煤炭開采工藝現(xiàn)狀研究

      1 煤炭開采工藝的現(xiàn)狀
　　我國(guó)的煤炭資源分布的非常不均勻，開采條件多種多樣，各地的煤礦有許多的不同，一方面煤炭的儲(chǔ)存量不一樣，另一方面所有制的形式也不同。由于各個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r不同，技術(shù)水平與采礦設(shè)備也有所差異。目前，我國(guó)的長(zhǎng)壁開采工藝有三種類型，分別是爆破，普通的機(jī)械化，綜合的機(jī)械化。其中綜采在國(guó)有煤礦企業(yè)中應(yīng)用的比較廣泛，普采以及炮采在一些地方上的煤炭企業(yè)中應(yīng)用的比較廣泛，在一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦企業(yè)技術(shù)條件匱乏，主要的采煤工藝就是炮采。
　　我國(guó)的地質(zhì)條件很特別，而且煤層的分布情況也很復(fù)雜，所以我國(guó)的采煤技術(shù)有很多，主要是看煤炭分布地區(qū)的地形以及煤炭的具體分布情況來選擇某一種或者幾種的方法。以下介紹幾種開采工藝的現(xiàn)狀以及優(yōu)缺點(diǎn)。第一種是走向長(zhǎng)壁的開采方法，這種方法在我國(guó)的煤礦企業(yè)中應(yīng)用的最為廣泛，主要是用于中斜煤層的開采，這種開采方法非常簡(jiǎn)單，可以廣泛的適用于各種地區(qū)。第二種是傾斜長(zhǎng)壁的開采方法，這種開采方法可以不受斷層的影響，巷道的布置也是很容易的，所需投入的經(jīng)費(fèi)很低，生產(chǎn)快速，運(yùn)輸很方便，所需用設(shè)備少，通風(fēng)容易等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，它也是具有許多缺點(diǎn)的，在長(zhǎng)距離的傾斜巷道內(nèi)向前掘進(jìn)，運(yùn)輸困難等。第三種是在傾斜分層中使用下行垮落開采煤炭方法，這種開采方法可以解決頂板支護(hù)以及采空區(qū)等問題，增加了開采的安全性，并且在同時(shí)提高了煤炭的采出率，但是這種采煤方法在開采之前需要構(gòu)建假頂，生產(chǎn)組織很復(fù)雜，預(yù)防煤炭自燃也很困難。
　　我國(guó)目前采取的煤炭開采準(zhǔn)備和開拓方法，準(zhǔn)備方法最為主要的有三種，分別是采區(qū)、帶區(qū)及盤區(qū)。
　　2 煤炭開采的主要形式
　　2.1井下采煤
　　井下采煤的順序。對(duì)于傾角10°以上的煤層一般分水平開采，每一水平又分為若干采區(qū)，先在第一水平依次開采各采區(qū)煤層，采完后再轉(zhuǎn)移至下一水平。開采近水平煤層時(shí)，先將煤層劃分為幾個(gè)盤區(qū)，立井于井田中心到達(dá)煤層后，先采靠近井筒的盤區(qū)，再采較遠(yuǎn)的盤區(qū)。如有兩層或兩層以上煤層，先采第一水平最上面煤層，再自上而下采另外煤層，采完后向第二水平轉(zhuǎn)移。
　　按落煤技術(shù)方法，地下采煤有機(jī)械落煤、爆破落煤和水力落煤三種，前二者稱為旱采，后者稱為水采，我國(guó)水采礦井僅占1.57%。旱采當(dāng)前主要采用壁式采煤法。壁式采煤法工作面長(zhǎng)，一般100～200m，可以容納功率大，生產(chǎn)能力高的采煤機(jī)械，因而產(chǎn)量大，效率高。
　　2.2露天采煤
　　移走煤層上覆的巖石及覆蓋物，使煤敞露地表而進(jìn)行開采稱為露天開采，其中移去土巖的過程稱為剝離，采出煤炭的過程稱為采煤。露天采煤通常將井田劃分為若干水平分層，自上而下逐層開采，在空間上形成階梯狀。其主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)：首先用穿孔爆破并用機(jī)械將巖煤預(yù)先松動(dòng)破碎，然后用采掘設(shè)備將巖煤由整體中采出，并裝入運(yùn)輸設(shè)備，運(yùn)往指定地點(diǎn)，將運(yùn)輸設(shè)備中的剝離物按程序排放于堆放場(chǎng);將煤炭卸在洗煤廠或其他卸礦點(diǎn)。
　　主要優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)為生產(chǎn)空間不受限制，可采用大型機(jī)械設(shè)備，礦山規(guī)模大，勞動(dòng)效率高，生產(chǎn)成本低，建設(shè)速度快。另外，資源回采率可達(dá)90%以上，資源利用合理，而且勞動(dòng)條件好，安全有保證，死亡率僅為地下采煤的13%左右。
　　主要缺點(diǎn)：占用土地多，會(huì)造成一定的環(huán)境污染，而且生產(chǎn)過程需受地形及氣候條件的制約。在資源方面，對(duì)煤賦存條件要求較嚴(yán)，只宜在埋藏淺，煤層厚度大的礦區(qū)采用。
　　3 煤炭開采工藝的主要內(nèi)容
　　煤炭開采工藝經(jīng)過了多年的修正與發(fā)展，有了很大的變化，加上現(xiàn)代機(jī)的使用，煤炭開采工藝實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化，使得煤炭開采的整個(gè)流程更加完善。
　　3.1短壁開采工藝
　　短壁開采工藝是為了彌補(bǔ)長(zhǎng)壁開采的不足而產(chǎn)生的一種煤炭開采工藝。我們常見的長(zhǎng)壁開采就是進(jìn)行粗略開采的工具，在它略顯粗暴的開采過后會(huì)在礦井內(nèi)留下大批未開采的煤。這些煤有的聚集成柱狀，有的堆積在一個(gè)坑內(nèi)，總之都被堆積在長(zhǎng)壁開采所不能觸及的地方。而短壁開采就像是一個(gè)細(xì)致的清潔工，打掃著長(zhǎng)壁開采掃蕩過的戰(zhàn)場(chǎng)。短壁開采是一種節(jié)約型的開采方式，避免了煤炭資源的浪費(fèi)，這對(duì)于對(duì)資源有著巨大需求量的我們來說是一筆不可估量的財(cái)富。
　　3.2薄煤層開采工藝
　　薄煤層開采工藝是符合我國(guó)煤炭開采形式的一種開采工藝。在中國(guó)，很大一部分的煤炭位于距離地表不遠(yuǎn)處，也就是我們常說的薄煤層。而這種開采工藝就是擅長(zhǎng)在薄煤層地區(qū)進(jìn)行煤炭的開采。在薄煤層地區(qū)，如果使用我們常見的挖掘工具，會(huì)對(duì)土地造成一定的破壞，而且會(huì)產(chǎn)生一定的浪費(fèi)。但薄煤層工藝就完全不同。它會(huì)對(duì)土地進(jìn)行溫柔的剖析，一層又一層，直至到達(dá)煤層。薄煤層開采工藝也可以說是一種符合中國(guó)國(guó)情的煤炭開采方式。
　　3.3礦井集約化工藝
　　礦井集約化工藝是類似于“因材施教”的一種煤炭開采工藝。是根據(jù)煤炭資源所處的具體環(huán)境，因地制宜，采取不同的開采方式，而開采方式的不同主要在于礦井的個(gè)數(shù)。比如說最近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)煤礦，但是這個(gè)煤礦所處的地理環(huán)境有些特殊，在整個(gè)煤礦的中心地帶有一層致密的巖石層。在這種特殊情況下，只打一個(gè)礦井就會(huì)耗費(fèi)很多的人力以及物力去打通巖石層，如果有一種簡(jiǎn)單省事的方法就最好不過。人們面對(duì)這個(gè)問題時(shí)的解決辦法就是在巖石層兩邊各打一個(gè)井，然后再進(jìn)行開采。這就是我們所說的礦井集約化工藝。當(dāng)然，真正的礦井集約化工藝是很復(fù)雜的，同時(shí)它也可以解決很多開采中所要面臨的具體問題以及巨大的挑戰(zhàn)。 　　3.4對(duì)煤炭進(jìn)行地下氣化
　　將煤炭在地下進(jìn)行氣化是一種在開采中融入化學(xué)方法的開采工藝，是一種科學(xué)而且先進(jìn)的煤炭開采工藝。比如說，當(dāng)我們?cè)陂_采時(shí)，遇到了無法鉆透或者很難鉆透的地層，我們常常會(huì)想到將煤炭進(jìn)行氣化的方法。這個(gè)方法融合了短壁開采工藝以及礦井集約化工藝的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)付開采后遺留下來的煤以及難開采的煤簡(jiǎn)直是信手拈來。通過一些化學(xué)工藝，將埋藏在地下的煤變成一種蘊(yùn)含著能量的氣體，然后通過管道等進(jìn)行簡(jiǎn)單的收集工作，最終就完成了對(duì)煤炭的開采。這種簡(jiǎn)單易行的方法，不僅減小了開采的難度還提高了煤的純度，這是對(duì)資源利用的一個(gè)重大的突破。
　　4 煤炭開采工藝的發(fā)展方向
　　4.1“三下”開采煤炭技術(shù)
　　提高數(shù)值模擬計(jì)算和相似材料模擬等，深入研究開采上覆巖層運(yùn)動(dòng)和地表下陷規(guī)律，研究滿足地表、建筑物、地下水資源保護(hù)需要的合理的開采系統(tǒng)和優(yōu)化參數(shù)，發(fā)展沉降控制理念和關(guān)鍵技術(shù)，包括用地表廢料向垮落法工作面采空區(qū)充填的系統(tǒng);研究與應(yīng)用各種充填技術(shù)和組合充填技術(shù)，村莊房屋加固改造重建技術(shù)，適于村莊保護(hù)的開采技術(shù);研究近水體開采的開采設(shè)計(jì)，工藝參數(shù)優(yōu)化和裝備，提出煤炭開采與煤炭城市和諧統(tǒng)一的開采沉陷控制、開采村莊下壓煤、土地復(fù)墾和礦井水資源化等關(guān)鍵技術(shù)。
　　4.2煤礦開采技術(shù)的改進(jìn)以及實(shí)現(xiàn)機(jī)械化
　　我國(guó)現(xiàn)在還存有不少小煤礦企業(yè)，這些煤礦有的是合法的，有的是違法的，他們的煤炭開采技術(shù)落后，設(shè)備跟不上開采的需求，面臨著倒閉的危險(xiǎn)。對(duì)于這些企業(yè)來說，國(guó)家關(guān)閉他們是有一定道理的，設(shè)施不完善，技術(shù)不先進(jìn)，會(huì)出現(xiàn)安全事故。應(yīng)該提高單井規(guī)模，研究及開發(fā)小型煤礦所適用的技術(shù)與設(shè)備，盡量實(shí)現(xiàn)開采的機(jī)械化。小型煤礦企業(yè)的采煤方式以及采煤工藝需要加以改進(jìn)，提高工作效率和產(chǎn)出率，增強(qiáng)安全意識(shí)，提高對(duì)安全設(shè)備的監(jiān)控，防止一些塌方之類的事故發(fā)生。
　　4.3完善巷道布置
　　煤礦企業(yè)需要改進(jìn)開采煤炭的方法，完善設(shè)施的布置，盡可能多的獲得煤炭開采效益。巷道的布置還有可以優(yōu)化的空間，煤礦企業(yè)需要研究開發(fā)新的布置措施，以及專業(yè)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，最好可以達(dá)到開采方法、巷道布置以及煤炭分布條件的最佳組合
　　4.4深礦采煤
　　深礦井開采煤炭具有極大的風(fēng)險(xiǎn)，做好一切預(yù)防措施，技術(shù)的支持以及設(shè)備上的完善。最為關(guān)鍵的開采技術(shù)是煤層開采的礦壓控制、沖擊地壓防治、瓦斯和熱害治理及深井通風(fēng)、井巷布置等;需要攻關(guān)研究的是：深井圍巖狀態(tài)和應(yīng)力場(chǎng)及分布狀態(tài)的特征;深井作業(yè)場(chǎng)所工作環(huán)境的變化;深井巷道（特別是軟巖巷道）快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)與裝備;深井沖擊地壓防治技術(shù)與監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù);深礦井高產(chǎn)高效開采有關(guān)配套技術(shù);深礦井開采熱害治理技術(shù)與裝備等，目前還沒有完全攻關(guān)的技術(shù)是軟巖巷道的掘進(jìn)技術(shù)和沖擊地壓的預(yù)防及治理技術(shù)等。
　　5 結(jié)語(yǔ)
　　開發(fā)煤礦高效集約化生產(chǎn)技術(shù)、建設(shè)生產(chǎn)高度集中、高可靠性的高產(chǎn)高效礦井開采技術(shù)。以提高工作面單產(chǎn)和生產(chǎn)集中化為核心，以提高效率和經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，研究開發(fā)各種條件下的高效能、高可靠性的采煤裝備和工藝，簡(jiǎn)單、高效、可靠的生產(chǎn)系統(tǒng)和開采布置，生產(chǎn)過程監(jiān)控與科學(xué)管理等相互配套的成套開采技術(shù)，發(fā)展各種礦井煤層條件下的采煤機(jī)械化，進(jìn)一步改進(jìn)工藝和裝備，提高應(yīng)用水平和擴(kuò)大應(yīng)用范圍，提高采煤機(jī)械化的程度和水平。在資源缺乏的今天，高效的開采方式是我們的永遠(yuǎn)追求。煤炭資源的開采在我國(guó)礦物的總體開采上占據(jù)重要的地位，煤炭開采工藝的進(jìn)步，保證了我國(guó)能源的供應(yīng)充足，才能夠?qū)崿F(xiàn)能源的充分利用，推進(jìn)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展。