我国煤炭开采新技术与未来发展方向

郑金飞

摘要：首先介绍了我国煤炭开采的新技术，包括综采放顶煤技术、煤炭地下气化技术和绿色开采技术，然后介绍了我国煤炭开采技术的发展方向，包括小煤矿技术改造和机械化开采技术、深井开采、围岩控制、“三下”采煤以及矸石排放等。

关键词：煤炭开采；综采放顶煤；地下气化；绿色开采；深井开采；围岩控制

中图分类号：F407.21文献标识码：A 文章编号：

建国以来,我国煤炭产量和消费量在一次能源中占的比重一直保持在70%以上,近年来才略有下降。随着国家对环境保护的高度重视,产业结构的调整,能源结构将进一步优化。煤炭在能源消费结构中的比例将缓慢下降,但以煤为主的能源结构不会发生根本改变。

不断改革和探索煤炭开采的新技术和合理开发利用煤炭资源,充分发挥煤炭资源优势,是我国能源可持续发展的现实选择和必然要求,也是煤炭工业可持续发展的必然要求。

一、煤炭开采新技术

1.综采放顶煤技术

目前我国已经探明的煤炭储量中厚煤层的煤炭储量占40%以上。厚煤层综采放顶煤开采技术历经近半个世纪的探索、试验,几经周折,现在已经成为一种先进的采煤方法,从而使厚煤层的开采进入一个新的发展时期。综放技术已经成功在全国的许多矿区开始得到应用,从而有力地推动了煤炭行业技术的发展。对于缓倾斜厚及特厚煤层,在解决防火、防尘和资源回收率的前提下,要推行综采放顶煤技术采煤法。

综放开采技术是一种高产高效的采煤技术,对于我国高产高效矿井建设起到重要的作用。综放开采由于一次采出煤厚度大,工作面产量较高,部分高产高效矿井已实现一井一面的生产系统。综放开采的效率高、成本低,具有巷道掘进量小和对煤层厚度变化适应性强等一系列优点。今后综放开采技术发展的方向是要解决煤炭回收率偏低、煤层自燃、煤尘大和瓦斯积聚等技术难题。

2.煤炭地下气化技术

煤炭地下气化是指在煤层赋存地点直接获得可燃气体的过程,即在地下将固态矿物通过热化学过程变为气态燃料,然后由钻孔排到地面,供给用户。煤炭地下气化不但具有明显的经济效益,同时也有较好的环境效益。煤炭地下气化过程中,燃烧过的灰渣及其它有害物质留在地下。减少了地面沉陷及上述各过程中的环境污染。煤层气能集中净化,分离后可得到洁净的能源)氢,因此,地下气化技术的环境效益也是十分明显的。

3.绿色开采技术

绿色开采是一种综合考虑资源效率与环境影响的现代开采模式,其目标是使矿山开采过程中资源开发效率最高,对生态环境影响最小,并使企业经济效益与社会效益协调优化。

实现煤炭资源的绿色开采,可解决对土地资源的破坏和占用；对水资源的破坏和污染；对大气环境的污染等环境问题,绿色开采方案有以下两种。

（1）煤与瓦斯共采技术

要从根本上解决瓦斯排放对大气环境的污染问题,就要合理的对瓦斯加以利用。瓦斯(煤层气)既是矿井有害气体也是洁净能源。我国是世界上煤层气最丰富的国家之一。煤层气资源在中国天然气资源中占有最重要地位,是比较接近现实的接替天然气的后备资源。因此应该使其资源化,其技术途径有采前先抽及煤与瓦斯共采两种。

煤层气开发推动了煤层气利用市场的发展。近年来,煤层气发电发展很快。煤层气在其他应用领域的研究实验也取得新进展,包括煤层气加压液化作为汽车燃料,或用于生产合成氨、甲醛或碳黑等。

（2）保水开采技术

我国水资源分布很不均衡,大概有70%的矿区缺水,尤其西部矿区缺水更为严重,对于西部矿区保水开采是绿色开采的主要内容。矿区开发大量使用地表水和地下水,而煤炭开采又是对地下水资源人为疏干排水过程,采动形成的导水裂隙对煤系含水层形成自然疏干过程,这些都将对当地生态产生严重影响。研究采动基岩和隔水层的移动规律,揭示导水裂隙形成规律和采动隔水层的稳定性是实现保水开采的基础。在保水开采研究中应当注意以下问题:①保水开采与防止溃水是两个概念,后者是从安全考虑,而保水开采则必须研究开采前后岩层的水文地质变化；②在我国西部地区必须研究采动覆岩内是否有隔水层,开采对地表和地下水系的破坏在降雨后能否恢复,能否再造相应的隔水层；③地下水的利用,是减轻和修复开采对水资源破坏的重要途径。流入矿井地下采空区的水如何再利用,是值得思考的大课题。

二、我国煤矿开采技术的发展方向

根据我国当前采煤技术现状和需求，煤矿开采技术的研发应注重小煤矿技术改造和机械化开采技术、深井开采、围岩控制、“三下”采煤以及矸石排放等领域。

1.小型煤矿的机械化改造

煤矿开采技术的发展，是针对国家实施关闭的小型煤矿，淘汰落后的生产技术与设备，提高平均单井规模的技术政策，积极拓展资源优势，大力改善乡镇地方小型煤矿机械自动化、半机械化的开采技术装备结构，改进乡镇地方小型煤矿的采煤工艺方法，针对小型煤矿的安全生产，进行围岩顶板控制技术改造与实施，提高小型煤矿采煤工作面的单产和工效，促进小型煤矿的健康发展和运行。

2.深井开采技术

随着煤矿井下开采深度的增加，煤层开采的矿压控制、围岩控制、瓦斯和热害治理、冲击地压防治以及巷道布置、深井通风等技术难度系数增大。需要针对深井围岩状态和应力场及分布状态，深井采场环境的变化，深矿井开采热害治理技术，深井巷道的快速掘进与支护技术，深井冲击地压防治技术与监测控制技术，深矿井高效开采配套技术等进行科学的研发和实践推广。

3.采场围岩控制技术

根据煤矿采场的地质围岩结构压力等实际工况，进一步完善采场围岩控制理论。针对急倾斜、不稳定地质构造复杂的高深采场等各种地质煤层及开采条件进行科学分析，研究坚硬顶板与破碎顶板等低劣条件下放顶煤开采岩层和支架围岩的相互作用机理，研究支护质量与顶板动态监测技术，冲击地压的预测和防治等科学合理的岩层控制技术，来保证采煤活动的安全高效生产。

4.“三下”矿井采煤技术

充分利用现代计算机技术，深入研究开采上覆岩层运动和地表沉陷规律，研究满足地表、建筑物、地下水资源保护需要的开采系统和优化参数，进一步改进和发展煤矿水源保护开采技术、煤矿充填减沉开采技术、煤炭瓦斯综合共采技术等沉降控制理论和关键技术，加固改造矿区地表建筑结构，研究煤炭开采、土地复垦和矿井水资源的优化等关键技术。

5.优化矸石排放技术

改进采煤技术，完善煤矿巷道布置工艺体系，实现矸石废料综合利用技术。煤矿开采中产生的大量矸石固体废弃物，是污染、占用矿源周围土地资源的主要因素。根据因地制宜原则，实行全煤巷布置单一煤层开采，矸石基本不运出地面，将矿区内的矸石废弃物充填到煤层采空区空间内，综采与综掘同步发展。同时，对矸石进行综合开发，用来发电供热、制造建筑材料等，实现煤矿矸石废弃物的再利用。

三、结束语

煤炭作为一种不可再生资源,既是工农业生产和日常生活的主要燃料,又是化工生产的重要原料。采用先进的技术工艺开采和加工利用煤炭资源,是解决中国能源安全问题的现实途径之一,也是实现中国社会、经济和环境可持续发展的基础之一。

参考文献

[1]徐永圻．煤矿开采学[M]．徐州：中国矿业大学出版，1999．

[2]钱鸣高，石平五．矿山压力与岩层控制[M]．徐州：中国矿业大学出版社，2003．

[3]鲁建成.综采放顶煤采煤法[J].煤炭技术,2008,(10).

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