浅议煤矿煤层的开采技术
摘要：由于煤层的自然条件和采用的机械不同，完成回采工作各工序的方法也就不同，并且在进行的顺序、时间和空间上必须有规律地加以安排和配合。这种在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合，称为采煤工艺。在一定时间内，按照一定的顺序完成回采工作各项工序的过程，称为采煤工艺过程。
关键词：开发技术 煤炭工艺 煤炭
一、煤炭开采的主要形式
（一）井下采煤
井下采煤的顺序。对于倾角10°以上的煤层一般分水平开采，每一水平又分为若干采区，先在第一水平依次开采各采区煤层，采完后再转移至下一水平。开采近水平煤层时，先将煤层划分为几个盘区，立井于井田中心到达煤层后，先采靠近井筒的盘区，再采较远的盘区。如有两层或两层以上煤层，先采第一水平最上面煤层，再自上而下采另外煤层，采完后向第二水平转移。
按落煤技术方法，地下采煤有机械落煤、爆破落煤和水力落煤三种，前二者称为旱采，后者称为水采，我国水采矿井仅占1.57%。旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法，以前者为主。壁式采煤法工作面长，一般100～200 m，可以容纳功率大，生产能力高的采煤机械，因而产量大，效率高。柱式采煤法工作面短，一般6～30 m，由于工作面短，顶板易维护，从而减少了支护费用，主要缺点是回采率低。
（二）露天采煤
移走煤层上覆的岩石及覆盖物，使煤敞露地表而进行开采称为露天开采，其中移去土岩的过程称为剥离，采出煤炭的过程称为采煤。露天采煤通常将井田划分为若干水平分层，自上而下逐层开采，在空间上形成阶梯状。
其主要生产环节：首先用穿孔爆破并用机械将岩煤预先松动破碎，然后用采掘设备将岩煤由整体中采出，并装入运输设备，运往指定地点，将运输设备中的剥离物按程序排放于堆放场；将煤炭卸在洗煤厂或其他卸矿点。
主要优缺点
优点为生产空间不受限制，可采用大型机械设备，矿山规模大，劳动效率高，生产成本低，建设速度快。另外，资源回采率可达90%以上，资源利用合理，而且劳动条件好，安全有保证，死亡率仅为地下采煤的1/30左右。
主要缺点是占用土地多，会造成一定的环境污染，而且生产过程需受地形及气候条件的制约。在资源方面，对煤赋存条件要求较严，只宜在埋藏浅，煤层厚度大的矿区采用。
二、采煤方法与工艺
在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤工艺理论。我国长壁采煤方法已趋成熟，放顶煤采煤的应用在不断扩展，应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高，急倾斜、不稳定、地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间，主要方向是改善作业 条件，提高单产和机械化水平。
（一）开采技术
开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。以 提高工作面单产和生产集中化为核心，以提高效率和经济效益为目标，研究开发各种条件下 的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，生产过 程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的程度和水平。
（二）解决难题
开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”，主要解决以下技术难题。
硬顶板控制技术，研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术，主要通过岩层定向水力 压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术，使直接顶能随采随冒，提高顶煤回收率，且基本 顶能按一定步距垮落，既有利于顶煤破碎，又保证工作面的安全生产。
硬厚顶煤控制技术，研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术，包括高压 注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术，使顶煤体能随采随冒，提高其回收率。
顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术，研制既有利于顶煤破碎和顶板控制， 又有利于放顶煤的新型液压支架，合理确定后部输送机能力。 两硬条件下放顶煤开采快速推进技术，研究合适的综放开采回采工艺，优化工序，缩短放煤 时间，提高工作面的推进度，实现高产高效。5～5.5m宽煤巷锚杆支护技术，通过宽煤巷锚 杆支护技术的研究开发和应用，有利于综采配套设备的大功率和重型化，有助于连续采煤机 的应用，促进工作面的高产高效。
（三）缓倾斜薄煤层长壁开采
主要研究开发：体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机 、刨煤机；研制适合刨煤机综采的液压支架；研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。
（四）缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采
应进一步加强完善支架结构及强度，加 强 支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究，提高支架的可靠性，缩小其与中厚煤层(采高3m左右)高产高效指标的差距。
（五）各种综采高产高效综采设备保障系统
要实现高产高效，就要提高开机率，对“支架—围岩”系统、采运设备进行监控。今后研究的重点是：通过电液控制阀组操纵支架和改善“支架—围岩”系统控制，进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自动采集系统；乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断；采煤机在线与离线相结合的“油 —磨屑”监测和温度、电信号的监测；带式输送机、刮板输送机全面状态监控。
三、主要的开采技术
（一）深矿井开采技术
深矿井开采的关键技术是：煤层开采的矿压控制、冲击地压防治、瓦斯和热害治理及深井通风、井巷布置等；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（特别是软岩巷道）快速掘进与支护技术与装备；深井冲击地压防治技术与监测监控技术；深矿井高产高效开采有关配套技术；深矿井开采热害治理技术与装备。
（二）“三下”采煤技术
提高数值模拟计算和相似材料模拟等，深入研究开采上覆岩层运动和地表下陷规律，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，发展沉降控制理念和关键技术，包括用地表废料向垮落法工作面采空区充填的系统；研究与应用各种充填技术和组合充填技术，村庄房屋加固改造重建技术，适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，提出煤炭开采与煤炭城市和谐统一的开采沉陷控制、开采村庄下压煤、土地复垦和矿井水资源化等关键技术。
（三）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标，研究开发煤矿地质条件开采巷道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。
实行全煤巷布置单一煤层开采，矸石基本不运出地面，生产系统要减化，同时实现中采与中掘同走发展，生产效率大幅提高的经验的同时，重点研究高产高效矿井，开拓部署与巷道布置系统的优化，减化巷道布置，优化采区及工作面参数，研究单一煤层集中开拓，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，既是减少污染的一项有利措施，又减化了生产系统，有利于高产高效集中化开采，应加紧研究。
采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革，现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采 煤设备和生产监控系统，改进和完善采煤工艺。
掘进技术论文篇二
煤矿掘进工程技术研究
摘要：随着社会与经济的高速发展，为了追求利益，大量的能源被浪费，如何充分利用资源在当今成为热门研究方向，而我国作为一个煤炭大国，这里就煤炭的采掘展开研究，对现有的挖掘技术进行归纳分析，并找出挖掘的各项技术和方法上的问题与不足，从而得出高效、高利用率、低能耗、环保的挖掘方式方法，并应用到实际开采中。
关键词：掘进技术;掘进设备;掘进效率
1.煤炭掘进的现状
我国的煤炭业主要采用井工开采方式，2005年国有煤矿企业的原煤产量有90.72%是通过井工开采而来。我国地理条件多为山岭，造成煤层的贮存条件复杂、多样，煤层的厚度参差不齐，分布在表层零点几米到地下几十米之间，为了开采煤炭资源，通常需要挖掘大量的煤矿井道。2005年原国有重点煤矿挖掘总进尺为7464.6km，煤矿的采煤尺寸深度为6300多km，煤占总比的84.6%;而同年原国有重点煤矿的机械化综掘进尺为1931.4km，占总比的25.87%，挖掘的累积量不及总数的三分之一。目前为止，原国有重点煤矿采煤工作面有1402个，为保证其正常生产交接，共开展了3986个掘进工作面，其中开拓工作面有1038个，掘进工作面与回采的工作面比例为3：1，为了促使采掘机械化的同步发展，满足当前五百多个综采工作面的需求，综掘机械化程度赢达到50%以上。当下，随着社会科学和技术的不断发展，煤矿掘进工程技术与时俱进地更新换代，年产量过千万吨级的极其已经在国内先行试水使用，大大提高了煤矿的采集效率和开采量，使得煤矿掘进工程技术愈发成为一种高效率、低消耗的绿色开采技术。
2.掘进方法技术
目前我国煤巷高效掘进的主要方式有3种：第一种是适用于高效高产的煤矿技术，仅仅在少数矿区使用，尚处于实验阶段;第二种是利用连续采煤机与锚杆钻车配套挖掘作业，此种采掘方式多用于我国神东、万利及鄂尔多斯等矿区，在掘进采煤机连续采掘的状态下，实行多巷掘进并交叉换位施工的采掘方式，应用相对第一种较为广泛;第三种称为煤巷综合机械化掘进，这种采掘方式在我国重点煤矿作业面中得到广泛应用，主要是通过悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配合作业。
2.1 发掘适用于高效高产的煤矿技术
为了适应锚杆支护技术的快速发展，从而实现煤巷快速高效掘进，世界各个主要采煤国家的快速掘进装备都在不断发展进步，作为掘锚一体化设备的掘锚机组恰恰适用于高效高产的煤矿井巷，满足其高效掘进的要求，这种新机型的研发是建立在悬臂式掘进与连续采煤机的基础上。在工艺原理上，高效高产的煤矿技术采用的掘锚一体化设备使得掘进技术一条龙式进展，大大减少了煤矿生产掘进的作业时间，减少了掘进机器的使用，从以前的掘进和支护两台机器减少为掘进和支护在同一台机器上完成。当前主流掘锚机组分为两类：第一种是悬臂式掘进机机载锚杆机的掘锚机;第二种则是以连续采煤机为基础的掘锚机组。
2.2 连续采煤机的应用
作为及落煤、装载及移动于一体的综合机械化采掘设备――连续采煤机，它是一种具有较大截割宽的采掘机，主要以短壁开采，矩形断面的双巷或多巷进行快速掘进，在国外应用广泛，是现代高产高效矿井挖掘设备中的佼佼者。该种设备最早于1979年引入我国，由最初的单机发展到如今的成套设备，主要用于大断面煤巷的挖掘及短壁开采
2.3悬臂式掘进机的使用
悬臂式掘进机作为煤巷综合机械化掘进的关键性设备，其综合性能适用于我国现阶段国情，在提高掘进工作效率以及掘进尺寸方面发挥着重要作用。该项技术主要是将悬臂式掘进机、可伸缩带式输送机、转载机、单体锚杆钻机、通风除尘设备以及供电系统相结合，从而形成综合机械化掘进链。如今我国对于该种设备的年产量已超千余台，并根据实地情况研发制造了二十多种型号的机种，已形成系列化产品的雏形，大体满足了国内市场的需求。
3.掘进管理技术
在煤矿资源的挖掘过程中，先进的挖掘设备固然起着重要作用，但采用新的管理方式也具有重要的现实意义，通过先进的管理技术也可以形成生产力，在提高产量的前提下保证工程的安全可靠性。高效率并且具有实际应用价值的掘进管理技术包括以下几个方面：
3.1信息管理技术
对于任何一项管理技术而言，作为最基础的管理数据，信息的采集尤为重要。煤炭资源开采的最根本目的在于经济利益，影响煤炭价格变动的因素很多，譬如：交通运输成本、国际国内市场需求、政治因素、新型替代能源等，因此煤炭价格数据的及时采集更新显得尤为重要，根据价格的变动，若是提早发现其呈上升涨幅状态，增加开采量，则会大幅增长利润;同理可得，若是发现价格下跌，从而降低煤炭的开采量，则可降低因价格暴跌所带来的损失;若是在价格变动方面能掌握第一手信息，那么相对其他开采者而言，则具有策略优势，可预先制定相应措施，从而尽可能的降低风险，增长利润。其他方面，运输成本会根据汽油价格、道路情况、船只的变动的情况而变化，最终附加到煤炭成本价格上;世界范围内的竞争和需求、进出口税收的标准、各国相关政策的规定等等也会影响煤炭进出口的价格浮动。煤炭价格的高低从某些方面体现出世界经济的条件等情况。
3.2 安全管理技术
任何工程项目中最重要但又最容易被忽视的则是安全生产问题，管理者往往为了追求利益最大化，开采者往往因为惰性而不规范化操作，最终造成重大事故而导致井道坍塌、人员伤亡的惨剧，不仅对企业名誉造成损伤，也大大增加了企业意外支出成本。历年发生的矿难中，最常见也是危害最大的事故主要分为两类：矿井渗水事故和井道易燃气体爆炸事故。针对矿井渗水事故，一方面从设备着手，通过对设备的强化管理，采取定期检查排水系统方式，检测排水管是否有漏水、堵塞等隐患;检测排水泵是否故障，有无替代排水泵和替换应急电源，以及备用泵和备用应急电源是否能正常运行等等。另一方面，从人员安全意识着手，制定健全的安全规章制度和完整的安全规章体系，通过完善甘泉考核机制，并确定年度安全目标，来将安全责任落实到个人。
3.3 人员管理技术
任何工程项目中，最终执行者还是人本身，机器设备、管理技术只是起辅助作用。在煤炭挖掘工程中，人员更是重中之重，人员不仅仅是煤矿的开采者，其整体素质也影响着煤矿企业产品的产量和质量，代表着同行业的核心竞争力之一。首先，采取从上而下的管理制度，管理者必须以身作则，其素质影响到整个团队。加强管理管理者的自身素质和能力主要包括以下几个方面：(1)管理者对信息技术的理解水平;(2)管理者对紧急事故的处理和应变能力;(3)管理者对新型工具的实际应用水平;(4)管理者对安全措施的灌输和督促;(5)管理者对人员调动情况清楚且合理;(6)管理者的行业素质等等。其次，强化员工的基本素质，比如强化员工的安全防患意识;强化员工的自检能力，以及强化员工的逃生技能、自救能力等等。总而言之，以人为本，人员管理制度是所有技术实施的基础和前提。
4.结论
随着社会的飞速发展，不断有新型能源被开发，但目前而言，煤炭资源在我国主要开采能源中仍旧占据重要组成部分，况且我国作为一个人口大国，在能耗的方面对煤炭的需求量也居高不下。在当前社会背景下，对于高性价比的煤炭资源而言，如何选择高效率、使用成本低、安全可靠的开采方式及高效管理方法技术则显得尤为重要。
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（文章、科研报告等，10篇以内）：①《提高薄煤层采煤机装载效率的途径》1993年《煤矿机电》第6期②《MG344-PWD型采煤机工业试验与思考》1993年《煤炭科学技术》第8期③《厚煤层分层铺网开采工艺设备技术问题探讨》在全国青年学术论文集发表，科学技术出版社出版④《MG250/300-NWD型电牵引采煤机装煤问题探讨》2002年《同煤科技》第12期⑤《两硬条件下短壁电牵引采煤机和短壁综采技术》2003年《煤矿开采》第3期⑥《坚硬煤层截割阻力的测试和可刨性研究》 2006年《煤矿开采》第11期⑦《MG750/1815-GWD型交流电牵引采煤机的研制与应用》2007年《煤矿机电》第2期
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一、采矿新技术在乡镇煤矿中的意义
在当今科技经济发展的新形势和地方煤矿发展的需求下，小煤矿开采技术的改革必须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要的技术储备，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发和技术储备，跟踪产业科技前沿，以煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术，占领技术制高点，才能得以生存和发展，因此采矿新技术在小煤矿中的应用将越来越广泛，越来越显现其重要性。
二、乡镇煤矿开采适用的采矿新技术
在许多地区，由于乡镇煤矿生产能力较小，地质构造复杂煤层赋存变化大，且很多为急倾斜煤层和薄煤层，给开采带来较大的困难，研究和开发新采矿技术，提高矿井的高产高效，更为重要。在乡镇小煤矿中，单一长壁采煤方法已趋成熟，现主要发展的有放顶煤采煤技术、急倾斜煤层采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法和小阶段爆破落煤等采煤方法。
1、炮采放顶煤采煤技术(1)滑移支架放顶煤采煤法：滑移顶梁由顶梁和支柱两个部分组成，前梁和后梁通过顶梁和前梁弹簧钢或导向槽连接，支架的支柱为液压单体柱，数量2-5个不等。与顶梁之间通过销轴连接。此外，前梁前端可安装的探梁或挑梁，后梁尾端可安装尾梁。滑移顶梁支架比较安全可靠，可自移，质量轻，结构简单，便于拆卸安装，成本低，适应性强等。在中小性煤矿中得到广泛的推广运用。采用这种采煤方法开采的煤层厚度为5m以上，主要为倾斜和急倾斜煤层。工作面长度一般为60-80m，最长达105m，采高通常为5-10m，工作面循环进度0.8m。滑移支架开采存在的主要问题:工作面支架初撑力和工作阻力偏低和稳定性较差。(2)二型钢梁放顶煤开采：二型钢梁放顶煤上作面支护采用二型钢梁、单体液压支柱对棚架设，工作面采用放炮落，人工破网放煤，采放分别进行。在煤层赋存条件变化较大或技术水平较低的地区、乡镇煤矿使用较好。采用单体液压支柱配二型俐梁对棚支护，每对棚5根支柱，主粱为一梁三柱。副梁为一梁二柱。主副梁间距150mm，对棚间以为600mm。最大控顶距3.4m,最小控顶距2.4m。采用放炮落煤、一般布置双排眼。放完炮后及时移主梁。打临时支柱。做到及时支护，爆破后人上装煤。工作面输送机采用可弯曲刮板箱送机和带式输送机。采用全部培落达处理采空区，随着移副梁放顶煤，顶板逐渐自然下沉，垮落，以完成放顶工作。放顶煤采用分段、多轮作业方式，放煤口布置在刮板输送机斜上方0.3m-0.5m左右。以人工堵口控制放顶煤量。采取间隔多次将顶煤充分放出，放煤后要及时调整歪斜棚梁，保证支柱有力，顶帮牢固。见歼堵口必要时打支柱以加固挡歼。
2、伪倾斜柔性掩护支架采煤法：伪倾斜柔性掩护支架采煤法将工作面倾角变缓，工作面较长，从面具有缓斜、倾斜煤层走向长壁采煤法巷道布置和生产系统简单、掘进率低的一系列的特点，此采煤法利用掩护支架把工作空间与采空区隔开，大大简化了复杂顶板管理工作，为安全生产创造了良好的条件，工作面煤炭自溜，减轻劳动强度。伪倾斜柔性掩护支架采煤法一般适用于开采倾角大于印。
厚度2-6m煤层，理藏稳定，煤层厚度变化不大的煤层。此采煤法工作面区段高度取决于煤层倾角大小，沿倾斜变化情况以及采煤技术条件，一般30m左右，煤层赋存条件好，构造简单时，可加大到40m-60m。回采过程中，回风巷中不断接长支架，进风巷不断拆架。当工作面推至采区上山附近时，布置收作眼，逐步将支架下放成水平位置，然后全部回收。掩护支架的结构:钢梁长为3.0-3.2m,钢梁的规格应根据支架的宽度选用，钢理绳可用直径20-30mm的旧钢绳，钢绳长为20-30m左右。钢绳数根据支架的宽度确定，宽度在3m以下的选用2-3根，3m以上时，可采用5-6根。钢梁上辅设2-3层竹笆。
3、小阶段爆破落煤采煤法：小阶段爆破落煤采煤法是将区段内煤体分成多个小区段进行开采的“三无”，(无人员、无设备、无支护)工作面开采的采煤方法。小阶段爆破落煤采煤法一般适用于开采倾角大于400，厚度3.5-7.5m煤层，顶底板不易滑落的不规则的煤层，低瓦斯矿井。其特点：安全性好，回采工艺简单，工效高，但回采率低，通风系统复杂，风流分配困难。落煤方式：采用煤电钻在小平巷内打眼爆破，每区段内的炮眼一次打眼一次起爆。顶板管理：沿回采工作面推进方向每30留5m切顶煤柱，运输平巷和回风平巷内20m超前支护。
4、刨煤机采煤方法：刨煤机开采技术是首次成功进行中等及薄煤层开采的技术，大大提高了煤炭生产效率。刨煤机的切割速度可达到3m/s，切割功率超过2x400kW。根据煤的硬度，每刀截深可达到250mm。目前，工作面输送机和刨煤机均采用了智能驱动系统，加上可靠的支架控制系统，这一切都有利于实现工作面采煤的全部自动化。刨煤机开采系统非常简单。刨煤机机体由一根无极绳牵引，从工作面端头开始沿导轨滑行割煤。导轨焊接在可弯曲恺装工作面输送机上。与滚筒采煤机不同的是，刨煤机是根据可弯曲恺装输送机的平面“找平”的，不需要专人在工作面负责此项工作。可弯曲恺装输送机的推进过程由电动控制装置控制，另外，支架前移过程也实现了自动控制、安全可靠。这一切实现了整个开采系统的全部自动化。刨煤机(即基板式刨煤机)是用于特薄煤层开采的，最小开采厚度可达到0.6m,靠近采空区一侧的刨煤机导轨及其附件被焊接在PF4工作面输送机上，可实现更高的稳定性，便于维修和操作。上部导轨允许快速进人上部和下部刨链，而加固的底部导轨是由优质结构钥制成的。为了防止减产、粉尘生成和部件的磨损，安装有效的刨煤机水平控制系统以适应各种起伏的煤层变化。
三、结语：
小煤矿开采工艺落后，安全条件差，资源同收率低。国家实施关闭小煤矿，淘汰落后的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，改进小煤矿的采煤方法和开采工艺，提高采煤工作面的单产和工效，有着积极意义。
仅供参考
