关于未来煤炭开采技术发展方向的探讨

＊王珩珩

（山西兰花集团莒山煤矿有限公司 山西 048002）

引言

目前，我国在煤炭开采方面与国外技术相比还存在较大的差距，整体来看煤炭行业存在规模小、集中度低、设备陈旧落后以及经济效益差等众多问题。这些问题容易引发传统的煤炭行业存在资源浪费严重开发秩序混乱、产业分散市场稳定性差、综合利用率低以及相应的安全隐患问题。因此，需要我国针对传统煤炭行业的问题，及时地转变煤炭开采技术，引进国内外先进的开采技术进行融合创新，发展自己的核心技术，最终实现煤炭开采的高效利用，降低煤炭开采的安全隐患和资源浪费率，推动产业的发展。

1.煤炭行业的现状和发展趋势分析

随着煤炭供给侧改革，目前我国煤炭开采行业向着高品质、高效率层面不断的推进，根据2019年最新数据显示，中国原煤产量达38.5亿吨，同比增长4.6%，2020年主要煤炭产业复工时间集中在3月份，对行业内的产能供给相对较低。2020年1月-5月，中国的原煤产量为14.7亿吨，同比增长0.9%。而2019年煤炭进口量2.997亿吨，同比增长6.3%；出口602.5万吨，同比增长22%，因此，根据整体数据进行分析，我国煤炭企业原煤产量呈现增长趋势，并且在煤炭行业中占据稳定市场份额，进口量不断加大，对能源需求的供给相对较为充足。

2.传统煤炭行业存在的局限性分析

(1)资源浪费严重开发秩序乱

传统煤炭行业开采设备相对落后，对煤炭的利用率较低，存在资源浪费严重和行业开发秩序混乱等相关问题。目前，部分煤炭、电力以及很多有实力的民营企业积极投资煤炭开采行业，希望通过煤炭资源的开采增加自己的利益，有些企业甚至在实行保护性开发的资源处进行划分，将整块的资源分割成为部分进行挂牌销售，严重影响保护性开发的规划与实施。而且购买资源的企业不一定具备优质的开采技术，导致煤炭在开采过程中资源受到浪费，平均的回采率仅有3%，由于煤炭综合利用率低，一定程度上扰乱煤炭资源的开采，对环境的破坏力度极大，打破了可持续发展的理念。

(2)产业分散市场稳定性差

煤炭开采行业的市场稳定性直接影响煤炭产业，对煤炭的开采起到重要的作用。由于煤炭开采行业较为分散，产业集中度相对较低，加上企业结构组织不合理，缺乏市场竞争力和对市场变化的经验，导致煤炭行业的市场稳定性变化较大。当煤炭开采供应量较大时，煤炭的价格会大幅度下降，造成企业利益的损失；当需求量较大时，煤炭的价格又会不断上涨，煤炭开采行业将进行超能力开采，不仅带来相应的环境污染，也使得安全问题和产品质量问题受到忽视。

(3)传统煤矿安全隐患高

传统煤矿的管理制度和开采技术缺乏，这一定程度上造成开采人员的安全问题难以得到保障。从安全制度层面进行分析，传统煤矿的管理人员没有做好安全意识的普及，没有将各项安全制度落实到位，可能由于产品价格过高就进行超能力、超强度以及超定员进行开采，使开采的结构不稳定造成相应的人员伤亡。同时，从开采技术层面进行分析，开采设备和技术没有及时地进行更新，开采人员的技术水平相对落后，在开采煤炭的过程中，由于操作失误导致的煤炭开采问题，造成相应的安全隐患。因此，煤炭开采过程中应该根据时代的发展与时俱进的提升关键核心技术，引进先进设备和制度理念，加强煤炭行业的安全开采。

3.未来煤炭开采关键技术应用与分析

(1)开采装备精准导航技术

煤炭开采首先需要完善开采装备，对煤炭资源进行精准的定位和导航技术，这样才能对煤炭资源精准地进行开发利用。目前要保障煤炭的开采，可以利用地理信息系统导航、超宽带定位等多种定位导航技术，不断的规划挖掘开采设备的前进蓝图。要实现精准的定位和导航需要不断完善高速的无线通信技术，帮助设备实现便捷的信息交流；同时，也可以加强挖掘机的精确制导和运输车辆的无人驾驶系统，这样能够在最短的时间内找准煤炭资源，进行精准开采，并能够高效地进行运输，增强煤炭开采的整体效率。因此，在煤炭开采过程中，开采装备的精确定位和导航能够最大程度的缩短时间，提升煤炭开采的综合利用率，同时也能加强环境的保护性。

(2)极端环境信息传输技术

极端环境下的信息传输技术，能够将开采环境信息及时地进行传送，是实现智能化、精确化开发的必要条件。通常煤炭开采的环境可能受到粉尘、电磁等不同因素的制约，使得信息传输的时间长、信息传输不准确的现象发生。因此，突破信息传输的核心技术，采用高精度的探测仪器和微纳米传感器等信息探测和传输技术，有效地将煤炭开采区域的含水量、出水量以及孔隙度等数据进行传输，通过对开采区域信息的掌控，才能更好地实现开采规划，用最佳的方式进行开采建设，推动煤炭开采技术的不断提升。

(3)海量数据分析整理技术

海量数据的分析整理是煤炭开采重要的环节，矿山生产系统会生成海量的数据，要想进行精准的处理，必然需要从数据分析入手，才能全面地进行规划。生成的数据主要包括设备健康、人员、排水、煤炭洗选、开采管控等多个方面，要进行分类整理并且得出相应的结论显然是具有挑战性的。煤炭行业需要利用大数据、云计算等数据分析平台，进行煤炭开采技术的分析整理，这样才能从各项数据中制定出相应的开采计划和开采流程，做好开采人员的安排，不断地提升开采的精度和数据分析能力，做好开采过程中的风险防控。

(4)复杂煤层智能管控技术

煤炭开采的过程中需要对煤层进行剖析，对煤炭资源进行宏观的把握在进行相关的开采工作，而煤层的分析需要从煤层的厚度、煤层走向、断层以及整体的地质结构进行分析，这样才能实现精准的截割，在不大量破坏地质结构的同时进行煤岩的识别与获取。通常在复杂煤层的获取过程中，往往采用多种技术融合的形式进行，确保能够顺利地进行开采，主要包括震动识别、图像识别等形式，利用复杂煤层的智能管控技术，实现智能决策与协同管理，最终保障开采的有序进行。因此，复杂煤层的智能管控技术一定程度上形成煤炭的精确识别，对于煤炭开采来说提供精准的信息，帮助开采人员能够利用可视化图像进行协同管理，实现高效开采。

(5)厚煤层综采放顶煤技术

国内煤层煤储量40%以上是已探明的，经过多年的改进和发展，厚煤层综合开采技术取得了一定的成绩，而综合开采厚煤层是新时期推进采煤技术发展的一种较为先进的途径，综合释放技术在中国大多数矿区得到广泛应用，促进了我国煤炭开采业的发展。对于煤层相对较厚或倾斜缓慢的煤层，综合开采如果想解决资源回收率、粉尘、防火等问题，可以采用顶级煤炭技术。综合开采技术是一个产量相对较高、影响较大的有效途径，高产高效矿井，其工作面生产优势相对较高，采煤厚度相对较大，许多矿井内部都建成了单面井生产加工体系，即煤层厚度变化大、道路开挖量小、经济成本低、综合开采效率高等优势，有着广阔的发展期望。未来综放开采技术的研究方向将主要解决储气、大型煤层、煤层自燃烧、煤炭回收率低等技术问题。

(6)二煤炭资源绿色开采技术

绿色矿业是一种以环境影响和资源效益为基础，以资源开发为主要目的的现代开发研究模式，其发展目标是确保资源在整个开采过程中对生态环境的影响最大，实现社会效益、经济效益和企业经济效益的优化协调。解决煤炭资源绿色开发、土地资源被破坏等问题，有效减少采矿、大气环境污染等对水资源的破坏和污染。目前的绿色采矿项目主要包括以下几种类型。

①矸石填充开采

所有煤炭绿色开采技术的关键之一是填补开采技术，国内生产的煤压煤矿可以提供十年年产1000万吨的矿井产量，其中约140亿吨，建筑压力煤约90亿吨，如何解决建筑压力下的煤矿开采是一个重点研究问题，多年的开采工作导致土地沉降，它摧毁了大量的土地资源。国内开采1万吨粗煤造成滑坡面积0.2hm2至0.33hm2由于矿山破坏的土地资源数量以每年3hm2至4万hm2的速度快速增长，开采过程逐渐形成了吉康煤炭产量的10%，国内煤矿达到1500多个，废渣结构达到70亿吨，大量矸石污水破坏环境安全，造成环境污染。采用填埋开采方法，将矸石等各种固体废弃物作为井的主要填料，可避免矸石的排放，控制岩层转移造成的下降，有效保护土地资源，实现建筑物的重煤开采和绿色开采技术的发展具有十分现实的意义。

②保水开采

详细分析含水层运动规律、地基变化、含水盆地裂缝结构研究、含水层稳定性等，是保税开采的基础性工作。在节约用水方面，有一些重要问题需要解决。防止水故障与节水开采有根本区别，主要从安全角度分析，节水开采应注重采掘工作变化后岩层的水文地质条件，西部地区是否是水障，地下水系统和地表水系统在快速恢复后是否遭到破坏，水隔离能否重建，地下水利用是水资源的利用问题，是需要解决的水资源修复问题必须被重视的部分，也是今后将着重考虑技术创新的板块。

4.未来煤炭智能化发展方向与建设分析

(1)智能化基础设施建设

智能化基础设施建设是打造全新煤炭开采产业链的基础，不仅融合现代先进的理念与技术，同时还利用智能化的设备增强开采的动力设施，形成保护性开采建设，推动煤炭开采行业有序发展。首先智能化的煤炭开采需要利用互联网、云计算、大数据、人工智能等高效的数据分析系统和智能控制系统进行分析和控制。其次，开采也需要在传统的煤炭开采行业的基础上进行建造，妥善利用关键核心技术，形成能够精确导航探测、分析决策、动态预测以及协同控制的高效系统，以及能够通过人工控制的远程操作设施，真正实现科学绿色的发展，打造煤炭开采行业坚实的基础性建设，为智能化开采保驾护航。

(2)智能化工作平台建设

①数据综合管理平台

数据的管理和分析是煤炭开采行业的重点，打造数据综合管理平台，不仅能够实现数据的动态分析，还能够实现海量数据的存储，形成数据流，对日后的煤炭开采工作具有相应的价值。众所周知，大数据、云计算的融入能够促进综合管理平台数据的分析整理，只需要简单的操作仅能够将海量数据进行分析，形成煤炭开采的直观数据，方便开采人员根据数据分析的结果进行设计和规划，形成完整的开采流程，能够避免开采过程中的问题，高效地进行煤炭开采。同时，数据综合管理平台也能够促进员工之间的交流，通过平台共享开采数据、分享开采经验，有利提高员工的开采经验和水平，为煤炭开采提供源源不断的人才储备，不断的壮大开采规模。

②开采信息远程管理平台

信息的远程管理平台将助力信息传输，实现信息传输的精准化，同时打破时空的限制，进行远程操作和可视化管理，实现高精度管理。远程信息管理平台的建设，有利于管理者直接查看相应的开采数据，如果发现数据中存在相应的问题，可以及时地派遣技术人员进行解决，如果不能短时间内赶到现场，则可以通过远程管理的方式进行管理，极大程度地节约时间。同时，在遇到比较危险的开采活动时，也可以通过无人机器进行远程的操作，极大程度上降低了人员的安全隐患，而且利用人工智能技术能够强化工作效率，提升煤炭开采的力度。因此，远程管理平台的处理更加高效、安全，建设远程管理平台方便进行工程的实时监控，将各项施工流程都准确的得到落实。

③安全风险预警平台建设

煤炭开采事故的发生率较高，不仅危害开采人员的身体健康，也为企业带来不可避免的损失，建设安全风险预警平台建设，将风险防患于未然，增加煤炭开采的安全性。首先可以利用数据分析及时地发现开采中的风险问题，做好开采前的准备工作，从源头避免安全事故的发生。其次，安全预警平台需要详细的说明每项开采环节的操作标准，对操作员工的操作进行严格的规范，提升人员操作的安全性。最后，应该设定警报，如果开采过程中发生数据异常，应该及时地通知开采人员进行撤退，分析异常的原因加以处理，实现煤炭开采的安全。

5.结束语

综上所述，未来的煤炭开采技术应该充分融合时代的需求，利用大数据、互联网、云计算等现代化的技术进行建设，不断完善开采装备精准导航技术、极端环境信息传输技术、海量数据分析整理技术以及复杂煤层智能管控技术，利用新技术提升产业效能，提高煤炭资源的综合利用。同时，煤炭的开采也需要一定的基础设施和专业化平台建设，为煤炭开采提供精准的数据和导航，进行各项数据的综合性管理以及在开采过程中存在的相应的隐患，最终实现智能化的煤炭产业，为经济建设和产业发展提供新动能。