新时期煤矿采煤技术的优化研究

＊温仁龙

（山西乡宁焦煤集团有限责任公司 山西 042100）

在新时期背景下，科学技术在不断的发展和进步，为使煤矿开采的效率和质量得到有效提升，应利用新型科学技术对煤炭开采技术进行合理优化，在高科技的支持下，使煤矿开采技术的应用得到明显提高，相关研究人员应加强对新技术的应用与分析，对传统采煤技术及时进行优化，进一步促进我国煤矿产业的发展。

1.煤矿开采原则

在煤矿开采的过程中，应制定一定的原则，对煤矿开采过程进行规划，确保其能够在实际的运行过程中，做好相应开采工作，保障整体的工作效率。

首先，安全性原则，煤炭开采是一项具有较大危险性的工作，在实际的开采过程中应保障作业的安全性，降低事故发生的概率。矿山开采过程中，受到矿山内部支撑性、内部瓦斯含量、地震等灾害的影响，矿山可能存在坍塌的危险[1]。同时煤矿采煤过程中，工作人员以及设备的运行等因素，均会影响实际开采的安全性。因此，为保障整体作业的安全性，应加强对矿山内部的管理，优化煤炭开采技术，从而提高煤矿开采安全性。其次，经济性原则，煤炭开采技术水平直接与企业的经济效益相关联，开采技术水平低，将会影响整体企业收益情况，因此，应对煤炭资源的开采技术进行合理优化，提升开采效率，保障煤炭的质量，降低浪费和故障等不良影响。最后，资源利用原则，在煤炭开采的过程中，为实现对煤炭资源的有效利用与管理，应加强对资源的合理利用。针对不同地理环境和资源情况进行探查，结合资源特点制定相应的开采措施，保障矿山资源合理利用的同时，提高开采安全性。

2.国内煤矿开采现状

作为世界上最大的资源开采国家之一，我国煤矿及其他种类矿产的开采量在不断增加，由于对煤炭的需求量较高，在煤矿开采行业中，存在企业较多且分布较为广泛的特点。在对煤矿进行开采的过程中，受到不同原因的影响，导致其开采过程中存在一定的不可控因素，从而影响开采效率。我国煤炭开采的发展时间较短，受到开采成本的影响，部分中小型企业的设备和开采技术相对落后，整体开采过程的危险性较大。随着生产技术水平的不断提升，现代化煤矿开采技术在不断提升，生产成本也在不断下降，这使煤矿企业的生产效率和安全性得到了进一步的提升。目前，我国的煤矿开采技术在不断提升，但与部分发达国家相比，仍有一定的距离，相关研发人员应加强对采煤设备的研究，加强高新技术的融入和发展，从而促进我国煤矿开采技术得以不断提升。

3.煤矿采煤技术及优化措施

（1）离层注浆技术。离层带注浆是一种新型防塌陷技术，通过在矿山岩层内的离层位置注入浆液，降低覆岩移动或者矿井塌陷等不良情况的发生概率，整体的效果相对较为良好。该技术应用过程中，能够对矿井中的含水层起到一定的保护作用，降低矿井中的渗水量，同时提高矿井的承载力，有利于保障煤炭开采过程中的安全性。煤矿开采过程中，沉降和塌陷等对作业人员的生命安全有较大威胁，为降低其危险性，我国从二十世纪五十年代开始就对煤矿开采区的沉降问题进行研究，通过地表减沉技术调整地下煤矿资源的受力情况，从而降低矿山塌陷等不良情况。

沉降问题一直对我国煤炭开采事业有着较大的影响，想要避免上部覆盖区域沉降，保持地下部分的正常开采，应优化相关的开采技术，通过注浆填充来减缓地表的沉降，进而保障整个开采过程的安全性。为提高离层注浆效果，应对离层空间体积进行计算，从而更好的进行相应的注浆填充，提高地层稳定性。由于离层空间体积与井下开采空间以及岩层的采动情况相关，在实际的计算过程中，应明确实际的开采情况。将煤矿开采区域的长度设置为D3，宽度设置为D1，厚度为M，根据公式进行计算：

其中：V离为最大离层空间体积；Y(X)为上位岩层的下沉曲线函数；W(X)为下位岩层的下沉曲线函数。

通过对岩移定理进行分析，得出下沉曲线：

其中：0W为最大沉值；r为开采过程中的影响半径。

对上位岩层的挠度曲线进行计算：

其中：q0为煤层上位岩层受到的均匀载荷；hi为上层岩梁的厚度；E为岩层的弹膜；∫(z)为岩梁的抗弯度。注浆技术主要在煤层开采过程产生的弯曲带中，弯曲带与岩石之间由于刚度的不同，可能产生离层，随后离层发育，在离层的始动期和关键期进行注浆。使用煤矸石粉末和水泥等物质进行混合，将混合的浆液注射到关键层下的离层中，使用泵送方式，提高注浆的效率和浓度，从而提高整体的稳定效果[2]。在注浆后，在浆液的影响下，避免岩层继续变形，从而保障整体的安全性。在对技术进行优化实施的过程中，应对其施工作业过程中的注浆位置、距离、压力等关键影响因素进行控制和管理，提高技术的实施效果，从而保障煤矿开采的效率。

（2）地面管理技术。在煤矿开采的过程中，通过地面管理技术对采矿区域的地面和周围建筑物的安全性进行管理，避免其发生塌陷等不良情况，保障周围环境的安全。煤矿资源一般储存在地下，经过一段时间的开采，将会出现采空区，该区域缺乏承载力，上部岩石层逐渐发生倾斜的情况，发生地震等危害时，采空区缺乏稳定性，容易发生大规模的塌陷情况，影响整体的开采进度与效率。因此，应对煤炭开采技术进行优化，保障开采效率的同时，提高矿区安全性。

一般情况下，在对煤矿进行开采的过程中，应结合开采过程中的破坏程度来进行分析，不同破坏程度造成的特点不同，需要实施不同的地面管理方式。由于煤矿开采工作不断前进和深入，其对于岩层的破坏度越大，在破坏度为0.1以内时，岩层保持整体移动的情况，内部的裂缝相对较小并且数量少；破坏度在0.1-0.3范围内时，岩层中存在少量的裂纹，并且不同岩层之间存在层间分离的情况；破坏度在0.3-0.5范围内时，岩层内部的裂缝增加，但并不断开，微小裂缝数量增加；破坏度在0.5-0.7范围内时，出现个别部位完全断开的情况，整体裂缝之间的连通性较强；破坏度在0.7-0.9范围内时，岩层全厚度断开，但岩层的层次性基本完整，裂缝之间具有连通性；破坏度在0.9-1.0范围内时，岩层完全断裂，不同岩石块大小不一，并且无层次性。相关开采人员应根据岩层的实际情况，给出恰当的地面保护技术，降低岩层沉降带来的危险。

在对地面技术进行优化的过程中，一方面，应加强对危岩地面的管理，控制危岩的沉降情况。通过制定相应的支护结构等方式，避免岩层下降从而破坏地面的稳定性。另一方面，应加强对建筑区域的管理。在煤矿资源的范围内存在建筑物时，出现采空区后，将会对建筑物的稳定性和安全性产生影响，使建筑物发生塌陷或者裂缝的情况，不仅影响建筑物质量同时对居住人员的生命安全产生威胁，因此应加强对建筑物周围地层稳定性的重视。相关研究人员可以针对地面技术进行管理，增加保护机制，使煤炭开采过程更加安全稳定。

（3）矿井开采技术。煤矿开采过程中，由于资源一般储存在地下，开采时使用矿井技术进行开采，有利于降低成本，简化开采步骤，提高整体的煤矿开采效率。在矿井开采时需要使用不同的开采技术，如填充法开采和保水开采技术等，为提高其实际的作业效率，应对其进行合理的优化，完善整体的开采效果。

在使用填充法进行施工时，为避免发生采空区承载力不足导致塌陷等情况，在开采过程中设置相应的支撑结构，对围岩起到固定和支撑的作用，同时在采空区域中填充相应的材料，随着开采进行填充和支撑，确保地下结构的稳定性。该技术具有较长的历史，随着技术的优化和提升，目前使用的范围逐渐扩大。该技术适用于地下矿层结构稳定性较低并且危险程度较高的环境中，能够有效控制风险影响因素，提高开采的安全性。在填充法开采过程中，根据其中的填充料和填充方式的不同，将其分为上、下向分层填充法和嗣后充填采矿法。其中上向分层填充法的应用较为普遍，其将矿区进行划分，设置矿房和矿柱等结构，提高围岩的稳定性，在矿房中，自下而上的进行开采，保障上下部分的围岩保持稳定性。

保水开采技术的主要目的是在确保煤矿开采正常的情况下，保护地下水资源，避免其受到污染。开采过程中，一方面应选择合适的区域，对地下水文情况进行勘察，来了解水层的范围和含水量，根据勘察结果指定开采区域和开采方式，避免对地下水层结构产生破坏和影响。含水层无法避开时，应对水层的厚度与含水量进行估算，对于水量有限的区域，应先将水层中的水资源进行疏降，避免其对开采设备和环境造成不良的影响，同时减少对地下含水结构的破坏和影响。在水层较宽并且含水量较多时，应在保护含水结构的同时，对开采的区域进行处理，提高其防渗效果，减少对地下水资源的不良影响。另一方面，设置防水煤柱，在开采过程中起到支撑作用，避免水层发生塌陷等不良情况，保障整体的开采效果。在对煤矿进行开采的过程中，初期的含水层揭露情况较多，并且由于含水层的饱和性较强，含水量较高，在实际的开采过程中，围岩承受能力减弱，可能造成围岩断裂，导致水分进入到矿坑中，影响整体开采安全性和开采质量。但在开采的中后期受到含水层影响较小，含水层揭露减少，并且水位不断降低，最终达到平衡状态。

（4）倾斜层采煤技术。倾斜层采煤技术分为急倾斜层采煤技术和斜倾长壁采煤技术。急倾斜层采煤技术应用的过程中，由于地层倾斜度较高，整体的危险性和对技术的要求较高，需要作业人员具有较高的操作水平。通过对该技术进行合理优化，使整体的开采技术难度降低，提高整体的开采效率。作业人员应加强对开采工作的了解，结合矿山实际情况，制定相应的作业计划，不断提升整体的开采效果。同时严格按照相应的施工步骤，对煤矿进行合理的开采。在开采过程中，应注意内部的瓦斯含量，保障作业人员的生命安全。

在使用斜倾长壁采煤技术的过程中，通过合理的优化，能够有效提升开采的静谧性。同时，由于倾斜长壁采煤技术在施工过程中，巷道比值较为简单，后期维护消耗较小，在施工后能够在短时间实现生产，提高整体的开采效率和企业的效益。该技术使用过程中，对环境适应性较强，在对含水较为丰富以及瓦斯含量较大的区域，能够有效地进行疏干和排气，提高开采过程中的安全性。相关工作人员可以利用设备对煤矿进行调查和了解，计算地下煤层的实际情况，从而制定相应的操作步骤。该方法使用时同样对操作技术水平的要求较高，因此，对其进行优化，降低操控的难度，从而提高整体的矿产开采效率。

（5）爆破采煤技术。爆破采煤技术应用的过程中，主要分为两种：其一为炮采放顶技术。该技术应用的历史较长，在开采过程中，通过设置钢架支撑来固定煤矿结构，再对其实际情况进行详细地计算，为爆破做好相应的准备。在矿井的顶部设置支架，使用爆破的方式对顶部的煤矿进行开采。为优化炮采放顶技术，应加强炮采施工前的准备工作，提高煤矿开采的工作效率。炮采的准备工作具有重要的作用，准备阶段需要对施工计划进行调整，同时对爆破的程度进行计算和控制，使爆破效果与预估情况相符。其二是阶段性爆破。阶段性爆破技术主要利用精准的爆破来对煤层结构进行调整，根据不同矿层的厚度和硬度等情况，对爆破的强度进行合理控制，确保开采效果达到标准要求的同时，不对周围的结构稳定性产生影响。在对阶段性爆破技术进行优化时，应主要对爆破技术中的爆破物质量和安装爆破物等进行准备和安装处理。

使用爆破采煤技术的过程中，首先，需要进行爆破落煤，在矿山中进行钻孔打眼，最后进行装药和爆破，使煤矿下落。其次，装煤和运输，在使用炮采技术的过程中，为提高整体的运输效果，应使用攉煤机和溜槽等设备，提高装煤和运煤的效率。或使用全自动装煤运煤设备等，减少对人工的消耗。再次，加强工作面的支护效果。在使用爆破技术的过程中，对整个岩体的影响较大，随着煤矿减少，其影响不断提高，因此，为保障整体煤矿开采过程中的安全性和高效性，应在开采过程中进行合理的支护，如设置单体液压支柱等，提高整体的稳定性。最后，对采空区进行处理。在区域范围内的煤矿开采完毕后，往往需要向更加深入的方向进行开采，为保障后续开采顺利进行，应对采空区进行处理，一方面，提高整体的安全性和稳定性，提高支护效果；另一方面保障整体的通风良好，为下层的开采提供良好的通风系统，保障开采的安全性。

4.采煤技术优化要点

在新时期环境下，想要提高煤矿开采的效果，在对开采技术进行优化的过程中，应注意几个要点，使采煤工艺得以提升。

其一，应加强对煤矿开采设备的优化。在现代化开采过程中，机械化的发展与应用较为普遍，设备工艺水平的影响相对较大。通过创新研发设备或对传统设备进行创新优化，提高矿产开发过程中机械设备的占有量，减少矿井下的作业人员数量，从而在根本上减少对作业人员生命安全的威胁。同时，应加强对自动化技术和智能技术的研发与应用，使开采设备的使用功能更加健全。其二，加强对采矿工作人员的及时培训，新时期背景下，大多数的煤矿企业在进行开采的过程中，不需要人工进行挖掘等作业，井下人员主要的工作为对设备的操控和管理，利用机械设备完成相关的开采任务。因此，为提高开采效果，应提高井下作业人员对设备的了解程度以及实际的控制技术水平，这样才能够顺利对不断更新的设备进行管理。相关管理人员应定期对相关工作人员进行培训，提高其对设备和新型开采技术的了解，同时提高在井下作业时的安全意识，进而确保开采顺利进行。

5.结论

综上所述，在现代化背景下，想要提高煤矿的开采速度与效率，应对开采技术进行合理的优化，提高作业质量的同时，使开采过程的安全性得到保障。相关研究人员应在以往的基础上进行创新研发，提高开采技术和设备的功能，不断优化煤矿开采效果，进一步促进我国煤矿行业的发展。