我国井工煤矿开采技术现状和发展展望

我国井工煤矿开采技术现状和发展展望

赵智博

国家能源集团神东煤炭集团开拓准备中心陕西省榆林市719315

摘要：我国作为煤炭生产、消费大国，虽然煤炭储量居世界前列，但是在开采过程中开采技术、开采图纸的设计、机械装备水平较低，煤炭的开采效率低、资源利用率低、浪费现象严重。本文通过对井工煤矿开采的环境、设备、技术等方面进行分析，结合现有的智能化、自动化信息工程技术，探讨井工煤矿的开采技术、行业发展趋势。

关键词：煤矿开采；技术发展；信息化工程技术；井下作业；安全事故

1我国井工煤矿开采现状

1.1井工煤矿开采技术概述

在井工煤矿的开采过程中，开采的技术、方法、图纸的设计等因素极大的影响了开采过程的安全、设备功能的发挥、经济效益、生产成本等方面。

井下煤矿开采作业常用的开采技术和方法，主要包含了岩层控制技术、开采工艺等内容，其中我国的开采工业经过了炮采，普通机械化式采煤、高档普采、综合机械化采煤、综合放顶采煤，从传统工艺升华到了现今的高科技综采工艺，不仅仅是技术得到了提高，安全性能也随之提高。

1.2影响井工煤矿开采技术的因素

井工煤炭开采是在环境复杂、岩层多样的井下作业，在矿石通风、瓦斯矿产等灾害，顶板灾害、火灾等预测和及时救助的矿难方面有极高的要求。例如，设计矿井通风时，要考虑空气再进入矿井输送到各个作业场时，有可能携带大量的有害气体或者是粉尘，在作业中机械能散发和地热作用下，空气中的水分会被蒸发掉，井下的温度也会随之增高，从而造成气候条件恶劣等问题；而瓦斯矿产对井下作业人员的健康有一定的影响，长期作业在矿尘或瓦斯浓度较高的环境中，作业人员容易出现矽、煤肺病等职业病，如果浓度聚集到一定的爆发点将会产生爆炸等严重的安全事故；

1.3煤矿井工开采技术面临的主要问题

（1）深井开采技术

据统计，国有重点煤矿平均采深年增加9m，采深大于700m的矿井有50多处，最深矿井已超过1000m;最终采深超过800m的矿井有171处，预计煤炭资源总量的53%埋深大于1000m。由于深井开采采掘工作面的围岩应力场，温度场等与浅部开采有很大变化，浅部开采理论已不完全适用。

（2）”三下”采煤

“三下”压煤是制约我国很多煤矿发展的重要问题。在人口密集、工业发达的8个省建筑物下压煤达几十亿吨，占全国“三下”压煤量的近一半。随着我国经济发展对煤炭需求的增加，解决“三下”压煤呆滞储量的开采技术已成为了迫切需要解决的问题。

（3）乡镇煤矿开采技术水平低

乡镇煤矿开采工艺落后，安全生产条件差，资源回收率低，也是需要解决的问题。

（4）煤矿开采设备的技术单一

从如今煤矿企业的开采设备来看，虽然引进了清洁开采、智能化等理念，但是大多数的机械设备仍然存在着功能单一、成本高、新活力不够等劣势。例如综采设备自动化大采高综采技术、“两硬”条件下引进的综合技术等开采方式和技术的运用，不仅提高了井工煤矿开采技术的自动化、在高效开采层面也取得了相应的效果。

2开采技术发展展望

在当今科技经济发展的形势下，煤矿开采技术的研究必须要面向国内国外两个市场、面向经济建设主战场，立足于煤炭开采技术的前沿，立足于中国煤炭发展战略所必需的技术储备，立足于煤炭工业中长期发展战略所必须的关键技术的攻关，立足于煤炭工业工程实际问题的解决，重点从事中长期研究开采和技术储备，跟踪产业科技前沿，开发有自主知识产权以煤矿开采技术及配套装置为主导的核心技术，占领技术制高点。

2.1煤矿开采的技术需求

2.1.1对机械技术的需求

不管是地下开采还是露天开采，及开采的路线、设置图纸、井下作业条件等因素都与机械设备的技术水平息息相关，同时还要根据不同的地质、开采结构来选择合适的机械设备。

2.1.2对信息工程技术的需求

现代化信息工程技术的发展已经深入到了社会的各个层次与角落，在井工煤矿作业过程中，所选取的机械化设备或多或少的都有信息技术的应用，但是由于目前信息技术的运用并不全面，只形成了以半自动化开采为主，手工劳动为辅，创新全自动智能化开采模式的行业模式，对于深井矿采、缓倾斜煤层开采等作业面的作业来说仍然是一个很大的技术漏洞。

2.1.3特殊采矿技术的运用需求

从我国煤矿储量的地理位置和储量分布来看，随着已经发现的陆地煤矿开采的枯竭，深海煤矿的探索与开采迫在眉睫，而与其相关井工开采技术还不能将海洋科学技术融入进去，导致深海采矿的作业效率和经济效益非常低。据此，采用特殊采矿技术是保障采矿效率，提高采矿技术，推动采矿行业发展的重要措施。比如将海洋采矿技术与物理化学采矿技术进行有机结合，采用溶解、熔断方式降低开采成本，提高开采作业的安全性能。

2.2深矿井开采技术

深矿井开采的关键技术点是：煤层开采的矿压控制、冲击矿压防治、瓦斯和热害处理及深井通风、井巷布置的。需要攻关研究的是：深井围岩状态和应力场及分布状态的特征；深井作业场所工作环境的变化；深井巷道快速掘进与支护技术与装备；深井冲击矿压防治技术与监测监控技术；深矿井高产高效开采有关设备技术；深矿井开采热害治理技术与装备。

2.3“三下”采煤技术

提高数值模拟计算和相似材料模拟等技术的水平，深入研究开采上覆岩层运动和地表沉陷规律，研究满足地表、建筑物、地下水资源保护，需要的合理的开采系统和优化参数。发展沉降控制理论和关键技术，包括用地表废料向垮落法工作面采空区填充的系统；研究与应用各种填充技术和组合填充技术，村庄房屋加固改造重建技术，始于村庄保护的开采技术；研究近水体开采的开采设计、工艺参数优化和装备，提出煤矿开采与煤矿城市和谐统一的开采呈现控制，开采村庄下压煤，土地复垦和矿井水资源优化等关键技术。

2.4优化巷道布置，减少矸石排放的开采技术

改进、完善现有采煤方法和开采布置，以实现开采效益最大化为目的，研究开采煤矿地质条件开采乡到布置及工艺技术评价体系专家系统，实现开采方法、开采布置与煤层地质条件的最优匹配。重点研究高产高效矿井开采部署与巷道布置系统的优化，简化巷道布置，优化采区及工作面参数，研究单一煤层集中开采、集中准备、集中回采的关键技术，大幅度降低岩巷掘进率，多开煤巷，减少出矸率；研究矸石在井下直接处理，作为充填材料的技术。

2.5小煤矿技术改造和机械化开采技术

实施国家关闭小煤矿，淘汰落后生产技术和生产设备，提高平均单井规模的技术政策，开发小型煤矿机械化、半机械化开采技术和装备，改进小煤矿采煤方法和开采工艺，提高采煤工作面的单产和工效；提高小煤矿的顶底板控制技术水平，最大限度地减少顶底板事故率。

2.6煤炭地下气化技术

煤矿地下气化技术属于一种特殊的采煤方法，它集建井采煤计划三种工艺为一体，取消了庞大笨重的井下采煤设备和地面气化设备，变传统的物理采煤为化学采煤，是多学科开采洁净能源和化工原料的高新技术，它克服了现有井工采煤的安全问题等弊端，也避免了传统采煤和地面气化过程中的废气、废水、废渣等污染物，其关键技术是实现气化生产的连续、稳定和充分的监测、控制。

目前，我国煤炭地下气化主要有两条技术路线：一是中国矿业大学与李教授引导的地下气化中心开发的“长通道、大断面、两阶段”地下气化技术；一是原煤炭部安全司柴赵喜副司令等开发的“矿井式气化”技术，这两项技术均属于国际首创。煤炭地下气化技术具有投资少、工期短、见效快、用人少、效率高、成本低效益好等优点，尤其适合我国煤矿地质条件复杂、劣质煤比率高、“三下”压煤严重的具体国情，具有广阔的推广应用前景。应继续研究完善“长通道、大断面、两阶段”和“矿井式气化”两种典型煤矿地下气化工艺，进行较大规模的地下气化实验研究，摸索实现“两个控制、三个稳定”的技术途径，并探索实现连续、稳定生产的应用途径。

2.7井工煤矿清洁开采技术运用

在煤矿开采作业过程中，特别是井工煤矿的开采，要面对瓦斯浓度高、矿尘煤尘量大、高硫煤层开采难度大等问题，这些因素将会形成矿工废气、污染液体，侵蚀生态环境和人体健康，这时将会需要大量的清洁生产开采技术。例如利用内外喷雾的工艺措施来抑制煤尘、粉煤的浓度过高，将浮选尾煤处理工艺与起过滤作用的松散底层结合起来，形成一个洗水闭路的有机循环，建设成为一个完善的清洁、循环，高效的闭合式开采系统。

结束语

煤炭的存在与开发对于一个国家来说，其价值与意义不仅适用经济发展的速度和社会进步来衡量的，更是社会稳定，对外竞争综合实力的具体表现形式之一，因此，煤矿开采中，技术的发展和提高是由复杂多样化的地质条件、储量分布、科学技术等的研发因素决定的，加强对信息工程技术在井工矿煤矿开采中的应用，优化设计开采图纸设计，积极推进清洁生产的理念和相关技术，能够对井工煤矿开采的清洁型、健康型、持续性、技术含量高的发展模式形成促进作用，还能够推进开采技术向智能化、自动化方向前进。

参考文献:

[1]郑炎荣.关于采煤方法的选择与应用[J].中小企业管理与科技，2011，（5）：76-79.

[2]李全生.我国井工煤矿开采技术现状与发展展望[J].煤矿开采，2002，（3）.