煤矿井下采煤技术分析

煤矿井下采煤技术分析

摘要:先进的采煤方法和工艺为煤矿提供了高产性、高效性、安全性和高可靠性,对经济效益和社会效益都有着极大的提高,现对煤矿井下开技术作了研究分析。

关键词:开采技术长壁开采放顶煤开采小煤矿开采

1 井下开采技术现状

我国煤矿井下开采起步较早,但是距离发达国家的开采技术还有很远的差距,当前煤矿井下开采的趋势是机械化、集约化、智能化,我国也已经在各大科研院所和高校展开了相关的研究,目的在于提高煤矿井下开采的效率,促进煤炭行业的健康高效发展。可靠高效的煤矿井下开采技术依赖于设备的可靠运行和有效改进,特别是要综合考虑开采、监控和管理等环节,开采工艺的提高有助于提高煤矿的产出比,监控在于深入贯彻安全生产的思想,管理能够统筹安排好各个生产环节,优化资源配置,三个环节各有侧重又紧密联系,共同促进煤矿井下开采技术的提高。我国虽然整体采煤水平还距发达国家有很远的距离,但在一些关键技术上也取得了突破,比如随钻测量和定向钻机系统的研发就很具代表性,改变了完全进口国外设备的尴尬局面,填补了煤矿开采技术的空白。

2 井下开采技术特点

煤矿井下开采技术与露天开采技术有着很大的不同,具体分析可分为以下两点。

(1)井下开采相比露天开采技术难度要高得多,首先露天煤矿的储量远小于井下煤矿的总量储备,研究井下煤矿开采技术有着很强的现实意义;其次井下开采要结合地质情况和煤层分布特点制定合理的开采方案,其中包括开采设备的选择和支护方法的确定等。

(2)开采方式的选择要根据煤矿类型来确定,不同的开采方式采收率差别很大,井下开采常用长壁开采、放顶煤开采等方式,露天煤矿开采多直接采用挖掘的方式。采煤工艺的发展多是伴随着实践的探索和不断的经验总结,每种采煤工艺的变革都是自上而下的一系列设备方法的改进,而不是单纯的某个环节,井下开采多采用定向钻探技术,定向是指校正预定开采方向和斜向器的实际方位的偏差。钻具在进入作业位置后,要通过测斜仪测定实际下方位置和预定位置之间的夹角和距离等参数,然后进行相应的调整,调整到位后加压开始钻探,钻探过程中也要不断监测钻具的位置,以防偏离预定方向,引发安全事故。随着随钻测量技术的发展,钻具轨迹控制技术也越来越成熟,定向钻探的精度日益提高,有关资料表明,这一先进技术已经在全国各大煤矿获得推广和应用,并产生了巨大的经济效益和社会效益,这足以说明研究这一项井下开采技术具有重要的现实意义。

3 柱式采煤法

传统采煤方法主要有巷柱式采煤法、房柱式采煤法等,它们的基本特点是利用采空区之间形成的煤柱作为支撑,不继续深挖,然后回采煤柱,回采一般采用爆破的方法。这种采煤方法工作面较小,可以多个工作面同时进行以提高产出率,最重要的是技术难度较低,开采成本更容易控制,运煤通道多垂直于工作面,煤柱的尺寸大小往往不是由采煤设计者决定的,而要根据相应的地质情况,煤的品质,开挖深度等因素综合考虑决定。巷柱式采煤法是在作业范围内,每隔10m～20m沿煤层切割成10m～20m的煤柱作为支撑,开采到一定深度后进行回采作业,回采多采用爆破方法。这种方法开采工艺简单,通风较差,人工作业环境较差,采用爆破进行回采导致回采率较低,因为爆破容易造成其它岩层混杂到煤层中来,必要时还要进行分离,但其对地质变化适应性较强。房柱式采煤法的煤柱尺寸略大一些,其它采掘工艺方法与巷柱式采煤法基本相同,由于煤柱尺寸较大,不宜进行机械化操作,采煤成本自然偏高,同巷柱式采煤法一样作业环境条件较差,安全难以保障。这些都是传统的采煤方法,已经远远不能适应当下能源的供给需求,由此一些新的井下采煤工艺应运而生。

4 长壁开采技术与放顶煤开采技术

我们以贵州省黔西地区的煤矿地质构造说明问题,贵州省黔西县东部地貌属高原低山丘陵,地形区域性地质构造明显,总体特征是北西较高,南东低,一般海拔标高为1200m～1300m,井田含煤地层沿走向倾

向的产状有较大的变化,南部断层及背向斜较发育,北部沿走向和倾向发育宽缓褶曲。在勘探过程中,钻孔内非煤系玉龙山灰岩及煤系中下部地层倾角变化异常,局部岩芯倾角达70°～80°,常见褶曲挤压揉皱、滑动擦痕等现象。综上分析得知,该煤矿地质构造是以挤压作用形成为主,拉伸构造为辅的构造格局,且南部复杂,北部及北东部相对简单。所以整个煤矿属复杂构造,矿井先期开采地段为中等构造区。传统的开采方法在这样地质结构复杂的地带根本不适合,必须采取新的开采工艺和方法才能有效提高产出率和保证安全作业。

长壁开采法是当前普遍采用的井下采煤方式,这种方法不仅在国内成为主流技术方向,同时也是国外井下开采使用最广的采煤方式之一,这得益于长壁开采的高效采煤模式,安全生产环境以及很高的机械化程度,以下对长壁开采法的特点做一个详细的说明。

(1)矿井运输方式发生了改变。现存的生产矿井全部由过去的轨道运输方式改变成胶带输送机运输方式。矿井煤炭运输、选煤厂与铁路的外运能力已增长到与矿井长壁工作面生产能力相互配套与适应的程度。

(2)长壁开采盘区的几何尺寸明显增大,从而可相对地减少连续采煤机准备盘区的时间。现阶段连续采煤机开拓准备盘区的掘进效率,差不多是长壁工作面生产效率的1/10左右,这已基本上能满足现阶段长壁开采所要求的采区准备速度。

(3)新投产的井工煤矿已全部设计建设成为长壁开采矿井,工作面生产出来的煤炭可直接用胶带输送机运到洗选厂。

(4)长壁开采得到了美国相关部门的重用,而我国则应积极效仿。严格意义上来讲,放顶煤开采技术应该是长壁开采技术的一个分支,放顶煤开采技术主要是提高放顶煤的开采的资源采出率技术,它包括放顶煤开采设计,放顶煤支架选型,放顶煤工艺参数确定,放顶煤初采与收尾方法,区段平巷布置及煤柱尺寸确定,沿空掘巷和沿空留巷技术等。

放顶煤开采严格来说属于长壁开采的一个分支,这种方法有着巨大的经济效益优势,相较长壁开采法在技术上进行了重大的革新,但是它有着自身的局限性,比如工作面围岩破坏较严重,瓦斯涌出量比较大,容易造成安全事故,以前相关科研院所并没有在这些方面改进这项技术,所以造成这项技术发展的迟滞现象。

5 结语

煤仍然是能源产业的一大巨头,我国是能源消耗大国,研究煤矿的高效开采有着重要的现实意义,传统的方法有巷柱式采煤法和房柱式采煤法等方法,但这些方法的效益极低,不符合现代能源开采趋势,本文结合贵州西北部的地质情况和新近使用的采煤方法说明如何才能高效安全地开采煤矿能源,创造最大的社会效益和经济效益,希望对同