井下采煤技术及采煤工艺选择分析

（山西省古交市镇城底矿 山西 030203）

在我国工业不断发展的大背景下，各行各业对煤炭资源的需求量也在逐渐上升，为了实现更多煤炭资源的有效开采，就要做好井下采煤作业。但井下采煤作业具有很明显的特殊性，在作业过程中，存在着很多影响作业安全和作业效率的因素。对此，作为煤矿企业，必须根据自身的实际情况，从种类繁多的采煤技术和采煤工艺当中，选择最为合适的技术和工艺，实现自身的发展进步。

1.井下采煤的特点和分析

井下采煤与露天煤矿开采有着很大的区别，具有很高的特殊性。由于井下采煤环境复杂，存在着诸如瓦斯等大量不稳定因素，对采煤技术和工艺有着很高的要求，一旦发生疏忽，很容易引发安全风险，同时，井下采煤的效率也相对较低。为了确保井下采煤工作的安全，必须通过对采矿技术的深度应用[1]。由于我国各地的地理环境之间存在着明显的差异，各地煤矿的井下环境也自然存在很大的差异，必须根据实际情况，因地制宜，来选择采矿技术。对于部分煤矿而言，常规开采方式容易引发地质沉降等问题，除此之外，一些老矿区由于煤炭资源已经趋于枯竭，使得矿区开采需要更高的成本。整体而言，合适的开采技术、完善的开采设备和配套工艺，都是确保井下采煤作业安全有序进行的关键因素。

2.现阶段井下采煤技术及工艺选择

(1)爆破采煤技术及其工艺选择

爆破采煤技术在国内的井下煤炭资源开采中，应用较为广泛，且应用频率也相对较高。这种技术的发展时间较长，可追溯到新中国成立初期。在近七十年的发展中，这项技术也得以不断优化改进。在这项技术的应用中，应当按照以下几个步骤进行：

①爆破落煤。首先，工作人员要对炮眼布置方式、炮眼角度和炮眼深度进行合理的选择，具体来看，需要根据岩层厚度选择炮眼布置方式，根据进尺确定炮眼深度；其次，要根据实际情况选择恰当的钻眼设备、炸药种类和装药量；最后，要对上述的准备工作进行勘查检验，确保所有安排合理，方可进行爆破工作。除此之外，要注意工作面的平直，防止支柱和顶板在爆破中受到损坏，以确保后续工作能够安全开展。

②装煤。在这一作业环节中，工作人员首先要检查临时支护工作，以确保采煤人员的安全。准备工作完成后，要合理安排装煤方式，应当以机械装煤方式为主，只有当存在较多的散落煤块的时候，才可适当安排人工装煤。

③机械化运煤。在这一环节中，企业可合理选择自溜运输和机械运输两种方式，两种方式的选择，通常以炮采面倾角25度为临界点，倾角大于等于25度则更适合采用自溜运输方式，反之则选择机械运输方式。目前来看，机械运输方式在国内煤炭行业中应用更为广泛。在这种运输方式的应用过程中，应当安装一定数量的挡板，避免煤块在运输过程中大量掉落[2]。

④工作面支护。为确保井下采煤作业的安全，防止出现塌陷等问题，对采空区和工作面的安全防护工作是必不可少的。煤矿企业可通过设置木顶柱和单体支柱等支护工具，对工作面进行顶板支护，同时，通过垮落法和充填法等进行回柱放顶，为井下采煤作业留出充足的空间。

虽然爆破采煤技术有着成本低和操作简单的优势，但由于需要使用大量炸药，因此安全隐患颇多，并且由于需要使用大量人力，因此人力成本居高不下。由此可见，爆破采煤技术的应用范围应当受到限制，只有在常规工艺无法进行机械化作业的区域，方可采用该项技术进行井下采煤作业。

(2)普通机械化采煤技术及其工艺选择

普通机械化采煤技术也是一项较为传统的采煤技术，始于20世纪60年代初，目前也有着较为广泛的应用。这项采煤技术与爆破采煤技术相比，其工艺流程较为类似，其不同之处在于，普通机械化采煤技术的落煤和装煤工作是实时同步进行的，并需要借助单滚筒采煤机。由于使用普通机械化采煤技术进行井下采煤时，需要使用采煤机进行割煤作业，并采用单体支柱模式进行支护，因此，这种采煤技术需要耗费较多的人力物力，且煤矿开采与收集的效率均较低，容易导致煤炭资源的浪费，不符合当前的环保节约与可持续发展的理念。

尽管普通机械化采煤技术相对较为落后，但一些中小型煤矿企业仍大量选用此种技术，因为这种采煤技术具有以下几点优势：第一，成本投入相对较低，由于所使用的采煤设备价格均较低，因此煤矿企业的前期投入相对较低，可以迅速开始进行井下采煤作业；第二，适应能力较强，无论何种工作面，都可有效进行井下采煤工作，而不需要进行过多的煤层检验工作；第三，工艺操作流程简单，这些采煤设备对于操作人员的专业能力不需要过高的要求，只需对现有的工人进行短期培训，这些工人即可轻松掌握采煤设备的操作要领，使得井下采煤工作的进度大大加快。整体来看，普通机械化采煤技术更适用于一些基础条件相对较差的中小型采煤企业，或是面临复杂工作面的采煤企业。

(3)综合机械化采煤技术及其工艺选择

近年来，各种新兴的井下采煤技术不断涌现，综合机械化采煤技术就是其中具有代表性的一种井下采煤技术。这种技术与传统的井下采煤技术相比，各个环节均实现了机械化运行：通过滚筒式采煤机和刨煤机进行落煤环节作业；通过刮板输送机，对开采到的煤炭资源进行运输，这种刮板输送机与采煤机之间能够进行有效配合，使得井下采煤的效率更为提高；同时，通过相应的机械设备，煤矿企业可以根据实际需要，灵活选用及时支护或是延时支护两种方式。

与以往的爆破采煤技术和普通机械化采煤技术相比，综合机械化采煤技术具有较高的自动化程度和较强的综合性。这种技术具有以下两方面的优势，一方面，由于该技术基本实现了机械化，因此很多岗位不需要操作人员的参与，施工人员的安全得以保障，有效提高井下采煤作业的安全性；另一方面，由于综合机械化采煤技术效率高、能耗低，因此这项技术在一部分煤矿企业中也得到有效应用。但需要注意的是，由于这项技术需要大量的机械化设备，因此在前期需要较高的资金投入，很多企业无法负担。因此，这项技术目前的应用范围仍较小，仅在一些规模较大且技术水平较高的煤矿企业中得以应用。

3.提高井下采煤技术水平的有效策略

（1）加强地质勘探。煤层中的断层、陷落柱和褶皱等地质构造都会给煤矿采煤技术和工艺的应用带来明显的影响和问题，为此，加强地质勘探，以降低地质条件的不确定性所带来的影响，成为井下采煤工作准备阶段的重要环节之一。过去的勘探方法，所获得的数据相对较为粗糙，特别是对于落差小于2m的断层，通常无法进行有效的勘探。对此，要采用物探和钻探相结合的方式，对煤层的地质结构进行系统而全面的勘探，重点是对一些小型断层情况进行勘探，因为这些小断层往往存在着瓦斯突出和突水等安全隐患问题。与此同时，在分析和处理勘查数据的过程中，要对一些异常和出现错误的数据予以重视，如单次勘探未能达到预期效果，则需要进行多次勘探，以查明具体情况。

（2）强化瓦斯抽采。由于地质条件的原因，很多煤矿的透气性较差，导致矿井内的瓦斯含量偏高，给井下采煤的安全性造成很大影响。对此，必须采取相应措施，以确保煤层中的瓦斯能够得到有效的抽采。一般螺丝，煤层的硬度决定着如何选择瓦斯抽采措施。如煤层硬度较高，则可采用水力压裂、深孔爆破、超临界CO2压裂、液氮压裂和水力冲孔等措施；如煤层硬度相对较软，则只能采用抽采钻孔下套管和大直径高位钻孔抽采等措施。除此之外，需要注意的是，煤层中的瓦斯在常规条件下，解吸速度相对较慢，必须采用一些措施促进其解吸过程。可通过注入表面活性剂、N2或CO2的方式来促进瓦斯解吸。这些方法的原理不同，表面活性剂主要是通过增强瓦斯的活性来促进解吸，而N2和CO2则是利用其吸附煤的能力更强来迫使瓦斯解吸。

（3）提升巷道快速掘进能力。目前，巷道掘进速度的发展面临瓶颈，限制了井下采煤的效率，因此，如何加快巷道掘进，称为值得研究的问题。其关键在于，要提高掘进过程中的破岩速度和巷道支护速度，同时也要考虑地质条件的安全性。具体来看，为了进一步提高巷道掘进的速度，首先，要通过勘查，详细了解开采区域的地质情况，并采取措施，确保矿井中的瓦斯含量低于临界值，将瓦斯事故的隐患降到最低；其次，要采用先进的掘进工艺，这并不仅仅是选用高技术水平的掘进设备，更重要的是，必须衔接好掘进工作的各项流程；最后，要针对岩巷掘进效率低这一特点，避免长时间频繁在岩巷中掘进，而是要尽量提高煤巷的掘进量，可通过运用连续采煤机和锚杆机的方式，来提升掘进能力。

（4）加强互联网技术的应用。为确保井下采煤作业具有更高的效率和更高的安全性，实施有效的监控措施是一个重要途径。对此，可建立煤矿安全物联网监控系统，通过无线语音、无线数据和无线视频等信息传输方式，对矿井内的设备工况、人员位置、机车位置以及煤层的地质条件变化等要素进行实时监测。与此同时，矿井内的数据信息在传入服务器后，能够与矿井外部管理机构的信息之间进行共享，进而实现了整个系统中信息的有效分析处理和应用。整体来看，互联网技术在井下采煤作业中的有效应用，加强了煤矿企业各部门之间的有效沟通，确保开采过程的顺利进行，同时也使得开采过程的安全性显著提升。

4.结束语

对于煤矿企业而言，井下采煤技术及采煤工艺的进步，直接决定着煤矿企业的发展进步。为此，煤矿企业要根据自身所面临的实际情况，合理选择采煤技术和采煤工艺，以确保煤矿开采作业的高效率和安全。同时，相关技术人员在实践中也要对现有的技术和工艺进行优化和创新，确保井下采煤技术更好应用，为企业创造更好经济效益。