煤矿开采技术与发展趋势研究

(整期优先)网络出版时间:2022-08-23
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煤矿开采技术与发展趋势研究

孙天琪

山东嘉国矿业有限公司 山东淄博255100

摘要:在当前煤炭采掘的大背景下,矿井技术的进步与改进是矿业工作者所关心的问题。在现代化采煤技术飞速发展的今天,必须发展多层次的采煤技术,逐步形成了中国的采煤技术体系。随着国内煤炭开采技术的逐步完善,放顶煤开采技术的推广也在逐步扩大,其研究水平和研究范围也在不断扩大。文章对我国煤炭资源开发及未来发展动向进行了探讨。

关键字:煤矿开采技术  控制技术  发展

前言:

煤炭的开发,既要以经济利益为先决条件,又要重视采矿技术,而现在,人们对环境保护的认识也在逐步提高,而煤炭的开发,也要从环境保护的角度来看,随着时间的推移,煤炭不环保的开采方式,也逐渐的被淘汰了。

煤矿开采具有开采能力大,施工速度快,劳动效率高,生产成本低,劳动环境好,安全有保障,资源回采率高的优点。由于其自身的特殊优点,过去一百多年来,其开采规模、开采方法、开采工艺、技术装备等方面都得到了飞速发展,目前,美国,印度,印尼,澳大利亚,俄罗斯等是全球最大的煤炭开采国家(除了中国)。2018年,我国的露天煤矿在全国的产能中所占比重都在50%以上,有些地区甚至在90%左右。美国怀俄明州,罗矿是全球最大的露天矿,它利用了一台挖斗和一台卡工作台的技术,使矿井的产量达到了一千万吨。国内露天矿开发时间比较短,适宜于露天采矿的煤种数量比较稀少,只有10%~15%的储量,主要集中于新疆,内蒙古,山西,全国的露天矿总体发展比较缓慢。然而,自40年以来,中国的经济迅速发展,对煤炭的需求量急剧增长,而伴随着对煤炭的进一步开发,找到了适宜于地表的整装式煤层,而以投资少见效快为特征的露天矿井迅速兴起,采矿技术也加快了发展。特别是十八大以后,我们继续以深化供给侧结构调整为核心,积极推行淘汰落后产能退出,并积极建设特大型露天矿井,不断释放先进产能,再一次推动我国露天煤开开采技术进步。现已初步建立起一套由理论、技术、设备、人员、经营等自主产权的采矿技术系统。十九大以后,中国特色社会主义事业迈入新时期,国家明确了加快发展质量、效率和动力、提升全要素生产效率的目标,这对露天煤矿发展提出了更高的要求,需要在安全、智能、绿色、高效等方面取得更大突破。

1.我国煤矿开采的技术现状

1.1综采装备与设备

目前,我国的矿井生产主要是由辊道式刮板输送机、液压牵引式采煤机和3000~5000 kN的液压支撑装置,这些装置由手工操作,即便是最好的煤田,一年的产量也只有1.0 Mt。而我国的综合采掘设备仍处于技术更迭阶段,目前,诸如铸焊机、带板输送机、电牵引采煤机、长距离皮带输送机等都已逐渐步入应用阶段。煤炭资源的开发与利用是煤炭资源发展的必然趋势。在设备技术上:功率低,成产力落后,耐久性低,可靠性低,自动化监测和监控能力不完善;而在产品上:与世界先进水平比较,我国目前设备种类少,功能单一,同时在技术和设备上也还处在起步状态。然而,由于煤巷锚杆支护技术的发展,尽管在矿压巷道,全煤巷道,复合破碎顶板等较为复杂的情况下仍能很好地运用,并取得了相当好的效果。目前,我国一些主要矿井的煤巷锚杆支护水平已经达到70%以上。然而,目前我国的锚杆支护技术大多是以手工方式进行,并以单个的锚杆式钻孔为基础,从而大大延缓了钻孔的进度,与国际上的技术水平存在着很大的差异。我国是一个拥有世界上最多的煤炭资源的国家,我国矿井的矿井设备状况亟待改进。要努力引进、创新或自主开发各种开采技术,尽早实现我国地下开采、综采、综采成套设备的国产化,因而,推进矿井地下开采技术的发展必然是未来工作的重点。

1.2缓倾斜薄煤层长壁开采

重点研发:高功率,小体积,高可靠性的刨煤机,薄煤层开采机;研制适用于刨煤机的油压支架;改善薄煤工作面整体辅助技术与采矿技术。

1.3缓倾斜厚煤层开采

为了增强安全性,应该加大对支座的防滑、防倒、防止千斤顶严重损坏、顶梁焊缝裂缝及四连杆变形等方面的研究。缩短其与中厚煤层(约3 m)产量有效指数的关系。

1.4综采设备的高效高产体系

要达到高效、高产的先决条件,必须要加强对“支架一围岩”的监测。未来的工作重点将是:改进支架一围岩控制和液压控制支架,进一步改进顶板状态、液压信息、支护质量信息、支架位态信息、支架位置信息的自动化收集;对液力设备和油品泵的工作状况进行了测试和分析;对“油一磨屑”进行实时监测和温度、电信号监测;刮板输送机和皮带输送机的整体状况的监控。

2我国煤矿开采技术的发展趋势

鉴于目前煤炭开采行业的特点,煤炭开采技术研究的重点应当集中在采煤工艺、深井开采、围岩控制、“三下”开采、地下气化、矸石排放、小型矿井技术改造、高效率开采等方面。

2.1开采工艺的多元化

对采矿法进行改进和探索,是矿业发展的一条重要途径。采煤技术与现代先进技术的融合,也是当今采煤技术的基本趋势,研制高效的采煤系统装备,改善缓倾斜厚煤层一次采全采高长壁综采等多层次、硬顶板硬煤层高效开采技术、缓倾斜薄煤层长壁开采技术、多样化的采煤工艺,开发高效集约化的矿井生产技术,优化操作环境,提高自动化程度,从而使得矿井开采更加高效、安全和可靠。

2.2采场围岩控制技术

针对矿井的地质、围岩、构造、压强等具体情况,对矿井动岩性的控制进行了研究。采用综合的方法,从理论上探讨了在地质条件较为苛刻的条件下,在岩石破碎等较为苛刻的条件下,采用支撑和放顶煤炭进行采掘。为了确保煤矿生产的安全、高效,必须对顶板的动态监控、支护技术、爆破防治及防治等进行科学的控制。

2.3深度矿井开采技术

随着矿井深度的不断提高,矿井围岩控制、矿压控制、瓦斯和热害防治、巷道布置、防治冲击地压、深井通风等技术的技术难点也随之增加。针对煤矿深井的岩体状况、应力、赋存状况、采场区的变化,以及煤矿生产中的热污染防治技术亟待完善。同时,深井防渗技术及监控技术、深井快速开挖及支撑技术、矿山高效采矿配套技术等亟待科技的创新研究和实践的推广。

2.4三下矿井采煤技术

随着现代信息技术的日益普及,研究煤矿上覆岩的活动及地表塌陷的特征,研究满足建筑物、地表及地下水资源保护要求的采矿体系及参数的优选,也就比较容易了。煤矿煤层的开采、保护技术、沉降控制技术、同改造矿井地面建筑物的构造、研究煤炭开采、矿井水资源的优化和土地复垦等关键技术也日益成熟。

2.5优化矸石排放技术

改进矿井开采技术,改善矿井井巷布局技术,使煤矸石资源得到有效的回收。煤炭生产中的煤矸石废料数量庞大,对矿区周边环境造成严重的环境影响。按照“因势利导”的方针,采取全煤巷式单煤层的采矿方式,尽可能不把矸石排出地表,将采场中的矸石废料全部填入采空区,实现了综合利用。此外,还能充分地将煤矸石资源加以利用,比如发电供热、建筑材料制造等,从而达到煤炭废料二次使用的目的。

2.6煤炭地下气化技术

煤矿井下煤层气化技术是一种具有综合性的煤矿综合利用技术。利用先进的技术,对地下深处的煤种进行科学的控制,利用煤与瓦斯的化学反应,在高温下生成易燃气体,再利用管线将瓦斯排出矿井。矿井煤层气化技术是一种高效、低成本、安全可靠的新工艺,特别适用于矿井地质条件恶劣、质量差的矿井条件,在未来矿井开发中有着广泛的应用价值。

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