煤礦採煤方法科學技術論文
煤礦採煤方法科學技術論文
1煤礦開採技術現狀及趨勢
中國是世界上煤炭資源最豐富的國家之一，據不完全統計，我國煤炭明總儲量在9000億t以上，含煤面積55萬多平方千米，而且煤種齊全，我國一次效能量消費結構中，煤炭佔75%以上，從煤中可以提取二百多種產品，因此煤炭工業發展的快慢，將直接關係到國計民生和我國的社會主義經濟建設。新中國成立後，原煤產量飛速增長，到2003年原煤產量已達30多億噸，居世界首位，近幾年來，由於對採煤方法進行了改革以及更新了一批現代化採煤裝置，已使一批煤礦跨入了現代化高產高效煤礦的行列，隨著國民經濟的發展，煤礦安全條件將進一步得到改善，煤礦採煤生產技術將達到國際先進水平。從1954年英國裝備了世界上第一個綜合機械化採煤工作面，長壁綜採在世界上採用半個多世紀，已經成為煤礦開採的本質安全技術。發展長壁開採的早中期，也是煤炭科學研究異常活躍的時期。長壁工作面支架支護的目的，就是要把冒頂限制到最低限度，衡量支架效果的尺度是“冒頂”。
我國發展綜合機械化採煤的初期實踐也表明，控制頂板的關鍵，就是防止工作面端面的破壞，因而選擇支架不僅僅要有足夠的工作阻力，更重要的是對端面無支護空間頂板的有效支護。近年來，我國煤礦發展高產高效的重要經驗之一，是以高阻力、大功率、數字化自動控制、高可靠性的裝備支援工作面高速長距離推進，高產高效開採必須有可靠的地質保障系統，中國礦業大學韓德馨院士和彭蘇萍教授提出，“高產高效礦井地質保障系統是根據高產高效礦井機械化、集中化程度高的特點，以地質量化預測為先導，以物探、鑽探等綜合技術為手段，並依託先進的計算機技術實現生產地質工作的動態管理。它要求為礦井設計、採區佈置、生產準備、採面佈置到回採等各個層次或階段提供可靠的地質保障。因此，要實現煤礦生產的高產高效，除選擇優勢資源區塊為開採場地外，更重要的是對影響煤炭開採的地質因素有系統和清楚的掌握”。需要指出，並不是所有的礦區和礦井都有“得天獨厚”的條件，都能創造“世界紀錄”。依賴於一定的煤層賦存條件，一個礦區必須有一個合理的開發強度，也決定了工作面應有一個合理的生產能力，才能獲得最佳的經濟效益。從生態環境保護角度探討了礦區開發的可持續發展問題，認為應該堅持統一規劃、合理佈局、適度規模、分散開發、就近轉化、保水採煤的開採總方針，堅決杜絕小煤窯濫採亂挖，組建大型集團公司統一開發，作好煤炭液化、氣化、水與煤關係的研究工作，確保礦區經濟發展與生態環境相協調。煤炭開採也要注意人與自然的和諧共存，夏玉成教授在“構造環境對煤礦區地表環境災害的控制作用”一文中指出，在不同構造環境下，同樣強度的地下采礦活動在地表所造成的環境災害現象是有明顯差異的。在不同構造條件的煤礦區，地質環境的抗擾動能力不同，因而對地下開採的承載能力也就不同。抗擾動能力強的煤礦區可以承受較大的開採強度，而抗擾動能力差的煤礦區，同樣強度的地下開採，就會導致嚴重的地表損害甚至環境災害。
從這個意義上說，與地下采礦有關的煤礦區地表環境災害，源於採動，但其形式與發展受控於構造環境。而採動損害是指由於地下采動在地表產生的開裂、沉降和塌陷等嚴重損害地表生態環境的地質災害。在構造介質、構造介面特徵相似，開採強度也相同的條件下，煤礦區採動損害與其所處的構造應力場性質有關。在構造擠壓區，一定的地下開採強度可能不會對地表造成強烈損害；而在構造伸展區同樣強度的地下開採則可能對地表生態環境造成嚴重破壞。長壁開採應該提升到一個新的科學平臺，進行開採環境評價以保證合理的開採強度，不損害地表環境。
2規範小煤礦採煤方法
李毅中局長在最近召開的全國小煤礦安全基礎管理工作現場會上講話指出，20世紀80年代初國家放寬辦礦政策，提倡“國營、集體和個人一起上”、“大中小煤礦共同發展”，受“有水快流”的影響，個體煤礦大量出現。原有的集體所有制煤礦透過承包租賃、轉讓出售、股份改造等方法途徑，轉變為個體或民營煤礦。1995年全國鄉鎮煤礦多達72919處，產煤6.66億t，佔當年全國煤炭產量的48.9％。2005年8月煤礦整頓關閉攻堅戰開始之際，全國共有小煤礦約2.3萬處。經過近兩年的努力，截至2007年6月底，累計關閉非法和不具備安全生產條件、破壞資源環境、不符合國家產業政策的.礦井9075處。據統計在建、改擴建小礦約為3270處。以上合計，目前全國共有小煤礦1.7萬處左右。經過整頓關閉之後保留下來的小煤礦，安全生產基礎條件總體上得到改善，安全保障能力有所提高。這是對我國小煤礦發展現狀的總體認識。目前“合法”存在的有以下幾類：長壁留煤柱採煤法：其基本技術特徵是工作面長壁佈置、長壁推進。一類是每推進一段距離，保留一部分煤柱，形成問歇式推進；一類是在採空區保留一部分煤柱，以支撐頂板防止工作面切頂。現代房柱式採煤法：主要是指引進國外連續採煤機房柱式採煤法或短壁採煤法，和在此基礎上發展的現代房柱式採煤，以連續採煤機或掘進機開掘巷房和回採煤柱、機械裝煤、採用梭車或膠輪車運輸、錨杆支護技術或專用自移支架為主要特徵。條帶採煤法和條帶放頂煤採煤法：這是國內外“三下”採煤，為了控制地表下沉，廣泛採用的一種採煤方法。開採區域採用類似長壁佈置的方式，上、下部邊界分別佈置通風和運輸平巷，垂直於通風和運輸平巷劃分若干個開採條帶，條帶間保留一定寬度的煤柱支撐頂板。還有在若干個條帶開採後，保留一個寬度更大的隔離煤柱。採用條帶佈置，在開採特厚煤層時，沿底板佈置開採層，放落其上放的頂煤，稱為條帶放頂煤採煤法。上述三類採煤方法，實際上也是國內外除典型的長壁採煤方法外，廣泛採用的。都已形成自身的關鍵技術體系，鑑於文章分量限制，就不再贅述。長壁留煤柱開採，是國外在發展綜合機械化採煤前，採用的四類採空區控制方法之一。主要是單體支柱支護的條件下，支護阻力不足以抗禦頂板壓力時採用。長壁留煤柱採煤方法長壁工作面不能連續推進，遇煤柱就搬家，一般採用單體支柱，制約生產能力，需要進一步改進。
3複雜地質條件下工作面高效開採技術
3.1地質條件
煤礦93下07工作面煤層平均厚度2.98m,煤層平均傾角11°,最大傾角15°,工作面整體為單斜構造,小構造極為發育,密度大,落差不太大。掘進過程中,上、下巷道及切眼共揭露小斷層53條。工作面直接頂為細砂岩,直接底為粉砂岩。最大涌水量為72m3/h,低瓦斯,有煤塵爆炸危險。
3.2過斷層技術的論證
根據斷層密,而落差較小的地質狀況,綜合各種過斷層方法的利弊,並透過經濟技術比較、技術可行性研究以及對裝置效能進行充分研究的前提下,決定採用加強支護強行過斷層的方法開採93下07工作面。工作面強行過斷層,由於斷層帶附近裂隙發育,煤巖的整體性破壞嚴重,斷層附近的煤巖破碎嚴重,綜採面向前推進很容易形成端面冒頂,影響工作面的正常生產,為了分析綜採面過斷層時產生冒頂的原因,下面以綜採面過下斷層從上盤向下盤推進為例來說明，當綜採面從上盤接近斷層面時,斷層破碎帶弱變區A範圍內的煤層因破壞嚴重,其內聚力幾乎為零,容易發生片幫,使端面空項距增大,破碎的頂板岩層很容易造成冒頂。
3.3端面控制
綜採工作面破碎頂板的端面冒頂是影響生產的重要因素,據調查,因頂板控制不好造成工作面停產時間佔總停產時間的2614%。93上07工作面由於斷層的影響和頂板本身性質的原因,頂板管理難度較大,因此端面控制也是實現工作面高產高效的一個重點。(1)端面距是影響生產的主要因素之一,研究表明,隨著端面控頂距離的增加,頂板冒落度也隨著增加。在93上07工作面開採過程中,要密切監視和嚴格管理頂板,在斷層頂板破碎處及巷道三角點處時要用坑代品、工字鋼、板梁及時接頂,防止空頂。頂板出現冒落時,要及時打木垛控頂。此外,端面距增加也是煤壁片幫的一個原因,因此在開採過程中要控制好採高,利用好支架的護幫作用,儘量減少片幫的面積和數量。
3.4工作面開採過程中的其他因素
(1)採高。由於開採過程中頂板條件不是很好,採高不宜過大,適當的降低採高可以有效地控制端面距,防止頂板的大規模破碎,產生冒頂。(2)工作面推進速度。工作面的地質條件複雜,根據礦山壓力顯現特性,工作面推進越快,壓力作用越不明顯,掘進越慢作用越明顯。(3)移架推溜方式。為了保護好頂板,應該先移架後推溜,這樣及時支護減小了空頂面積,對維護頂板的完整性有很好的作用。(4)超前支護。根據礦山壓力顯現特性和巖體的連續性原理,超前支護可以有效地緩解礦壓在切眼處的作用,從而對地質複雜而引起的頂板破壞有一定的保護作用。(5)端頭支護。兩巷道及切眼的連線處的三角煤處,壓力最大最易顯現,也最容易出現冒頂事故,在兩頭一定要加大支護強度,採用密集柱子支護加邁步抬棚支護。煤礦93下07工作面小斷層極為發育且密度大,透過嚴密的論證和科學的施工,取得了252m長的工作面月進尺180.45m、生產原煤20.6萬t的好成績。
4開採方法選擇
採煤方法的選擇必須堅持符合安全、經濟、煤炭採出率高的原則。採煤方法的選擇在基於上述原則的基礎上，應大力提高可採煤炭的回採率，看到具體煤層的優點以及它所適應的最合理的開採方法，減少資源浪費，加強環保。歸納為以下幾點：(1)在煤層埋藏比較淺，地質條件比較好的煤礦中應大力提倡綜採，依靠引進全套的先進裝置，比如神華集團神東煤炭公司大柳塔，依靠先進的裝置和優越的地理條件，實現了單井首次破千萬噸，2002年綜採工作面年產量達到847萬t，重新整理世界紀錄。(2)對於煤層比較厚，且埋藏不是很淺的情況下，應充分利用放頂煤開採技術。比如兗礦集團興降莊礦綜採一隊產煤超639．92萬t，並創造了綜放工作面最高月產63．2萬t的全國紀錄。(3)對於急斜煤層則可以採用水平分層放頂煤開採工藝，提高回採率，並且大大提高工作面年產量。