浅谈煤矿开采技术的发展方向

张泽

摘 要： 煤炭是工业的粮食，煤炭工业发展的快慢直接关系到国计民生。然而，采煤方法是煤炭工业的关键工艺技术，是建设现代化矿井的基础，所以煤炭开采技术的不断改革以及探索就成为了我国经济发展的必然要求，也是煤炭工业可持续发展的必然趋势。本文阐述了我国煤矿开采应重点研究的7个技术领域：采煤方法和工艺，深矿井开采，“三下”采煤，减少矸石排放的开采技术，围岩控制技术，小煤矿技术改造和机械化开采技术以及地下气化技术。

关键词： 煤矿开采;开采技术;发展方向

在当今科技经济发展的新形势下，煤炭开采技术的研究需立足于煤炭开采技术的前沿，立足于中国煤炭发展战略所必要的技术储备，立足于煤炭工业中长期发展战略所必须的关键技术攻关，发展机械化、自动化、工艺操作控制程序化，从而达到安全、高产、高效、资源损失少的目的，并努力达到或接近国际先进水平。

1.采煤方法和工艺

采煤方法和工艺的进步与完善始终都是采矿学科发展的主题与核心。采煤工艺的发展将带动煤矿开采各环节的变革，现代采煤工艺正在向高产、高效、高安全性和高可靠性方向发展，提高单产和机械化水平，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研制并使用高效、耐用、智能化的设备和监控系统，改进及完善采煤工艺在发展现代采煤工艺的同时，改进多层次、多样化的采煤工艺，通过学科总结实践经验，建立我国系统的采煤工艺理论。

（1）开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。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。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。

（2）开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”，主要解决以下技术难题。

硬顶板控制技术，研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术，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，使直接顶能随采随冒，提高顶煤回收率，且基本 顶能按一定步距垮落，既有利于顶煤破碎，又保证工作面的安全生产。

硬厚顶煤控制技术，研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术，包括高压注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术，使顶煤体能随采随冒，提高其回收率。

两硬条件下放顶煤开采快速推进技术，研究合适的综放开采回采工艺，优化工序，缩短放煤时间，提高工作面的推进度，实现高产高效。

（3）缓倾斜薄煤层长壁开采。主要研究开发：体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机 、刨煤机;研制适合刨煤机综采的液压支架;研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。

（4）缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采。应进一步加强完善支架结构及强度，加强支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究，提高支架的可靠性，缩小其与中厚煤层（采高3m左右）高产高效指标的差距。

（5）各种综采高产高效综采设备保障系统。要实现高产高效，就要提高开机率，对“支架-围岩”系统、采运设备进行监控。今后研究的重点是：通过电液控制阀组操纵支架和改善 “支架-围岩”系统控制，进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自 动采集系统;乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断;采煤机在线与离线相结合的“油 -磨屑”监测和温度、电信号的监测;带式输送机、刮板输送机全面状态监控。

2.深矿井开采技术

深矿井开采的关键技术是：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;深矿井开采热害治理技术与装备。

3.“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沉陷规律，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，发展沉降控制理论和关键技术，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，提出煤炭开采与煤矿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。

4.优化巷道布置，减少矸石排放的开采技术

改进、完善現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。

5采场围岩控制技术

（1）进一步完善采场围岩控制理论。以科学合理、优化高效的岩层控制技术来保证开采活动的安全、高效、低成本为目标，深入总结我国几十年的矿山压力研究成果，以理论分析、现代数学力学和安测法相结合运用先进的计算机技术，深入研究各种煤层地质及开采条件，如急倾斜、大采高、大采深采场矿山压力显现规律及围岩破坏与平衡机理，不断完善采场围岩技术。

（2）研究坚硬顶板与破碎顶板条件下应用高技术低成本岩层控制技术。

（3）放顶煤开采岩层和支架—围岩相互作用机理。运用离散元等方法研究顶煤放落规律，提出放煤优化准则和提高顶煤回收率的途径。

（4）支护质量与顶板动态监测技术。在总结缓倾斜中厚长壁工作面开展支护质量与顶板动态监测方面，应进一步在坚硬顶板、破碎顶板、急倾斜、放顶煤工作面开展支护质量与顶板动态监测，同时不断完善现有的检测技术。

（5）冲击低压的预测和防治。通过计算机模拟研究冲击性矿压显现发生的机理;进一步完善冲击性矿压显现监测系统，发展遥控测量和预报技术。

（6）研究开发新型的支护设备。研究硬煤层、硬顶版放顶煤液压支架，完善液压支架性能和快速移架系统，开发耐炮崩、轻型化单体液压支柱和厚煤层巷道锚索和可伸缩锚杆。

6.小煤矿技术改造和机械化开采技术

实施国家关闭小煤矿，淘汰落后生产技术和生产设备，提高平均单井规模的技术政策，开发小型煤矿机械化、半机械化开采技术和装备，改进小煤矿的采煤方法和开采工艺，提高采煤 工作面的单产和工效;提高小煤矿的顶底板控制技术水平，最大限度地减少顶底板事故率。

7.煤炭地下气化技术

煤炭地下气化技术是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热化学作用而产生可燃气体的过程。煤炭地下气化技术属于一种特殊的采煤方法，它属国际首创。煤炭地下气化技术具有投资少、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”压煤严重的具体国情，具有广阔的推广应用前景。应继续研究完善“长通道、大断面、两阶段”和“矿井 式气化”两种典型煤炭地下气化工艺，进行较大规模的地下气化试验研究，摸索实现“两个控制、三个稳定”的技术途径，并实现连续、稳定生产探索应用的途径。

参考文献

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[2] 钱鸣高，何富连，李全生等.综采工作面矿压显现与支护质量监控.中國煤炭学报，199 5（7）：48-51.

[3] 陈炎光，徐永圻.中国采煤方法.徐州.中国矿业大学出版社，1990.

[4] 张文生，王树仁.开采方法.北京.煤炭工业出版社，1986.