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当前我国进入经济快速发展的时代,对煤矿的需求量逐渐增多,而且随着煤炭业的发展,煤矿生产工艺和技术也在不断的提高。煤矿采矿生产技术及采矿方法直接影响着煤矿产量、效率、安全性能以及煤矿的经济效益,如果其施工方式自身就存在着一定的不足,那么必然会给整个煤矿井生产带来巨大的安全隐患,轻则导致煤矿开采遇到故障而无法顺利开工,严重情况下甚至会导致煤矿垮塌等现象出现。因此,煤矿企业必须根据煤矿工程实际情况选择合适的煤矿采矿生产技术及采矿方法,并着力提高自身技术水平,以此确保煤矿采矿作业顺利、安全高效的进行。
一、煤矿井下采矿的注意事项
(一)煤矿井下采矿的基本要求
井下开采具有较强的经济成果,生产的效率比较高,开采的机械化程度比较高,在这个过程中采矿的成本比较低;另外这种采矿的方法比较灵活,具有较强的适应性,对环境的影响较小,能最大限度的减少对环境的破坏,甚至可以出现保护环境的效果。因此,在开采的过程中,一定要保证每个环节和生产环境的安全,以及提供健康、卫生的工作条件。
(二)影响煤矿采矿的主要因素
当前对煤矿的需求量比较大,而我国是一个矿石资源丰富的大国,为了更好地满足需求,采用煤矿井下开矿的方法进行开矿。第一,在拿到设计图纸之后应该对矿山进行必要的考察,防止出现设计不合理的现象,而影响煤炭井下开采;第二,为了更好地了解矿山开发的特点,提高开采的效率,应该充分重视矿山测量资料的利用率,从而为安全生产打下基础,防止在开采的过程中出现安全事故,影响开采工作的顺利进行;第三,按照矿山岩层和地表移动变形系数,对煤柱进行设计和修改,开展对建筑物和铁路下煤矿的勘探和设计,如果发现地表沉陷的问题要及时的预报,防止出现安全事故,保证整个矿山安全和谐的开采煤矿,实现矿山开采的可持续发展。
(三)煤矿井下采矿的步骤
在进行开采之前,要选择合理的开采的方案,剔除技术、经济和环境方面不合理的方案。对于没有设计缺陷的方案要进行经济比较分析,然后再将经济上存在缺陷的方案剔除,如果确定了一定最佳的经济可行的方案,则不必要进行经济的计算和分析,选择出最经济型的方案,保证企业的经济效益。
二、煤矿井下生产技术的主要概述
深矿井下开采的关键技术是: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,以及深矿井开采热害治理技术与装备。
(一)“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。
(二)巷道布置采矿技术
巷道布置在煤矿井中起着至关重要的作用,巷道布置是否合理直接影响着煤矿井是否能够顺利生产,同时煤矿井巷道布置还直接关乎着煤矿开采成本,因此,煤矿企业必须仔细考察煤矿井的实际情况,并结合采煤方式,采煤技术科学合理的布置煤矿井巷道。
对煤矿巷道布置进行优化,是提高煤矿生产效益的重要手段。加强对煤矿巷道布置技术的研究,使其与煤矿开采技术、煤矿井作业条件等多方面因素有机结合,这样能够节省运输矸石所耗费的时间和成本。针对优化后的巷道布置,采取相应的开采技术,不仅能做到边挖掘、边开采,还能大幅度提高采矿效率,有助于进一步实现高产、高效采矿。
(三)降低矸石排放开采技术
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。因此,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。
具体分析如下:实行全煤巷布置单煤层开采,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。
三、煤矿井下采矿方法的选择概述
采煤的方法必须是安全、经济、可靠的,要保证具有较高的回采率,因此提高回采率是关键环节。根据煤层的条件选择合适的开采方法,这种可以减少资源的浪费,减轻人工的体力劳动,很好的保护环境。因此,在进行开采的过程中应该注意以下几点:一是通常情况下,煤层比较理想的状态下,地质比较好的条件下,主要是采用综合开采的方法;二是对于煤层比较理想,但是可以实现顶板破碎的情况下可以采用放顶煤开采技术;三是对于煤层地段储存量不大,地质条件相对复杂的情况下,一般是采用普通的开采方式。
在进行煤矿井开采时,为了提高煤矿井的生产效率,实现高产、高效采矿,就必须选择高度集约化的开采技术,同时不断引进和研发各种高性能的采煤工艺、装备等;另外,还应根据实际情况对采矿技术进行不断优化,以便提高采矿技术的适用性和适用范围,从而使煤矿开采作业达到现代化生产水平。即若是开采的煤矿具有浅埋深、硬顶板、硬煤层的特点,则应针对性的采取埋深浅控制技术、硬顶板控制技术、硬煤层处理技术,将其有机结合以便形成一套高产、高效的现代化采煤技术。在开采缓倾斜长壁薄煤层时,应选择可靠性高、体积小且功率大的薄煤层采煤机或刨煤机,为了充分发挥采煤机的作用,还应选择合适的采煤机来加固采煤机的稳定性,同时根据开采的薄煤层和选择的采煤机实际情况选择相应的高效配套开采技术。
四、总结
综上所述,煤矿在进行开采的过程中,其产量、安全性与所使用的生产技术和采矿方式有着直接的联系。随着当前我国采煤的机械化技术进入全面发展的阶段,我国的煤矿采矿也逐渐广泛使用新的设备和新的工艺,煤炭企业的产量也在不断的增加,生产过程中的事故发生率则逐渐的减少,因此,煤矿井下的采矿生产技术以及采矿的方法必须要根据实际情况来进行选择,使得煤矿开采工作能够最大限度的保持生产的安全性、可靠性、高产性。
参考文献
[1]刘昕.浅谈井下采矿技术与方法的选择[J]城市建设理论研究,2012,(11).
[2]耿志刚.煤矿井下采矿生产技术及采矿方法的选择[J]科技与企业,2013,(03).
[关键词]煤矿;新技术;方法
中图分类号:TD823.49 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)36-0324-02
煤矿开采技术和改革随着当今科技经济发展新形势以及地方煤矿的发展需求影响而必须面向经济建设主战场,使其能够在煤炭开采技术的前沿有立足之地,并且能够对解决煤炭工业工程的实际问题起到一定的作用。因此,如今越来越多煤矿采矿技术和开采方法被广泛应用,它们也会起到越来越重要的作用。
一、我国的煤矿的现状
我国虽然说从油和气贮藏而言方面是一个相对贫乏的国家,但是我国的煤炭含量却是相当的富有,在一次性能源中煤炭就占了70%左右。可以说,长期以来煤炭一直是我国一次性能源结构中的主要能源。越来越多的生态问题也随着煤矿越来越大的开采规模而被凸显出来,比如说像是建筑物和农田的大量被破坏、堆积成山的矸石、径流量逐渐减少的河川、严重干枯的地下水供水水源、土地沙漠化的日趋恶化、地下水中矿物内的有害物质越来越多等现象都是由于煤矿的开采而引起的。由此,采取合理的开采技术以及有效的开采方法和防止措施,这对于煤矿开采实施可持续发展战略也就显得尤为重要。
煤矿开采的中长期研究开发和技术储备是需要重点从事的工作内容,这样才能够保障采矿新技术能够紧随产业科技前沿步伐。将主导的核心技术定位于煤矿开采技术及配套装备,这不仅能使技术占领制高点,还能够保障煤矿产业的生存和发展。
二、适用于我国煤矿采矿中的新技术
生产能力较小的煤矿、复杂的地质构造引起的煤层赋存变化大、急倾斜煤层和薄煤层占了一定数量,这几点给许多地区的开采都带来了较大困难,因此,为了使矿井的高产高效得到提升,对于采矿技术的分析和开发就变得至关重要了。单一长壁采煤方法对于煤矿而言已经日趋成熟,像是放顶采煤技术、采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法应对急倾斜煤层、小阶段爆破落煤等采煤方法就是现今主要发展的几种方法。
(1)采煤技术中的炮采放顶煤。首先就是主要针对煤层厚度为5m以上的倾斜和急倾斜煤层的滑移支架放顶煤采煤法。是由顶梁和支柱两个部分组成滑移顶梁,顶梁和前梁弹簧钢上必须有前梁和后梁经过,或者说是与导向槽连接,且有2―5个数量不等的液压单体柱为其支架的支柱。除此之外,其探梁或者是挑梁是可以安置在前梁前端的,尾梁是可以安置在后梁尾端的。这样的滑移顶梁支架不仅具有比例安全可靠的优势,而且还具有可以自移、较轻的质量、简单的结构、拆卸安置便利、较低本钱、较强适应性等优点。因此,这是适合广泛推广运用于中小型煤矿中的开采技术。但是,就工作面而言,其偏低且较差稳定性的支架初撑力和工作阻力,这是滑移支架开采所面临的主要难题。第二个就是二型钢梁放顶煤开采,它是将二型钢梁、单体液压支柱对棚架设的方式采用至二型钢梁放顶煤上作面支护,将放炮落以及人工破网放煤采用至工作面,并对其进行分别采放。这类应用比较适合于乡镇煤矿、煤层变化较大赋存条件或者是较低水平技术的地区。
(2)采煤技术中的伪倾斜柔性掩护支架采煤法。煤层倾角的大小决定了这种采煤法的工作面区段高度,其工作面的倾角会随着伪倾斜柔性掩护支架采煤法而变缓,加上其较长的工作面,从而其长壁采煤法巷道部署、生产系统简单以及掘进率低的相关系列特征都是由于具有缓斜、倾斜煤层导致的。为了达到隔开工作空间和采空区的目的,将这种采煤方法应用于掩护支架是极为合适的,它不仅能将复杂顶板的办理工作大大简化,还能够创建一个良好的条件保障生产安全,将工作面煤炭自溜,使得劳动强度减弱。对于开采倾角大于印而言这种伪倾角柔性掩护支架采煤法是最合适不过的了。
(3)采煤技术中的小阶段爆破落煤采煤法。将区段内煤体分成多个小区段而进行的无人员、无设备、无支护这样“三无”的工作面开采采煤方法被称之为是小阶段爆破落煤采煤法。对于开采倾角大于400的范围、厚度为3.5-7.5m且顶底板不易滑落的不规则煤层,最适用的采煤技术就是小阶段爆破落煤采煤法,比如说是低瓦斯矿井。较好的安全性、简单的回采工艺、较高的工效是它的优点特征,而相对的缺点就是较低的回采率、复杂的通风系统以及较困难的风流分配。
(4)采煤技术中的刨煤机采煤方法。刨煤机开采技术不仅对于煤炭生产效率的提升有着很大贡献,同时它也是中等及薄煤层开采初次进行成功的技术典范。其每刀截深根据煤的硬度可达到250mm,智能驱动系统是现今工作面输送机和刨煤机所广泛采用的系统,加上有支架控制系统的可靠配合,使得工作面采煤的全部自动化得以顺利实现。刨煤机相较于滚筒采煤机而言是比较简单的,滚筒采煤机是需要有专人根据可弯曲铠装输送机的平面进行“找平”,而刨煤机仅需要由一根无极绳对机体进行牵引,在可弯曲铠装工作面输送机上焊接导轨,使其割煤由工作面端头开始沿导轨滑行。
三、对采矿方法的简单分析
采矿方法发展到今天已经有超过100种,像空场采矿法、充填采矿法和崩落采矿法是目前最流行的以采矿过程中的地压管理方式为依据的三种方式。但是,当采矿方法运用不当时是会导致危险和危害出现的,以下将对其进行简单分析:
(1)为矿体开采带来不便与难度且使开采作业的危险胜增加了一定幅度,这可能是由于矿体勘探的程度较低没有对埋藏情况和规模有清楚的了解、错误的对采场采准工程进行布置、对采准工程有欠缺或滞后等原因所引起的。
(2)冒顶、片帮、地压增大的隐患与危险等情况出现在开采作业中,这可能就是由于采矿方法或顺序不当所引起的。这不仅会使得不合适的开采工艺、复杂的安全生产条件以及顶板管理不方便等情况出现,严重的还会直接导致各种事故发生。
(3)地压在开采时增大、采场的顶板出现冒落、片帮、变形甚至被破坏的回采巷道等情况则是由于不合理的采场结构参数和回采顺序所导致的。
(4)人员由于回采工作面的人行通风天井与联络道没有贯通,使得他们进入回采工作面只能选择从出矿口进人,这样就无法保障他们的作业安全性。
(5)人员的通行会受间距过大的采场人行联络道影响而变得困难。
(6)由于不贯通的天井与上部中段平巷以及不畅通的通风条件,从而导致没有新鲜的风流进入采场,这样极易导致人员炮烟中毒事故的发生。
关键词:煤矿;深部开采;巷道维护;矿压控制
0 引言
煤矿深部开采技术是当今世界主要深井开采国家(如德国、 原苏联、 波兰等)十分关注的问题之一。随着我国煤矿开采规模的扩大,开采深度的逐渐增加,深部开采中遇到的各种技术问题日益增多,对当前的煤矿生产和今后矿井建设的影响日趋严重。因此,研究深部开采问题,对安全、 经济、 合理地开发深部煤炭资源无疑有特别重要的意义。
1 国内煤矿深部开采的现状
煤炭资源从浅部开始开采,随着煤炭采出,开采煤层的埋藏深度必然要增加,开采规模扩大和机械化水平提高加速了生产矿井向深部发展。煤矿深井开采是世界上大多数主要采煤国家目前和将来要面临的问题,我国东部地区经济发达,能源需求量大,矿井延深速度快,一些国有煤矿已开始转向或即将进入深部开采。
2 煤矿深井开采的发展前景
煤矿深井开采技术是当今世界主要深井开采国家(如德国、俄罗斯、波兰等)十分关注的问题之一。它们在深矿井开采的地压控制、制冷降温以及瓦斯管理等方面做了大量研究,并取得了许多成功的经验。我国是世界第一产煤大国,据煤炭资源开发和资源保护研究指出,在我国预测总储量中73.2%埋深在1000m以下,浅部储量较少。随着我国煤矿开采规模的扩大,开采深度的逐渐增加,深部开采已经成为煤矿生产的必然过程。
3 煤矿深井开采的主要特征
3.1 地压大
(1)原岩应力。(2)岩体塑性大 。(3)矿山压力显现剧烈。
3.2 地温高
一般情况下,地温随深度增加而呈线性增加,其增高率用温度梯度(℃/hm,hm=100m)表示。在深矿井开采中,矿井温度一般都比较高,会影响人体健康,有时甚至会远高于人体所能承受的最高温度。
3.3 矿井瓦斯大
(1)矿井瓦斯(绝对)涌出量大。(2)瓦斯突出(煤与瓦斯突出)频度大,突出的量大。
4 煤矿深部开采存在的问题
4.1 煤岩破坏过程强化,冲击地压危险性增加
我国发生冲击地压的深度在200~1000m,由于开采深度的增加,煤岩体应力升高,有冲击地压危险的煤层数量增加,有冲击地压的矿井逐渐增多。发生冲击地压矿井50年代为7个,60年代为22个,目前已增加到33个。经调查发现,冲击地压发生的次数、强度和危害程度随深度的增加日趋严重。
4.2 瓦斯压力增高,煤与瓦斯突出危险严重
我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一,截止1986年,已发生突出的矿井200多个,突出次数约为12000次,约占世界发生总突出次数的1/3。从国内外开采实践上看,矿井深部开采时瓦斯涌出量一般比较大,煤与瓦斯突出的问题已成为深部开采中不容忽视的重要问题。经研究表明,我国煤矿煤与瓦斯突出有随采深增加而瓦斯压力增高,瓦斯涌出量增大的趋势。
4.3 矿井生产费用升高,经济效益下降
随着采深的增加,勘探强度加大,地压、地温升高,冲击地压及煤与瓦斯突出危险增大,相应的要采取一系列措施,如增加设备,加强支护等。同时,井下需要维修的巷道长度增加,到工作地点的距离和时间增加,提升高度大、时间长,主副井提升系统、排水系统环节增多,通风系统趋于复杂。这些都导致煤炭生产成本增加,吨煤成本生产费用提高,经济效益迅速下降。[1].
5 煤矿深部开采矿压显现规律与控制
5.1 煤矿深部开采矿压显现的基本特点
开采深度的增加是矿井生产的自然规律,随之而产生岩石温度增加,地压增大,岩石破坏过程强化,巷道围岩变形剧烈,冲击地压强度增大和频度增加等自然现象。它将严重影响着煤矿的安全生产和经济效益。
深部煤层开采复杂化的主要影响因素是矿山压力,在高应力作用下,围岩移动更为剧烈,巷道产生变形和破坏也更为严重,巷道围岩变形速度快、变形量大,巷道周边变形范围大;巷道对支架的工作特性要求高,初撑力、工作阻力和可缩量均大,即使开掘在底板岩石中的巷道,用拱形金属支架和各种结构封闭式支护的巷道有时也遭巨大变形。巷道从使用期间维护困难已发展到掘进期间维护困难,掘出后废弃的巷道增多,巷道掘好后不久将失稳,围岩收缩变形较大,其巷道稳定性随深度增加而逐渐恶化,使深部巷道的维护费用剧增。
5.2 煤矿深井巷道的矿压控制
1)优化巷道布置
采准巷道的布置应避开煤柱集中应力、构造集中应力、采动应力的影响,选择在岩性较为稳定的岩石中。深部采区主要准备巷道应以岩巷为主或至少布置一条岩巷。随着深度的增加,回采工作面推进后煤体塑性区增加,致使区段煤柱留设宽度随之增加,为保证采区回收率,减少巷道维护,工作面回风(运输)平巷宜采用无煤柱护巷的形式。巷道施工在遇到以压应力为主的褶曲、逆断层时,巷道方向尽量与褶曲轴或断层走向垂直或斜交;在遇到以拉应力为主的正断层时,巷道方向则与断层走向一致或斜交,从而达到减小矿压显现的目的。回采巷道布置的方位应使工作面离开断层推进,使采区一翼内工作面同向推进。避免巷道相向掘进和巷道近距离平行布置,减少相交巷道(或避开锐角),从而减小应力集中,减少发生冲击地压的危险性。
2)改革巷道支护形式
对国内外大量深井开采矿井的研究表明,布置在中硬以下岩层中的巷道变形破坏严重(特别是受采动影响后),当采深在800~1000m以上时,在中硬及中硬以上岩层内布置的巷道,若采用传统的支护方式,巷道维护仍很困难。因此,深井中,除要求合理布置巷道位置外,还应根据深井矿压特点,巷道支护必须满足既能加固围岩又能提供较大的支护力、具有较大的可缩性和一定的初撑力等要求,根据围岩状况和巷道条件,采用不同的支护形式。
5.3 煤矿深井回采工作面的矿压控制
1)深井回采工作面矿压控制的特点
深部采场矿压控制特点由深部采煤工作面顶板岩性变化特点和可能发生的冒顶事故类型决定。经调查,深矿井开采煤层的顶板岩性变化随着采深增加,顶板岩层有逐渐变碎和强度降低的趋势;随采深增加,断层、裂隙、层理和节理逐渐发育,同一层位的岩层分层厚度逐渐变薄,弱面增多,采场顶板悬顶长度逐渐减小,由不容易垮落变得容易垮落;在顶板岩层变碎和强度有所降低的情况下,深井采场出现漏垮型冒顶事故的可能性加大。[2]
6 结论
煤炭资源从浅部开始开采,随着煤炭采出,开采煤层的埋藏深度必然要增加,开采规模扩大和机械化水平提高加速了生产矿井向深部发展。问题是不仅是目前一些深矿井面临的问题 ,而且从长远看 ,它将是我国今后进一步开发利用深部煤炭资源的带有战略意义的问题。煤矿深部开,巷道无论采取何种支护方式,巷道断面的设计都应考虑顶底板的移近量和巷道断面的收缩量;扩大巷道断面和巷道高度,一般断面增加20 %~35 %,中高增加30 %以上。减少围岩变形量的有效措施。一是增加支撑强度;二是采用混合支护 ,如锚、 支、 锚、 网、 喷等支护方法。
参考文献
关键词:采煤方法;采煤技术;采煤机械;开采装备
中图分类号:TD82
文献标识码:A
文章编号:1009-2374(2012)22-0019-03近年来,我国对能源的需求不断增加,在一定程度上导致我国煤矿开采量不断上升。煤矿采煤方法与技术在煤矿开采中扮演着重要的角色,目前正日益受到关注。良好的煤矿采煤方法与技术是煤矿企业实现既高产又高效的关键,能够给煤矿企业带来良好的经济效益和社会效益。本文结合工作实践,对煤矿采煤方法与技术进行了探讨,以期为煤炭企业的方法与技术革新提供理论参考。
1 煤炭采煤方法的设计原则
煤炭采煤方法的设计原则主要表现在以下几个方面:一是采动影响的特征和程度。采动影响的主要特点是地表移动与变形。在设计煤层下采煤方法时,要考虑地表移动与变形的特征和程度;在采深较小及急倾斜煤层时,还要考虑“上三带”的特征和程度。二是资源回收率。资源回收率是选择采煤方法的主要设计原则。运用降低回采率的开采措施,可以减少采动的有害影响,实现煤层下采煤。三是坚持安全、经济、环保的原则,同时,还应当视具体煤层的情况,坚持尽量减轻工人体力劳动的原则。
2 煤矿采煤方法的研究
2.1 倾斜长壁采煤法
倾斜长壁采煤法是指在采煤工作面沿煤层倾斜方向向上或向下推进采煤,工作面运输巷和回风巷由走向长壁采煤法的沿走向方向布置改为沿倾斜方向布置,并可取消采区上、下山的一种采煤方法。它具有仰斜开采与俯斜开采,前进式、后退式和混合式回采方式,单工作面回采与双工作面回采等优点。不过,在实际运用中,我们发现倾斜长壁采煤法开采也存在一些缺点,比如倾斜巷道掘进速度较慢且工效较低、支护速度较慢及其效果不是很理想、在仰斜开采时采空区易积水等。但是可以从提高直接顶稳定性、防止煤壁片帮、提高工作面支架的稳定性等方面优化倾斜长壁采煤法,从而达到理想的开采效果。
2.2 走向长壁采煤法
走向长壁采煤法有炮采、普采和综采等3种采煤工艺。炮采即爆破采煤工艺,具有爆破落煤、爆破后人工装煤、机械化运煤等特点。炮采的工艺过程包括打眼、放炮和人工装煤、刮板输送机运煤、移输送机等主要工序。普采即普通机械化采煤工艺,其特点是用采煤机械同时完成落煤和装煤工序,而运煤、顶板支护和采空区处理则与炮采工艺基本相同。普采面使用单滚筒和双滚筒两种采煤机工作方式。单滚筒采煤机的滚筒应处于工作面下端头,以缩短工作面下缺口的长度,使货量不通过机体下方,这样装煤效果比较好。与单滚筒采煤机相比,双滚筒采煤机很好地解决了工作面两头做缺口的工作量,因此,它有利于工作面的技术管理。综采即综合机械化采煤工艺,它的破、装、运、支、处等5个主要生产工序全面采用机械化、自动化。可以说,综采是目前国内最先进的采煤
工艺。
2.3 放顶煤采煤法
放顶煤采煤法是在厚煤层中,沿煤层底部布置一采高2~3m的长壁工作面,采用常规的方法进行回采,并利用矿山压力的作用协助人工松动方法, 使支架上方顶煤破碎后由支架后方放出。放顶煤采煤法具有降低成本和提高效率等优点。它主要适用于厚度在6m以上的煤层,若顶煤厚度过小则易发生超前冒顶。
值得一提的是,当前生产能力最大的开采方法为综采放顶煤采煤法。综采放顶煤采煤法是采用大功率(单或双,多为双)滚筒采煤机、综采放顶煤液压支架、工作面大功率刮板输送机(一般为工作面前后各1部)、配套的机道转载机、可伸缩皮带运输机及其他附属设备进行配套联合生产,实现采煤工艺全过程机械化的一种采煤方法。这种采煤方法具有可连续化生产、高产、高效、掘进率低、生产成本少、经济效益好的优点。
3 现代煤矿采煤技术的发展趋势
笔者结合工作实践,认为以下几个方面是煤矿现代采煤技术必然的发展趋势:
3.1 开发及应用高效集约化的煤矿生产技术
采煤机械是煤炭生产技术的“好办手”。煤炭企业在这个“好办手”的支持下,不需要采用传统的人工与炮采,明显减少人力工作,效益也显著上升。与传统的采煤相比,采煤机械对采煤的发展而言是个重大的突破。采煤技术的提高是以提高工作面生产集中化为核心,以提高采煤经济效益为目标,同时为了保证采煤工作人员的生命安全,而创造出能适应各种开采条件下的高效能和高可靠性的采煤装备和工艺以及简单而高效的信息化系统,从而实现对采煤过程中的实时监控和管理,推进矿井煤层条件下的采煤机械化,实现装备和施工工艺的完善。
3.2 开发及应用“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效”的现代采煤系列技术
埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术以及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对整个煤炭采掘业来说具有重要的作用,既可以直接让顶能随采随冒,提高了顶煤的回收率,实现经济利益的提高,又可以保证顶能在一定间距内垮塌,保障作业环境的安全和工作人员的生命安全。
3.3 开发及应用减少矸石排放的开采技术
现有的采煤技术已经很难适用当前煤炭开采的现状,需要创新才能实现煤矿采煤的效益最大化。因此,有必要研究开发关于煤矿地质条件开采巷道布置与工艺技术评价体系的“专家系统”,从而保证采煤方法、开采布置等互相适应、互相协调。这个“专家系统”可实行全煤巷布置单一煤层开采,矸石不需要运出地面,从而简化了生产系统,实现了中采与中掘同步发展。显然,这样既可大幅提高煤炭开采的效率,又能节省工人工作的时间。此外,要重点研究高产高效矿井,开拓部署与巷道布置的系
统优化,减化巷道布置,完善采区的工作参数。
4 实现高效的煤矿采煤技术的对策
我国煤炭开采条件和技术水平与国外矿井开采具有一定的距离,我们可以吸收国外的优秀开采成果,借鉴国外的高效集约化开采经验,不断革新我国煤矿采煤技术,从而实现我国矿井的安全高产高效以及经济效益和社会效益的有机统一。
4.1 全面推进“三高”采煤工作面建设
煤矿高效集约化开采的前提条件就是实现采煤工作面高产高效。根据我国的煤炭开采条件和开采技术状况,要实现采煤“三高”的工作面,即“高产、高效、高安全”开采工作面,可一方面投入大功率、高可靠性采煤设备,提高生产能力;另一方面采用综采工艺,全面实现机械化开采。
4.2 全面推进“三化”开采装备建设
先进的开采装备是实现煤矿高效集约化开采的基础。要重视开采装备“三化”建设,即自动化、机械化、电气化。自动化、机械化、电气化融于一体,借助机电一体化技术、计算机自动控制的信息技术、先进的制造技术的应用可有益于开采装备达到高效率和高可靠性。
4.3 走“大型化”、“集中化”、“系统化”、“自动化”发展之路
实践表明,我国煤矿的发展与振兴之路是要坚定不移地走“大型化”、“集中化”、“系统化”、“自动化”之路。中小煤矿在我国的煤矿企业中所占的份额不少,所面临的困境也比较多,更要依靠现代科学技术,坚持走“大型化”、“集中化”、“系统化”、“自动化”发展和振兴之路,才能提高市场竞争力。
5 结语
采煤方法与技术是煤炭采掘业发展的核心。煤矿企业应与时俱进、因地制宜,通过多种渠道千方百计开发及应用采煤的新方法与新技术,提高煤炭的回采率,减少资源浪费,促进安全生产,从而提高经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 陈靖.浅谈倾斜长壁采煤策略[J].企业技术开发,2010,29(9):35.
[2] 鲁建成.综采放顶煤采煤法[J].煤炭技术,2008,27(10):62.
【关键词】煤矿;地质勘探;深部开采
目前,煤矿深部开采中的地质勘探技术是以地球物理方法为先导,其工作模式可分为三个层面:(1)井田范围主要可采煤层开采地质条件评价;(2)采区地质条件勘查;(3)综采工作面地质条件超前探测。
而从现今的发展方向来看,煤矿深部开采地质勘探技术的发展方向是将地球物理方法、基础地质勘探手段与地理信息系统技术进行有机结合。利用三维地震、瞬变电磁、矿井物探、地面钻探和井巷工程等多元数据,查明采区内断层分布、煤层埋藏深度与厚度、岩溶裂隙发育带的分布和隔水层厚度等。利用地理信息系统作为平台建立矿井多元信息集成系统,把三维地震、瞬变电磁、矿井物探、构造地质、水文地质等多元信息进行复合、综合分析后建立预测与评价模型,实现地质资料的信息化、数字化和可视化,为开采地质条件的快速评价、生产地质工作的动态管理、突发性地质灾害应变对策的制定提供技术支撑。
1.传统水文地质勘探
1.1方法
受岩溶承压水威胁的矿井,底板突水是各类因素综合作用的结果,突水机理主要包括:(1)岩溶裂隙水网络的发育情况,是发生底板突水的物质基础;(2)隔水层的厚度及岩性特征,是突水的制约因素;(3)采矿活动造成底板的破坏,是底板突水的诱导因素;(4)断裂构造及原生构造裂隙的发育程度,是导致底板突水的关键因素;(5)水压与矿压的偶合作用也是导致底板突水的重要因素。因此,水文地质条件的探查范围包括了岩溶裂隙水网络发育规律、隔水层的厚度及岩性变化、断裂构造及底板裂隙的发育规律及发育程度、含水层水位变化规律等。
1.2传统方法的局限性
而任何一种单一的勘探方法,只能大致探明某一种突水因素,如:采用传统的地面钻探、抽水及注水试验,只能探明某一点的岩溶发育及富水情况,对于整个开采范围的富水规律难以有效的探明。另外,矿井突水是一个十分复杂的问题,不可能用一个统一的规律进行描述,也就是说,随着空间的变化,水文地质条件发生变化,各类突水因素在突水过程中的作用相互交替变化,如:断层导水型突水,构造的突水机理起到了主导作用,而底板破坏型突水,采矿动压是突水的关键因素。因此,要防止底板突水,就必须对各类突水因素进行全面探查,有针对性的实施综合治理,才能有效的防止水害事故的发生。对水文地质条件的探查,采用单一的探查方法显然是不够的。
2.采用综合方式进行地质勘探
2.1采区地面地震勘探
采区设计前,通过采用地面地震勘探手段,查明采区构造形态和断层发育规律,查明煤层赋存状况及底板起伏形态,对影响开采的含水层富水性进行评价,并提出水害防治措施,为采区设计提供可靠的地质资料。
同时本阶段的主要工作也是进一步查明采区范围内的小构造,包括落差5m左右的断层、陷落柱和采空区的空间分布形态,根据采区衔接的要求,应提前布置实施。现已成熟的探测技术包括三维地震勘探、瞬变电磁法、矿井直流电法和钻探。地面物探方法较矿井物探方法施工简单,探测效率也高,但受到地表条件的限制。因此,在地表条件允许的前提下,三维高分辨率地震勘探技术是首选方法。
2.2微动测深勘查
微动是一种在时间域和空间域都极不规则的震动现象。根据波动理论,微动记录既包含有体波也包含有面波。由于在大多数情况下,微动的震源是在地表面或海底面,在微动中的面波成分相对于体波成分来说占绝对优势,微动测深勘查方法就是利用这一占绝对优势的面波来反演地下地质结构的方法。同时,依据观测形式的不同微动测深探查主要分为一下几种形式:(1)单点勘查。单点勘查方式观测台阵,一般由两个不同半径的同心圆(内接正三角形)组成,在圆心和圆周上内接正三角形顶点处各设置一套微动观测仪。这种观测方式勘查深度与台阵的大小成正比。根据勘查深度的要求,可采用由3个或3个以上不同半径的同心圆组成观测台阵;(2)测线勘查。在煤田勘查这种大面积勘探中,单点勘查已经不能满足生产要求。可采用测线(剖面)观测系统,获得S波速度剖面成果图。在测区内按一定间距布置这样的测线,可实现二维微动测深勘探,并反演测区三维S波速度结构,结合钻孔及其它地质资料,可进一步解释速度异常区域的地质意义;(3)平面探查。在矿区或者要求更精细的勘探,在仪器数量足够多的情况下可采用平面观测,并反演测区三维S波速度体,从而圈出速度异常体或者面。
2.3井下钻探及综合物探
在放水试验对主要含水层的富水性达到宏观控制(矿井、采区)的基础上,对富水区的每一工作面,针对不同的条件,采用各种物探手段,探明局部导水构造、隔水层变薄带及局部富水带,再用少量的钻探手段进一步验证,有针对性的重点布置注浆改造、疏水降压等治水工程。
(1)井下直流电法透视:从大的范畴来说,井下直流电法透视仍属于矿井直流电法。其目的是探测采煤工作面内部的导水构造、底板含水层的集中富水带。许多矿区的研究和试验证明,井下直流电法透视是探测水文地质异常区最为有效的物探方法之一。(2)TEM探测:瞬变电磁法(简称TEM),它是利用大功率的发射装置向铺设在地面的矩形线圈(或称发射框)发送双极性大电流,在电流开启和关断时,由于电磁感应作用产生电压脉冲,电压脉冲的衰减产生感应磁场(即一次磁场)。一次磁场随着时间的推移,在地下介质中产生涡流。地下涡流的变化又生产二次磁场,由于不同地质体其电性特征存在差异,其二次场的衰减亦存在差异。因此,通过研究二次场的衰减规律,可达到推测、分析地下地质异常体的目的。TEM探测可以探测不同高程的相对富水区,以便有针对性的采取防治水措施。(3)弹性波CT:即地震层析成相技术,可以推测主要构造的发育情况,但由于该项技术起步比较晚,还有待于进一步完善提高。(4)瑞利波:利用瑞利波探测技术可以对掘进巷道前方的地质异常体,特别是断裂构造进行超前探查,预防突遇断层出水。该项技术对于探测前方构造效果较好。
另外,通过坑透、槽波、脉冲干扰试验等手段,也可以探测地质及水文地质异常区。综上所述,对于受底板岩溶水害威胁的矿区,对水文地质条件的探查,应以各种规模的放水试验为主要探查手段,以此为基础,采用多种物探及钻探手段,对局部的水文地质异常区进一步查明,达到相互补充、相互验证,充分体现多种勘探方法的综合效应,可取得十分显著的技术效果。
3.结论
煤矿开采地质勘探技术的发展方向是将地球物理方法、基础地质勘探手段与地理信息系统技术进行有机结合。利用三维地震、瞬变电磁、矿井物探、地面钻探和井巷工程等多元数据,查明采区内断层分布、煤层埋藏深度与厚度、岩溶裂隙发育带的分布和隔水层厚度等。利用地理信息系统作为平台建立矿井多元信息集成系统,把三维地震、瞬变电磁、矿井物探、构造地质、水文地质等多元信息进行复合、综合分析后建立预测与评价模型,实现地质资料的信息化、数字化和可视化,为开采地质条件的快速评价、生产地质工作的动态管理、突发性地质灾害应变对策的制定提供技术支撑。
【参考文献】
[1]田茂虎,马培智.埠村煤矿下组煤综合水文地质勘探方法[J].矿业安全与环保,2006,33(2):59-60,63.
[2]赵艳斌.综合地质勘探方法在煤矿生产中的应用[J].煤矿现代化,2008,4:49-50.
[3]卜昌森,张希诚.综合水文地质勘探在煤矿岩溶水害防治中的应用[J].煤炭科学技术,2001,29(3):32-34.