浅议煤矿开采技术与工艺发展

尹春恒 廖为康

摘要:采煤方法工艺技术在煤矿生产中占有极其重要的地位。一个煤矿企业生产指标的优劣,除资源条件外,主要决定于所采用的工艺技术的适应性和先进性。文章对新时期煤矿开采工艺技术、煤矿开采方法、采煤工艺发展进行了阐述分析。

关键词:煤矿开采;煤矿开拓技术;采煤工艺

中图分类号:TD823文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)22-0043-02

我国煤炭资源储量丰富,可采储量44亿吨。由于煤田成煤时期多,分布广泛,类型复杂,含煤性和煤质差异很大,特别是煤层赋存条件多样,地质构造、地层及地质条件相差极大,因此形成多类型、多结构的赋存状态。由于成煤时期,地质变动多,使煤层埋藏深度相差悬殊,有的煤层露出地表,有的煤层上部覆盖着极厚的冲积层,有的煤层埋藏深度超过1000m。

一、煤矿开拓技术

煤炭资源赋存条件是确定煤矿开拓方式和开拓系统的重要依据,我国煤矿开拓经过几十年的改革、发展,具有以下三方面特点:

(一)开拓方式多样

由于我国煤层的不同赋存条件,决定了需要采用多种开拓方式,基本型式是以主、副井井简型式作为分类标志,有立井开拓、斜井开拓、平响开拓、综合开拓等4种。立井开拓具有较大的生产能力,生产系统也比较简单,主要应用于煤层埋藏较深或倾角较大,特别是表土层较厚,含有流砂层的井田;斜井开拓中小型矿井采用较多,而且还广泛应用于表土层不厚、无流砂层、煤层倾角较小的矿区中的一些大型、特大型矿井;平响开拓由于受地形、地貌、地质构造等条件的限制,应用不广泛;综合开拓随着矿井延深、技术改造的发展得到了广泛应用。

(二)大、中、小型矿井并存

由于我国煤层地质条件的多样性,既有受地质变动和破坏轻的无限煤田,又有受地质变动和破坏较多的有限煤田,井田的几何尺寸相差悬殊。同时,由于矿井开采技术水平上的差异,以及多种所有制的存在,使得我国矿井大小井型并存。我国国有重点煤矿以大、中型矿井为主,还有一部分大型和特大型矿井;地方国有煤矿以中、小型矿井为主,其平均生产能力为8.45万吨。

由于井型的差异,并田的几何尺寸相差悬殊。我国国有重点煤矿特大型、大型、中型、小型矿井并田平均走向长度分别为9.21km、7.70km、5.95km和4.24km。

(三)特殊条件下矿井开拓各具特点

由于我国煤层赋存条件的多样性和分布的地区极不平衡,有些地区煤层赋存复杂、开采条件特殊,因而形成了特殊的开拓方式和开拓系统。主要有水力采煤矿井开拓、水力充填矿井开拓、在承压水体上采煤的矿井开拓、有煤和瓦斯突出的矿井开拓等。

二、煤矿开采方法

采煤方法是煤矿生产的核心技术。采煤方法的适用性和先进性是除资源条件外决定矿井生产效率的主要因素。

世界上井工采煤方法有两大体系:以长工作面采煤为主要标志的壁式体系采煤法;以短工作面采煤为主要标志的柱式体系采煤法。我国煤矿开采条件与特点主要内容有:(1)能源结构长期以煤为主;(2)煤炭资源地区分布不均;(3)开采煤层条件类型多样:地方国有煤矿和乡镇煤矿开采的煤层较浅,富集积度较低,就全国煤矿矿井开采地质条件看,总体上我国是以开采多煤层、总厚大、小倾角、低瓦斯、表土不厚、埋深不大的煤层为主,但又具有其他复杂条件的多样性,为发展多层次的多种开采技术提供了重要的依据;(4)多种办矿体制并存:用多种体制办各种模式的煤矿是中国煤矿开采的重要特点。不同体制的煤矿具有不同的技术经济特点,要求发展与之相适应的开采技术;(5)多层次多样化的开采技术协同发展:我国煤矿开采以井工开采为主,露天开采的比重不大。采煤机械化是煤矿开采技术的核心和技术层次的主要标志,我国与世界先进来煤国家相比,在广度和深度上都存在相当大的差距。

我国煤层赋存条件多样,开采技术条件各异,因而促使了采煤方法向多样化方向发展。我国是世界上采煤方法种类最多的国家。常见的几种主要采煤方法为:单一走向长壁采煤法;刀柱式采煤法;倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法;单一倾斜长壁采煤法;倾斜分层倾斜长壁下行垮落采煤法;倾斜分层长壁上行充填采煤法;放顶煤采煤法;水平分层、斜切分层下行垮落采煤法;水平分段放顶煤采煤法;掩护支架采煤法;水力采煤法;柱式体系采煤法。

三、采煤工艺发展

(一)壁式体系采煤技术

壁式体系可实现联系采集,具有单产高、工效高、采出率高及适用性强等优点。80年代以来,美国、澳大利亚等国家发展应用了壁式体系采煤技术,一个矿井一个综采工作面生产,年产达3Mt/a以上,矿井全员工效可达70~100/工以上,一跃达到世界领先地位。美国煤层优越的赋存条件及壁式开采技术的发展,使得矿井平均全员工效已由十多年前的10t/工左右,提高到25t/工以上,是西欧国家的三倍;澳大利亚的情况基本与美国相似。总的来看,世界范围内,壁式体系呈发展趋势。我国煤层赋存条件多样,开采条件较复杂,主体将发展以壁式体系纵才为主的不同类型的长壁式开采技术。

世界上以长壁开采为主的主要产煤国综采程度均达到80%以上,有的接近100%。我国国有重点煤矿矿井缓斜煤层可采储量及产量比重均在85%左右,但综采程度尚不到50%。长壁综采是今后发展的主要方向。

我国缓斜厚煤层储量丰富,从厚煤层中采出的产量占国有重点煤矿的40%以上,主要采用倾斜分层长壁开采。近几年来,我国较广泛采用放顶煤开采,分层开采的比重有下降的趋势,但目前仍占主导地位。分层开采的装备与中厚煤层有通用性,特点是:顶分层需增设铺网工艺及有关装备;中下分层需在网下进行开采。缓斜厚煤层采用命层综采在中国、前苏联等国得到广泛应用。

(二)发展大功率、高可靠性薄煤层采煤机、刨煤机是一个趋势

只有大功率,才会有更高的可靠性与更广的适应性。国外薄煤层采煤机总装机功率已超过500kW,刨煤机总装机功率已超过2×400kW。我国正研制的MG200/450-WD型采煤机装机功率为450kW;刨煤机最大功率为2×200kW。制约我国薄煤层采煤机发展的一个主要因素是:主电机功率与机面高度的矛盾较难解决,研制适用于薄层采煤机使用的体积小、功率大的电机是当务之急。我国薄层采煤工作面输送机的设计长度一般仅为150~200m,而国外普遍为250m,有的达300m以上,差距较大。

我国研制了30余种放顶煤液压支架架型。并对矿压显现规律、顶煤碎裂规律及可放性、放煤规律等进行了大量的研究、对生产起了重要指导作用。我国在架型结构功能、参数、理论研究及使用效果等方面居国际领先水平。我国厚煤层储量大,加快完善与发展放顶煤综采具有重要现实意义。

四、结语

煤矿开采技术随着煤层赋存条件的不同而有很大的差异。我国煤层赋存条件多种多样,目前国有重点煤矿缓斜、倾斜和急斜煤层可采储量分别占86.3%,10.1%和3.6%,这些特点决定了我国采煤方法必然是多种多样的。20世纪80年代以来采煤方法得到迅速发展,生产技术指标明显改善,普通机械化采煤工作面的装备发展较快,综合机械化采煤工作面向大功率、电牵引、程序化发展。随着国民经济的发展,煤矿安全条件将进一步得到改善,采煤生产技术必将达到国际先进水平。

参考文献

[1]王浩.采煤方法选择之我见[J].科技信息(科学教研),2008,(3).

[2]付崇禹,高海涛.生产矿井采煤方法选择及影响因素分析[J].知识经济,2008,(1).

[3]包福林,薛峰.采煤技术及采煤方法的选择[J].煤炭技术,2006,(8).

[4]齐俊德.采煤方法的合理选择及实践[J].矿冶,2007,(3).

[5]郝忠军.井下采煤技术及采煤工艺的选择[J].内蒙古科技与经济,2007,(13).

[6]汪理全,杨真.长壁综合机械化采煤方法的发展趋势[J].煤炭科学技术,2005,(1).