采矿工程中的现代化采矿工艺技术

刘斌

华晋焦煤有限责任公司 山西吕梁 033300

采矿作业存在着较高的危险系数，稍有不慎极易导致安全隐患的发生，为保障采矿作业安全、高效进行，应用高科技采矿工艺技术具有重要的现实意义。针对全球能源危机的进一步加剧，节能、环保的理念已经渗透入各行业中，节能、环保方面的问题已经成为人们日常所关注和热议的焦点。

1 现代化采矿工艺方法介绍

当前，矿产资源数量日益减少，采矿难度越来越大，所以需要利用现代化新科技科学提高采矿效率，这是许多矿产开发企业最紧迫的要求。但采矿条件的持续改变也影响到周围自然环境与采矿效率，所以结合不同采矿阶段和采矿条件要调换开采技术，例如采取采油填水方法，油、天然气脱离工艺等。我国现有的矿产形式主要包括矿石、油与煤炭等，因为中国领土很大，所以资源储量较多，但布局不均，因此国内矿产单位布局也不均匀。矿产资源大都埋藏于地底，所以有较强的隐蔽性，有的资源必须借助最先进的探测方法才能够发现。整体而言，国内的矿产资源西多东少，所以不同地方的工业发展局面都较为固定。由于资源布局不能改变，因此工业发展促使不同地方的矿产资源需要采取不同的采矿工艺，若财务相同的办法会影响工业地区。不同的工业过程所要的开采方法也不一样，所以开采矿产资源时需要根据不同的区域条件与自然条件，因地制宜选择合适的采矿技术。

2 分析采矿技术具备的基本特征

首先，具备针对性。根据多年实践，我国具备了丰富的采矿技术。企业可以根据矿区特征，合理选择最合适、最安全开采方式。其次，具备复杂性特征。在进行采矿工程中，由于采矿环境比较复杂，然而采矿工艺有很多要求，导致应用采矿技术过程中具备了复杂性特征。同时，存在风险性特征，在开展采矿工程中，工作人员应用和中采矿技术，在实际应用时都会存在不同程度风险。一旦工作人员应用技术不当或者是选择采矿技术不当时，很可能发生采矿安全事故情况。此外，具备了精细化特征。为更好的顺应新形势下市场经济发展相关需求，使采矿技术呈现着精细化特征。

3 煤矿采矿工艺技术的应用现状

在采矿工作中，采矿工艺技术水平不仅直接影响矿产的开采效率，还直接影响着矿产开采的安生性，更与采矿工程的发展紧密相关。从当前采矿工程应用的各项工艺技术来看，采矿工程想要快速发展发展依然存在着诸多困难。一是探矿技术较落后，无法精准定位、探测矿产资源，影响后续矿产的开采工作；二是在开采过程中，人工开采占比较高，机械化程度低，难以达到精细化开采；三是开采技术存在局限，既不利于矿资源的二次开采，也不利于生态环境的保护。

安全生产是任何行业都必须遵守的生存法则，企业只有保证安全生产才能稳定发展。然而，采矿工程现主要面临两方面的安全问题。一是采矿作业人员运输普遍要通过矿井和巷道，运输过程中，无论是矿井渗水还是巷道坍塌都会严重威胁作业人员的生命安全；另一方面井下作业空间都相对较小，通风条件较差，若出现火灾等安全生产事故，将严重影响作业人员的生命安全。

4 现代化采矿工艺技术分析

4.1 连续采煤机工艺

通过实际的调查发现，在我国大部分的煤矿井下开采过程当中使用的最为广泛的就是这种连续采煤机工艺，这种工艺不仅成本比较低，而且在实际的应用过程当中往往具有较高的安全性。不过这种工艺也有着一定的缺陷存在，如果煤矿井下的通风条件较差，安全性较低，这样就会给煤矿的相关安全管理工作带来很大的困难。除此之外，开采单位在对这种采煤工艺进行应用的时候还要保证煤质的硬度在硬或者中硬之间，煤层的倾斜角不能超过15°。在选择采煤工艺的时候首先要对开采煤矿进行全方位的了解，对煤层类型和煤质硬度进行充分的分析，结合实际的情况来选择合适的采煤工艺，这样才能保证选择的采煤工艺效果可以充分的发挥出来，对采煤工作起到一定的促进作用。

4.2 倾斜长壁方法

长臂煤矿开采方法，在一些比较特殊的地理环境下应用效果非常明显。依照煤矿开采的现场状况，将长臂采煤设备直接投入开采工作中，在开采工作环境允许的基础之上，依照实际的开采工作环境，制定出煤矿开采的倾斜角度，并且对其进行严格的计算和分析，以此为基础对倾斜长壁煤矿开采方法进行进一步设计，相关设计工作人员需要对倾斜长壁开采的具体作业方法，以及在开采工作中对空间环境的要求进行全面的了解。具体如图1所示，在针对斜柱的设计工作中，必须要对开采工作中斜坡的倾角进行准确的计算，这样才可以对采煤方向所产生的分力作用进行有效的控制，同时依照煤矿井下的岩石层分布状况，对煤矿采空区域来进行有效的监测，充分保证矿井内部的协助，可对整个煤矿开采工作产生有效的拉力作用，有效提高煤矿开采工作的安全性和稳定性[1]。

图1 倾斜长臂法工作示意图

4.3 填充采矿

采矿工程施工的过程中，会出现采空区域，因此需要积极采取有效措施对采空区域进行科学管理，经常使用的处理方法为回填法，使地表下沉问题得到有效的避免，为后续采矿工程的顺利施工奠定坚实的基础。填充采矿技术在实际应用时，对于填充面来说，矿产资源被开采以后，其所承受的压力会急剧增加，需要采取一定的措施进行处理。支架架设时，需要使用填充物对地下压力进行一定程度的缓解，从而使地表沉降问题得到有效的处理，使围岩崩落而导致的危险事故发生的几率得到降低，使安全生产得到真正的实现。在填充采矿技术得到科学合理的使用以后，安全采矿的目的得到了真正的实现，填充采矿技术使用早期，所有的填充物全部都是就地取材，使用矿产资源开采后的废弃物来进行回填，使废弃物处理的成本得到有效的节约，但是这种方法的安全性不高，质量也得不到保证。随着科学技术的不断发展和进步，胶状填充物应运而生，使得回填的安全性和稳定性得到了显著的提高。

4.4 综合机械化采煤工艺

所谓的综合机械化采煤工艺，简单的来说就是在进行破煤、装运煤顶板支护等所有的工艺流程当中进行机械化的方式施工，这样不仅能够让煤矿井下采煤工作保持高效连续的进行，这种采煤工艺在使用过程当中工作量是比较少的。为了能够让综合机械化采煤工艺的效果充分的发挥出来，施工人员首先就要将破煤和装煤的两种割煤工序完成，对刨煤机、滚筒式采煤机等相关采煤设备进行充分的应用，这些先进的采煤设备可以将采煤工作的效率和质量进行大幅度的提高，刮板在运出原煤的过程当中是十分重要的一个工具，可以为后期的井下采煤工作起到良好的促进作用。综合机械化采煤工艺在实际的应用过程当中往往会涉及到很多的机械设备，如果煤矿井下工作面的面积较小，各个工序实际开展的时候就会比较紧密，某个开采工序出现问题就会导致整个开采工作效率受到或大或小的影响。开采单位就要对相关的开采机械设备进行有效的管理工作，对整体布局和工序进行安排，在后期还要对机械设备进行有效的养护工作，从而才能够将综合机械化采煤工艺的效果充分的发挥出来[2]。

5 现代化采矿工艺技术在采矿工程中的具体应用

5.1 工程概况

以某采矿工程为例，该采煤带沿西南方向布置、斜坡倾斜角为50°，采煤带长4km、南北向宽2km。工程计划采用薄矿体深孔采矿法，在采矿作业前通过现场勘查掌握矿体的实际情况与参数，利用技术手段完成矿体三维模型的建立，借此有效提升开采作业效率、安全性与回收率，降低矿石贫化率[3]。

5.2 智能化集控系统在采煤工作面的应用

这种采矿新技术在实际应用中主要有自动运行和人工操作2种模式，现场作业通常使用的是后面一种，即以人工操作为主。设备在工作面运行方式方面存在的不足，主要体现在施工现场的应用上，与控制台的集控系统间易产生互锁现象，两者间相互矛盾，集控系统在现场操作时会出现自动封闭现象，有就地优先的规律性。在具体操作过程中，如果控制台集控系统显示为闭锁状态，采煤机和三机等巡视人员就无法正常开展相关作业流程。但支架控制系统不会出现这种情况，在集控系统自动运行状态下，支架巡视工可通过人为干预来实现作业操控。集控系统工可根据姿态检测和视频监控等系统的反馈情况，决定初始采煤工艺段及其限速值，让系统处于自动运行状态，并启动自动采煤作业程序。

5.3 构建自动化监控平台

健全煤矿开采设备自动化系统，科学搭建自动化监控平台，必须着重优化煤矿开采设备运行监控平台搭建技术路线，完善平台功能。从宏观层次来分析，设计完整的自动化监控平台技术路线，首先要分别设计煤矿开采设备自动化控制系统、智能化监控网络与数据决策支持系统，处理好这三者的衔接关系。自动化控制系统属于前馈系统，是决策支持系统的智能化升级。此外，决策支持系统组合模块与功能包括构建大数据库、收集和分析数据信息、数据仓储挖掘、异常预报预警、工艺模拟优化和故障诊断与修复。最终，自动化控制系统会将反馈数据一并输入智能化监控网络之中。而且，智能化监控网络应具备兼容性与独立性，这样方能实现不同监控信息的同步访问。再次，煤矿开采设备自动化监控平台须包括自动运行功能、煤矿开采处理过程管控功能、工况优化功能、信息挖掘功能、异常感知功能和故障修复功能。

5.4 视频监控技术

综采工作面视频监控系统由工业以太网环和网络摄像机组成。摄像机使用低照度增强红外成像技术。最低照度是只有0.001勒克斯，分辨率可以达到570ppi——线高清图片的效果，实现工作面总长度的煤壁侧非盲区域视频监控和生产站点的观测。为了保证视频质量，设计了摄像机防尘装置，利用压缩空气在摄像机防护玻璃前形成空气幕屏障，阻隔防护玻璃和污染。同时，摄像机保护玻璃前的压缩空气形成正压区，使空气继续流向前方。进一步分散在前面的粉尘颗粒和水滴可以满足防尘的需要，特别是在高粉尘环境中。它能保证摄像机镜头不受污染。

6 现代化采矿工艺技术的发展前景

6.1 机械化开采技术

露天煤矿开采和地下开采是机械化开采技术的两种主要方式。露开开采顾名思义就是开采地壳表层的矿产资源，露天开采的前必须利用崩落采矿类工艺技术将覆盖在矿产表面的岩石崩落或分离开，再利用机械化开采技术按照从上往下，从外向内的顺序完成采矿作业。此技术既能尽可能减矿产的损失，又能降低开采成本，还能提高采矿作业的安全系数，相对地下开采，优势明显。而采用地下开采的矿体，通常情况下矿体厚度较薄，埋藏较深，开采难度较大，开采成本相对较高，因此开采收益也相对较底。

6.2 无废开采技术

在进行采矿的时候，需要科学的处理爆破方式和搬运情况，从而其经济收益得到不断地提高，同时投入的财力和物力也会随着增加，给整体工作效率造成严重的影响。废石处理受到了人们的普遍关注，从安全的角度出发，通过对采掘工序的合理设置，使地下矿山无废开采技术得到优化和升级。科学的设置工艺技术流程，使所有的废弃物得到及时的处理，同时做好环境保护工作。

7 结语

采矿工艺技术还在不断地丰富和发展，采矿工程促进了我国经济的发展，使我国矿产资源得到了更好的开发和利用，采用现代化技术和设备有效地改善了以前开采工艺中的不足之处。引进新的管理技术能够更好的促进企业的发展。矿产工程的进行也要朝着绿色生产发展，这样才符合社会的发展要求，从而提高矿产开发的经济效益。