煤礦采煤方法科學技術論文

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1煤礦開采技術現狀及趨勢

中國是世界上煤炭資源最豐富的國家之一，據不完全統計，我國煤炭明總儲量在9000億t以上，含煤面積55萬多平方千米，而且煤種齊全，我國一次性能量消費結構中，煤炭占75%以上，從煤中可以提取二百多種產品，因此煤炭工業發展的快慢，將直接關系到國計民生和我國的社會主義經濟建設。新中國成立后，原煤產量飛速增長，到2003年原煤產量已達30多億噸，居世界首位，近幾年來，由于對采煤方法進行了改革以及更新了一批現代化采煤設備，已使一批煤礦跨入了現代化高產高效煤礦的行列，隨著國民經濟的發展，煤礦安全條件將進一步得到改善，煤礦采煤生產技術將達到國際先進水平。從1954年英國裝備了世界上第一個綜合機械化采煤工作面，長壁綜采在世界上采用半個多世紀，已經成為煤礦開采的本質安全技術。發展長壁開采的早中期，也是煤炭科學研究異常活躍的時期。長壁工作面支架支護的目的，就是要把冒頂限制到最低限度，衡量支架效果的尺度是“冒頂”。

我國發展綜合機械化采煤的初期實踐也表明，控制頂板的關鍵，就是防止工作面端面的破壞，因而選擇支架不僅僅要有足夠的工作阻力，更重要的是對端面無支護空間頂板的有效支護。近年來，我國煤礦發展高產高效的重要經驗之一，是以高阻力、大功率、數字化自動控制、高可靠性的裝備支持工作面高速長距離推進，高產高效開采必須有可靠的地質保障系統，中國礦業大學韓德馨院士和彭蘇萍教授提出，“高產高效礦井地質保障系統是根據高產高效礦井機械化、集中化程度高的特點，以地質量化預測為先導，以物探、鉆探等綜合技術為手段，并依托先進的計算機技術實現生產地質工作的動態管理。它要求為礦井設計、采區布置、生產準備、采面布置到回采等各個層次或階段提供可靠的地質保障。因此，要實現煤礦生產的高產高效，除選擇優勢資源區塊為開采場地外，更重要的是對影響煤炭開采的地質因素有系統和清楚的掌握”。需要指出，并不是所有的礦區和礦井都有“得天獨厚”的條件，都能創造“世界紀錄”。依賴于一定的煤層賦存條件，一個礦區必須有一個合理的開發強度，也決定了工作面應有一個合理的生產能力，才能獲得最佳的經濟效益。從生態環境保護角度探討了礦區開發的可持續發展問題，認為應該堅持統一規劃、合理布局、適度規模、分散開發、就近轉化、保水采煤的開采總方針，堅決杜絕小煤窯濫采亂挖，組建大型集團公司統一開發，作好煤炭液化、氣化、水與煤關系的研究工作，確保礦區經濟發展與生態環境相協調。煤炭開采也要注意人與自然的和諧共存，夏玉成教授在“構造環境對煤礦區地表環境災害的控制作用”一文中指出，在不同構造環境下，同樣強度的地下采礦活動在地表所造成的環境災害現象是有明顯差異的。在不同構造條件的煤礦區，地質環境的抗擾動能力不同，因而對地下開采的承載能力也就不同。抗擾動能力強的煤礦區可以承受較大的開采強度，而抗擾動能力差的煤礦區，同樣強度的地下開采，就會導致嚴重的地表損害甚至環境災害。

從這個意義上說，與地下采礦有關的煤礦區地表環境災害，源于采動，但其形式與發展受控于構造環境。而采動損害是指由于地下采動在地表產生的開裂、沉降和塌陷等嚴重損害地表生態環境的地質災害。在構造介質、構造界面特征相似，開采強度也相同的條件下，煤礦區采動損害與其所處的構造應力場性質有關。在構造擠壓區，一定的地下開采強度可能不會對地表造成強烈損害；而在構造伸展區同樣強度的地下開采則可能對地表生態環境造成嚴重破壞。長壁開采應該提升到一個新的科學平臺，進行開采環境評價以保證合理的開采強度，不損害地表環境。

2規范小煤礦采煤方法

李毅中局長在最近召開的全國小煤礦安全基礎管理工作現場會上講話指出，20世紀80年代初國家放寬辦礦政策，提倡“國營、集體和個人一起上”、“大中小煤礦共同發展”，受“有水快流”的影響，個體煤礦大量出現。原有的集體所有制煤礦通過承包租賃、轉讓出售、股份改造等方法途徑，轉變為個體或民營煤礦。1995年全國鄉鎮煤礦多達72919處，產煤6.66億t，占當年全國煤炭產量的48.9％。2005年8月煤礦整頓關閉攻堅戰開始之際，全國共有小煤礦約2.3萬處。經過近兩年的努力，截至2007年6月底，累計關閉非法和不具備安全生產條件、破壞資源環境、不符合國家產業政策的礦井9075處。據統計在建、改擴建小礦約為3270處。以上合計，目前全國共有小煤礦1.7萬處左右。經過整頓關閉之后保留下來的小煤礦，安全生產基礎條件總體上得到改善，安全保障能力有所提高。這是對我國小煤礦發展現狀的總體認識。目前“合法”存在的有以下幾類：長壁留煤柱采煤法：其基本技術特征是工作面長壁布置、長壁推進。一類是每推進一段距離，保留一部分煤柱，形成問歇式推進；一類是在采空區保留一部分煤柱，以支撐頂板防止工作面切頂。現代房柱式采煤法：主要是指引進國外連續采煤機房柱式采煤法或短壁采煤法，和在此基礎上發展的現代房柱式采煤，以連續采煤機或掘進機開掘巷房和回采煤柱、機械裝煤、采用梭車或膠輪車運輸、錨桿支護技術或專用自移支架為主要特征。條帶采煤法和條帶放頂煤采煤法：這是國內外“三下”采煤，為了控制地表下沉，廣泛采用的一種采煤方法。開采區域采用類似長壁布置的方式，上、下部邊界分別布置通風和運輸平巷，垂直于通風和運輸平巷劃分若干個開采條帶，條帶間保留一定寬度的煤柱支撐頂板。還有在若干個條帶開采后，保留一個寬度更大的隔離煤柱。采用條帶布置，在開采特厚煤層時，沿底板布置開采層，放落其上放的頂煤，稱為條帶放頂煤采煤法。上述三類采煤方法，實際上也是國內外除典型的長壁采煤方法外，廣泛采用的。都已形成自身的關鍵技術體系，鑒于文章分量限制，就不再贅述。長壁留煤柱開采，是國外在發展綜合機械化采煤前，采用的四類采空區控制方法之一。主要是單體支柱支護的條件下，支護阻力不足以抗御頂板壓力時采用。長壁留煤柱采煤方法長壁工作面不能連續推進，遇煤柱就搬家，一般采用單體支柱，制約生產能力，需要進一步改進。

3復雜地質條件下工作面高效開采技術

3.1地質條件

煤礦93下07工作面煤層平均厚度2.98m,煤層平均傾角11°,最大傾角15°,工作面整體為單斜構造,小構造極為發育,密度大,落差不太大。掘進過程中,上、下巷道及切眼共揭露小斷層53條。工作面直接頂為細砂巖,直接底為粉砂巖。最大涌水量為72m3/h,低瓦斯,有煤塵爆炸危險。

3.2過斷層技術的論證

根據斷層密,而落差較小的地質狀況,綜合各種過斷層方法的利弊,并通過經濟技術比較、技術可行性研究以及對設備性能進行充分研究的前提下,決定采用加強支護強行過斷層的方法開采93下07工作面。工作面強行過斷層,由于斷層帶附近裂隙發育,煤巖的整體性破壞嚴重,斷層附近的煤巖破碎嚴重,綜采面向前推進很容易形成端面冒頂,影響工作面的正常生產,為了分析綜采面過斷層時產生冒頂的原因,下面以綜采面過下斷層從上盤向下盤推進為例來說明，當綜采面從上盤接近斷層面時,斷層破碎帶弱變區A范圍內的煤層因破壞嚴重,其內聚力幾乎為零,容易發生片幫,使端面空項距增大,破碎的頂板巖層很容易造成冒頂。

3.3端面控制

綜采工作面破碎頂板的端面冒頂是影響生產的重要因素,據調查,因頂板控制不好造成工作面停產時間占總停產時間的2614%。93上07工作面由于斷層的影響和頂板本身性質的原因,頂板管理難度較大,因此端面控制也是實現工作面高產高效的一個重點。(1)端面距是影響生產的主要因素之一,研究表明,隨著端面控頂距離的增加,頂板冒落度也隨著增加。在93上07工作面開采過程中,要密切監視和嚴格管理頂板,在斷層頂板破碎處及巷道三角點處時要用坑代品、工字鋼、板梁及時接頂,防止空頂。頂板出現冒落時,要及時打木垛控頂。此外,端面距增加也是煤壁片幫的一個原因,因此在開采過程中要控制好采高,利用好支架的護幫作用,盡量減少片幫的面積和數量。

3.4工作面開采過程中的其他因素

(1)采高。由于開采過程中頂板條件不是很好,采高不宜過大,適當的降低采高可以有效地控制端面距,防止頂板的大規模破碎,產生冒頂。(2)工作面推進速度。工作面的地質條件復雜,根據礦山壓力顯現特性,工作面推進越快,壓力作用越不明顯,掘進越慢作用越明顯。(3)移架推溜方式。為了保護好頂板,應該先移架后推溜,這樣及時支護減小了空頂面積,對維護頂板的完整性有很好的作用。(4)超前支護。根據礦山壓力顯現特性和巖體的連續性原理,超前支護可以有效地緩解礦壓在切眼處的作用,從而對地質復雜而引起的頂板破壞有一定的保護作用。(5)端頭支護。兩巷道及切眼的連接處的三角煤處,壓力最大最易顯現,也最容易出現冒頂事故,在兩頭一定要加大支護強度,采用密集柱子支護加邁步抬棚支護。煤礦93下07工作面小斷層極為發育且密度大,通過嚴密的論證和科學的施工,取得了252m長的工作面月進尺180.45m、生產原煤20.6萬t的好成績。

4開采方法選擇

采煤方法的選擇必須堅持符合安全、經濟、煤炭采出率高的原則。采煤方法的選擇在基于上述原則的基礎上，應大力提高可采煤炭的回采率，看到具體煤層的優點以及它所適應的最合理的開采方法，減少資源浪費，加強環保。歸納為以下幾點：(1)在煤層埋藏比較淺，地質條件比較好的煤礦中應大力提倡綜采，依靠引進全套的先進設備，比如神華集團神東煤炭公司大柳塔，依靠先進的設備和優越的地理條件，實現了單井首次破千萬噸，2002年綜采工作面年產量達到847萬t，刷新世界紀錄。(2)對于煤層比較厚，且埋藏不是很淺的情況下，應充分利用放頂煤開采技術。比如兗礦集團興降莊礦綜采一隊產煤超639．92萬t，并創造了綜放工作面最高月產63．2萬t的全國紀錄。(3)對于急斜煤層則可以采用水平分層放頂煤開采工藝，提高回采率，并且大大提高工作面年產量。