浅谈煤炭开采方法和开采工艺

姚文清　于鹏波

摘 要：在我国，煤炭资源分布不均匀、地质条件复杂的特殊性决定了煤炭开采的困难。目前，我国的煤炭企业正在由劳动密集型转向资本及技术高密集型，实现了日产超万吨的超大型综合机械化采煤，在实现煤炭生产工艺综合机械化的基础上，向遥控、自动化、无人化方向发展，为采煤自动化开辟了新的途径。

关键词：煤炭 开采 方法 工艺

[JP2]根据联合国《矿产业统计年鉴》的数据，我国矿产资源当中储量最大的煤炭，可开采年限仅有50年左右。我国2012年一次能源生产和消费结构中，煤炭的比重分别为78.8%和69.1%，煤炭在当前甚至是将来相当长时期内仍将是我国的主体能源。随着煤炭科技的发展，我国的煤炭开采也将不断地向着安全、高效、高利用和绿色开采发展。我国已成为世界最大的自然资源开采国之一，提高采煤工艺、采用科学方法采煤，对于提高煤炭资源的利用效率将起到十分重要的作用。[JP]

目前，国际上煤炭开采技术装备发展的主要技术特点是：新型电牵引采煤机总功率已达1500-2000kW，装备了以微型电子计算机为核心的电控系统，采用先进的信息处理技术和传感技术，实现了机电一体化，牵引电机功率90-110kW，最大牵引力达到800kN以上，最大牵引速度达到30米/分以上，设备生产能力达到了3000吨/小时以上，采煤效率相当可观。对我国煤炭企业来讲，企业多、分布地域广，企业结构复杂，存在多级、多专业的管理部门。煤炭产品在生产、销售等过程中容易损耗；煤炭企业在生产经营中所需资金密集度大、所用物资种类繁多；煤炭企业生产技术具有特殊要求，涉及面广，技术性强。生产过程复杂，生产系统形式多样，各系统协调运做、管理难度大。

采煤方法种类很多，总的划分为：炮采技术在我国煤炭开采中最早得到应用和普及，其施工方便、成本低，但是开采效率低下、安全系数差。机械化采煤在发达国家得到普遍应用，而且采煤效率相当高。随着我国科技实力的渐渐提升，综合机械化采煤得到了很好的发展，所谓综合机械化采煤技术，即在整个采煤过程中机械化率达到95%以上。综合机械化采煤过程中的机械通常包括液压支架、采煤机、刮板输送机和胶带输送机等，其中采煤机和液压支架起着极其重要的作用。采煤工艺分柱式、壁式两大类。这两种不同类型的采煤方法，无论从采煤系统还是回采工艺多有很大的区别。

1.柱式采煤法的特点是煤壁短呈方柱形，同时开采的工作面数较多，采出的煤炭垂直于工作面方向运出。壁式采煤法的特点是工作面的两端巷道分别做为进缝合回风、运煤和运料用，采出的煤炭平行于煤壁方向运出工作面，我国多采用壁式采煤法开采煤层。

2.壁式采煤法一般以长工作面采煤为其主要特征，产量约占我国国有重点煤矿的95℅以上。随着煤层厚度及倾角的不同，开采技术和采煤方法会有所区别。对于薄及中厚煤层，一般都是按煤层全厚一次采出，即正层开采。对于厚煤层，可把它分为若干中等厚度进行开采，即分层开采，也可以采用放顶煤整层开采。无论整层开采或分层开采，依据不同倾角，按采煤工作面推进方向，又可分为走向长壁开采和倾斜长壁开采两种类型。

3.采煤技术的发展趋势。随着资源的开发，开采深度的逐渐增加，由陆地向海洋延伸。目前，龙口矿区已成功实施了海下采煤，北皂煤矿海域H2303工作面开始回采，这标志着我国海下采煤的第七个工作面正式投产。截至目前，北皂煤矿已累计开采海下煤炭突破500万吨。随着资源开采条件日益恶劣化，安全开采的形势日趋严重；我国有的煤矿开采的深度已达到1000m，地下水、瓦斯、高地应力、地质构造是资源开采难度大大增加。因此说，自动化、无人工作面开采是井下或危险环境采矿的发展方向，也是保障工作面安全开采的有效途径。当然，大力推广并实施煤炭地下气化技术也是一种方向，煤炭地下气化技术属于一种特殊的采煤方法，具有投资少、安全、工期短、见效快、用人少、效率高、成本低、效益好等优点。尤其适合我国煤矿地质条件复杂、劣质煤比例高、“三下”压煤严重的矿区。

在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤方法和工艺是必然趋势。（1）加大机械化开采水平，进一步提高煤炭行业生产效率，不断提高煤田地质勘探精度及巷道掘进与支护技术水平、提升煤矿综采成套装备水平，建设高产高效矿井。在薄及中厚煤层中推广刨煤机、螺旋钻采煤机等现代化手段，建设无人工作面。（2）加大矿井灾害治理力度提高防灾抗灾能力，不断改进煤矿瓦斯、火灾、水灾等治理技术与装备水平提高灾害预测预报能力。（3）深入研究深井开采技术进一步研究深井开采过程中的“三高一扰动”问题即高应力、高地温、高岩溶承压水和强烈的开采扰动。研究解决深井巷道与采场的支护、瓦斯突出、地温异常等问题。（4）保护环境科学开采，进一步研究“三下一上”开采难题，减小开采过程对地表的破坏程度，研究矸石利用、充填开采问题，解放“三下”压煤，提高煤炭资源的回收率，研究保水开采、绿色开采、最终实现科学开采。（5）深入双能源开采技术，加快研究煤与煤层气双能源共采技术，不断提升洁净煤技术水平，加快发展煤炭資源的综合加工利用。（6）重视井下热能利用技术，加快研究井下热能热风、热水利用技术，变热害为热能，变井下降温过程为热能的提取过程，既改善了作业环境，又节约了能源，提高安全程度。

4.采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革，现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统，改进和完善采煤工艺。在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤工艺理论。目前，我国长壁采煤方法已趋成熟，放顶煤采煤的应用在不断扩展，应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高，急倾斜、不稳定、地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间，主要方向是改善作业条件，提高单产和机械化水平，以提高工作面单产和生产集中化为核心，以提高效率和经济效益为目标，研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的程度和水平。要大力推行机电一体化、自动化开采技术，应用电力电子驱动、传感检测、计算机与自动控制、机械—电气一体化设计等技术研究开发，采用矿井网络化监测监控技术，为适应高度集中化生产模式和生产管理模式，先进采煤国家研制开发了矿井自动化监测监控系统，在主要生产环节实现自动化监测监控，将监测、控制、通信功能合成一网，做到安全监控系统覆盖全矿井各生产环节，包括现场监测监控层、生产与安全集中控制监视层、信息管理层3个层次，对采煤工作面和矿井运输、通风、排水等设备和矿井瓦斯、煤尘等安全参数的自动化监测和监控。