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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。

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目前，我国煤炭企业安全生产形势较为严峻，安全问题已成为制约煤炭工业发展的突出问题之一。2003年世界煤炭产量约50亿t，煤炭事故死亡总数8000人。当年我国煤炭产量约占全球的35％，事故死亡人数则占80％以上，远远超过世界其他产煤国家煤矿事故死亡总数，全国每年还有十几万的事故伤残人员。我国煤炭生产百万吨死亡率，约为印度的10倍，美国的100倍。尤其是一次死亡10人以上的特大事故时有发生。这些事故不仅给人民生命财产带来了巨大的损失，而且在国内外造成了严重影响。我国亟需建立一种有效的多方制约性的安全生产保障机制，以提高煤炭企业安全生产投入的积极性，降低经营风险，优化煤炭企业安全系统。 1 存在的问题 煤炭企业安全生产保障机制是指影响煤炭企业安全生产活动的各种保障因素和相互联系、相互制约，从而发挥煤矿安全生产保障功能的运行机制。它是一种多因素、多环节、动态、复杂的运行系统。要从根本上扭转煤炭企业安全生产的被动局面，不仅要重视安全技术和装备的研究与开发，更重要的是还要在安全生产保障上进行研究。近年来，国家先后颁布实施了《安全生产法》等法律法规，改革和调整了安全生产的监督管理体制，又通过《关于进一步加强安全工作的决定》明确了安全许可证制度，提高了煤炭行业准入标准，明确提出建立安全生产控制指标体系，并提出以经济政策促进安全生产。特别是在2004年6月召开的“中国责任保险发论坛”上提出了保险业应该与煤炭安全生产工作相结合，实现良性互动共同发展。但是，如何发挥政府、保险业和煤炭行业三者的作用，保障煤炭企业生产系统的安全运行，实现政府、保险业、煤炭行业与煤炭企业安全生产系统性、制约性和互动性的有效结合，是值得深入探讨的问题。 煤炭行业传统的体制是“国家监察，行业管理，企业负责，群众监督”这样一种以企业为主、行业管理为辅的安全生产保障模式。在这种模式下，目前暴露出很多不足之处： 1）从实践上来看，安全评价不是煤炭企业的自觉行为，而是在一定法律法规的约束之下必须进行的工作，因此，煤炭企业很容易将安全评价简单地理解为“办安全许可证”，评价完成取得安全许可证之后就放松了对安全生产的持续改进。 2）煤炭企业在取得安全许可证之后，有可能失去对安全投入的关注。我国在2000年就成立了国家煤矿安全监察局，2000年11月国务院通过了《中华人民共和国煤矿安全监察条例》，几年来，安全监察局的监察力度逐渐提高，但没有真正与煤炭企业安全生产系统中的保障功能有机地结合起来，对煤炭企业的安全系统进行优化。 3）煤炭企业在安全事故发生之前，由于缺乏安全评价和安全监察的实质性制约作用，企业看不出安全投入的产出效果，因此，煤炭企业的安全投资普遍较少，增加了安全事故发生的隐患。 4）煤炭企业基本上被从社会保险统筹制度中排除出来，在发生工伤事故时，只能由企业按规定赔偿支付，赔偿数额非常少；而且目前的煤炭企业还没有意识到商业保险的重要性，或是不愿承担保险费支出成本，每次安全事故发生后，国家出于安定民心，大部分是由国家出面给予的，从而使煤炭企业失去了投资的积极性。 5）国有重点、国有地方、乡镇煤矿中安全投入、安全状况差别甚大，但国家的税收和吨煤安全费用提取费率却一样，没有调节和浮动，严重挫伤了企业对安全投入的积极性。 6）煤炭企业（除私人企业外）法人均实行任命和聘任制，导致企业法人在其任期内安全投入少，并存在侥幸心理。 总之，上述各个方面均对煤炭企业安全生产带来不利影响，而且最重要的是，目前所采取的各种安全治理手段和措施并没有形成一个系统性和实质上的制约性，没有真正建立起一个充分发挥制约和促进作用的安全保障机制，没有真正改善和优化煤炭企业的安全生产系统。 2 建立多方制约性的煤炭企业安全生产保障机制 煤炭企业安全生产保障机制的构成涉及很多方面，如有关煤矿安全生产与管理的各种法律法规制度，煤矿安全评价方法，商业保险、工伤保险费率的制定依据，安全监察体系与制度，煤炭企业自身的安全管理体制等等。 煤炭企业安全生产保障机制的建立是将某些法律法规政策、方法、策略和手段等根据企业整体安全的需要，有机地联系起来，把煤炭企业的生产活动有效地组织起来，应用定量分析和定性分析相结合的方法和计算机仿真技术，对煤炭企业安全生产的保障机制进行分析、规划、设计、调整和动态优化，从而达到最优目的，以便充分发挥人力、物力和财力的潜力，通过各种有效的措施，使煤炭企业安全系统中的各种关系协调配合，以最终实现煤炭企业整个安全系统的综合优化。在这种思路下，煤炭企业安全保障机制的核心是煤炭企业的安全生产，除了煤炭企业自身的管理行为发挥作用外，还应通过政府、保险公司和煤炭行业协会等外部因素影响煤炭企业的安全生产行为，以实现煤炭企业安全系统的动态整体优化。而政府、保险公司和煤炭行业协会对煤炭企业安全生产发挥作用的侧重点各不相同。 2.1 政府进行安全评价，确定煤炭企业的安全级别 政府（如国家煤矿安全监察局）主要是按照《安全生产法》等法律法规的要求，委托安全评价中介机构对煤炭企业的安全生产和管理状况进行分级评价，定出安全级别，政府部门进行核查后对煤炭企业安全状况给予定级，发放安全许可证。煤矿安全监察部门还要对已取得安全许可证和已评定级别的企业进行定期检查和确定事故发生后的责任，并决定是否降低或取消安全许可证。煤炭企业为了取得安全许可证，得到比较理想的安全级别，就会按照评价指标的要求进行安全工程建设、安全设施和安全设备、仪器仪表的投入，确定了煤炭企业安全生产的物质保障基础，即“硬件基础”。使得煤炭企业增加了安全投资的积极性，奠定了安全生产的基本物质基础，也确定了煤炭企业安全的投入和成本水平。因此，煤炭企业就要权衡安全投入与安全成本，这两者之间的合理比例要使安全系统处于一种最优状态。 2.2 强制煤炭企业进行商业保险，并实行浮动费率制 政府以强制性政策，委托商业保险公司利用商业保险运行机制，根据政府部门所确定的煤炭企业安全级别，采取浮动费率的形式收取保险费，作为煤炭行业的准入条件之一。安全级别高的企业，保险费率低；安全级别低的企业，保险费率高；如果发生安全事故，商业保险公司要按一定的标准进行赔付。煤炭企业的安全级别，决定了煤炭企业商业保险费的负担程度，也确定了煤炭企业安全成本水平。通过研究商业保险费率与企业安全状况之间的关系，以及差别保险费率对煤炭企业的促进作用，从而使得煤炭企业安全生产保障机制的作用能充分发挥。 2.3 成立煤炭同业工伤保险基金会 煤炭行业协会主要是通过国家所赋予法律效力的政策，成立同业工伤保险基金会，所有煤炭企业要按一定的标准提取安全基金，交给煤炭同业工伤保险基金会，形成同业工伤保险基金。我国《企业职工工伤保险试行办法》中，明确规定工伤保险应与事故预防相结合。煤炭行业协会的同业工伤保险基金会由国家安全生产监督管理局指导，除了与煤矿安全监察部门进行定期安全检查外，重点在于事故预防，其有权对政府提出重新评价煤炭企业级别的建议，有权对存在重大安全隐患的煤炭企业予以强制性停产，能够与保险公司进行安全事故的责任鉴定和确定煤炭企业的赔偿标准和监督执行赔偿；实现事故预防、医疗康复和工伤补偿三位一体的工伤保险机制。而煤炭行业协会的同业工伤保险基金制度，使保险基金的缴纳构成了煤矿安全成本的内容，同时大部分工伤保险基金主要用于各个煤炭企业的安全事故预防，使得企业加强安全培训教育、安全文化宣传，确立煤炭企业的安全保障机制的“软件基础”，降低煤炭企业安全事故发生的可能性，并提高安全事故的事后赔偿水平，保护了企业职工的利益。煤炭同业工伤保险基金会，实际上通过基金的运用不断地对煤炭企业安全生产系统进行着动态优化，充分发挥安全生产保障机制的作用。 2.4 实行安全管理目标责任制 煤炭企业安全管理目标责任制，是煤炭企业安全生产保障机制的有机组成部分。通过建立安全管理目标责任制，进行有效的安全绩效考核，并通过与煤矿安全生产监察局、商业保险公司、煤炭同业工伤保险基金会的良性互动机制，综合内外部影响因素的作用，实现煤炭企业安全系统的最优化目标，最终通过安全生产，取得良好的经济效益和社会效益，并建立良好的企业信誉。建立煤炭企业安全生产保障机制的整体思路如图1所示。 图1 煤炭企业安全生产保障机制关系图 3 实施多方制约性煤炭企业安全生产保障机制的意义 3.1 促使煤炭企业加大安全投入，有效遏止事故发生 事实上，煤矿安全事故发生的原因有很多，安全投入不足是其一。截止2003年底，国有重点煤炭企业对于安全投入欠帐164亿元。实践表明：安全状况好的企业，安全投入都合理到位。为实现煤炭企业整体安全的最终目的，煤炭企业从业开始进入这个行业就要注重安全投入。因为安全投入水平，决定着煤炭企业是否能够获得安全许可证，是否能够取得理想的安全级别；而安全级别又影响到缴纳商业保险费的费率，以及缴纳工伤保险基金的比例；企业内部安全管理目标责任制的实行，同样能够提高企业对于安全投入的重视。因此，通过煤炭企业安全生产保障机制的建立，促使煤炭企业加大投入，从而最终有效遏止安全事故的发生，使煤炭行业成为一个安全的行业。 3.2 有利于形成良性互动机制，实现“互赢” 煤炭企业进行安全生产保障机制运行的同时，与政府、保险公司和行业协会形成了一个良性互动机制。政府部门限制和提高了行业准入条件，有效制止那些不能达到安全评价标准的不合格企业进入煤炭行业，从根本上既保护了煤炭资源，又降低了整个行业的风险程度。同时，通过坚持不懈的长期安全监察，加大了煤炭企业安全生产的压力，不能有任何安全管理上的松懈，使国家安全生产监察部门有效地发挥职能作用。保险公司借助于各种商业保险，既扩大了业务种类和范围，取得良好的经济效益，又能在事故发生后通过事故调查形成对煤炭企业安全生产的一种特殊形式的监督。而成立煤炭同业工伤保险基金会，是建立一种有中国特色的工伤保险体系，突出了事故预防的重要性，保护了从业人员的利益，减轻了国家和企业的负担。由于保险机制的引入，大大减轻了以往煤矿事故发生后各级政府进行的大量事后工作，使政府从烦乱的事故处理中解脱出来，提高了工作效率。 3.3 运用安全保障系统的动态优化理念，不断提高煤炭企业安全水平 影响煤炭企业安全状况的内部和外部因素的变动，使得煤炭企业要不断地进行安全系统的调整。例如，随着煤矿开采的进展、开采技术的采用、煤层地质状况的改变等内部因素的影响，煤炭企业要做到整体安全最优化，也需要不断地优化安全生产的保障系统。而煤矿安全监察过程中发现的问题、煤炭同业工伤保险基金会提合理化建议，以及保险公司的监督等外部影响因素，同样使企业要不断地改善安全生产状况。正是这种动态的优化理念，促使煤炭企业为实现安全生产的最终目标，不断提高煤炭企业安全管理水平，不断完善煤炭企业安全生产的保障机制。 3.4 有利于煤炭企业树立科学的安全发展观 煤炭企业有着优良的成本节约观念，无论从矿井设计、设备购置和仪器仪表的配置，以及安全管理费用的支出等方面，都从节约成本为出发点，特别是在前几年煤炭整个行业发展萎靡之时，更是如此，但必须认识到，节约成本也有其不可避免的负面作用，减少了安全投入，埋下了安全隐患，事故发生所造成的后果远远超过所节约的成本，而安全事故所带来的机会成本更是难以估计。建立煤炭企业安全生产保障机制，并通过各种影响因素的动态调整，就是要在安全投入和安全产出之间进行权衡，在保证安全生产的前提下，提高安全投入水平的同时，要使安全投入所带来的效益超过安全投入所发生的成本，树立一种科学的安全发展观。