟，現(xiàn)主要發(fā)展的有放頂煤采煤技術(shù)、急傾斜煤層采用偽傾斜柔性掩護支架采煤法和小階段爆破落煤等采煤方法。

1、炮采放頂煤采煤技術(shù)(1)滑移支架放頂煤采煤法：滑移頂梁由頂梁和支柱兩個部分組成，前梁和后梁通過頂梁和前梁彈簧鋼或?qū)虿圻B接，支架的支柱為液壓單體柱，數(shù)量2-5個不等。與頂梁之間通過銷軸連接。此外，前梁前端可安裝的探梁或挑梁，后梁尾端可安裝尾梁?；祈斄褐Ъ鼙容^安全可靠，可自移，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)簡單，便于拆卸安裝，成本低，適應性強等。在中小性煤礦中得到廣泛的推廣運用。采用這種采煤方法開采的煤層厚度為5m以上，主要為傾斜和急傾斜煤層。工作面長度一般為60-80m，最長達105m，采高通常為5-10m，工作面循環(huán)進度0.8m?；浦Ъ荛_采存在的主要問題:工作面支架初撐力和工作阻力偏低和穩(wěn)定性較差。(2)二型鋼梁放頂煤開采：二型鋼梁放頂煤上作面支護采用二型鋼梁、單體液壓支柱對棚架設(shè)，工作面采用放炮落，人工破網(wǎng)放煤，采放分別進行。在煤層賦存條件變化較大或技術(shù)水平較低的地區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦使用較好。采用單體液壓支柱配二型俐梁對棚支護，每對棚5根支柱，主粱為一梁三柱。副梁為一梁二柱。主副梁間距150mm，對棚間以為600mm。最大控頂距3.4m,最小控頂距2.4m。采用放炮落煤、一般布置雙排眼。放完炮后及時移主梁。打臨時支柱。做到及時支護，爆破后人上裝煤。工作面輸送機采用可彎曲刮板箱送機和帶式輸送機。采用全部培落達處理采空區(qū)，隨著移副梁放頂煤，頂板逐漸自然下沉，垮落，以完成放頂工作。放頂煤采用分段、多輪作業(yè)方式，放煤口布置在刮板輸送機斜上方0.3m-0.5m左右。以人工堵口控制放頂煤量。采取間隔多次將頂煤充分放出，放煤后要及時調(diào)整歪斜棚梁，保證支柱有力，頂幫牢固。見殲堵口必要時打支柱以加固擋殲。

2、偽傾斜柔性掩護支架采煤法：偽傾斜柔性掩護支架采煤法將工作面傾角變緩，工作面較長，從面具有緩斜、傾斜煤層走向長壁采煤法巷道布置和生產(chǎn)系統(tǒng)簡單、掘進率低的一系列的特點，此采煤法利用掩護支架把工作空間與采空區(qū)隔開，大大簡化了復雜頂板管理工作，為安全生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的條件，工作面煤炭自溜，減輕勞動強度。偽傾斜柔性掩護支架采煤法一般適用于開采傾角大于印。

厚度2-6m煤層，理藏穩(wěn)定，煤層厚度變化不大的煤層。此采煤法工作面區(qū)段高度取決于煤層傾角大小，沿傾斜變化情況以及采煤技術(shù)條件，一般30m左右，煤層賦存條件好，構(gòu)造簡單時，可加大到40m-60m?；夭蛇^程中，回風巷中不斷接長支架，進風巷不斷拆架。當工作面推至采區(qū)上山附近時，布置收作眼，逐步將支架下放成水平位置，然后全部回收。掩護支架的結(jié)構(gòu):鋼梁長為3.0-3.2m,鋼梁的規(guī)格應根據(jù)支架的寬度選用，鋼理繩可用直徑20-30mm的舊鋼繩，鋼繩長為20-30m左右。鋼繩數(shù)根據(jù)支架的寬度確定，寬度在3m以下的選用2-3根，3m以上時，可采用5-6根。鋼梁上輔設(shè)2-3層竹笆。

3、小階段爆破落煤采煤法：小階段爆破落煤采煤法是將區(qū)段內(nèi)煤體分成多個小區(qū)段進行開采的“三無”，(無人員、無設(shè)備、無支護)工作面開采的采煤方法。小階段爆破落煤采煤法一般適用于開采傾角大于400，厚度3.5-7.5m煤層，頂?shù)装宀灰谆涞牟灰?guī)則的煤層，低瓦斯礦井。其特點：安全性好，回采工藝簡單，工效高，但回采率低，通風系統(tǒng)復雜，風流分配困難。落煤方式：采用煤電鉆在小平巷內(nèi)打眼爆破，每區(qū)段內(nèi)的炮眼一次打眼一次起爆。頂板管理：沿回采工作面推進方向每30留5m切頂煤柱，運輸平巷和回風平巷內(nèi)20m超前支護。

4、刨煤機采煤方法：刨煤機開采技術(shù)是首次成功進行中等及薄煤層開采的技術(shù)，大大提高了煤炭生產(chǎn)效率。刨煤機的切割速度可達到3m/s，切割功率超過2x400kW。根據(jù)煤的硬度，每刀截深可達到250mm。目前，工作面輸送機和刨煤機均采用了智能驅(qū)動系統(tǒng)，加上可靠的支架控制系統(tǒng)，這一切都有利于實現(xiàn)工作面采煤的全部自動化。刨煤機開采系統(tǒng)非常簡單。刨煤機機體由一根無極繩牽引，從工作面端頭開始沿導軌滑行割煤。導軌焊接在可彎曲愷裝工作面輸送機上。與滾筒采煤機不同的是，刨煤機是根據(jù)可彎曲愷裝輸送機的平面“找平”的，不需要專人在工作面負責此項工作?？蓮澢鷲鹧b輸送機的推進過程由電動控制裝置控制，另外，支架前移過程也實現(xiàn)了自動控制、安全可靠。這一切實現(xiàn)了整個開采系統(tǒng)的全部自動化。刨煤機(即基板式刨煤機)是用于特薄煤層開采的，最小開采厚度可達到0.6m,靠近采空區(qū)一側(cè)的刨煤機導軌及其附件被焊接在PF4工作面輸送機上，可實現(xiàn)更高的穩(wěn)定性，便于維修和操作。上部導軌允許快速進人上部和下部刨鏈，而加固的底部導軌是由優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鑰制成的。為了防止減產(chǎn)、粉塵生成和部件的磨損，安裝有效的刨煤機水平控制系統(tǒng)以適應各種起伏的煤層變化。