搜索
1煤矿开采技术论文之——煤矿综合机械化采煤工艺探析在现今社会发展的新形式下,煤矿开采技术的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。在发展现代采煤工艺的同时,继续发展多层次、多样化的采煤工艺,建立具有中国特色的采煤工艺理论。我国采煤方法已趋成熟,各种采煤技术的应用在不断扩展,应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高。实现矿井高产高效集中化生产是煤炭井下开采的发展方向。综合机械化采煤工艺是实现矿井高产高效集中化生产的重要途径，它主要是指是指回采工作面中采煤的全部生产工艺（如破煤、装煤、运煤、支护和顶板管理等）与全部过程均实现了机械化。本文就对煤矿开采技术及煤矿综合机械化采煤工艺进行了比较详细地探讨和分析。一、煤矿开采技术1、采煤方法和工艺开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术以提高工作面单产和生产集中化为核心,以提高效率和经济效益为目标,研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺,简单、高效、可靠的生产系统和开采布置,生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术,发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化,进步改进工艺和装备,提高应用水平和扩大应用范围,提高采煤机械化的程度和2水平。1.1开发“埋深浅、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”,主要解决以下技术难题。硬顶板控制技术,研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术,主要通过岩层定向水力压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术,使直接顶能随采随冒,提高顶煤回收率,且基本顶能按定步距垮落,既有利于顶煤破碎,又保证工作面的安全生产。硬厚顶煤控制技术,研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术,包括高压注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术,使顶煤体能随采随冒,提高其回收率。顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术,研制既有利于顶煤破碎和顶板控制。又有利于放顶煤的新型液压支架,合理确定后部置输送机能力。两硬条件下放顶煤开采快速推进技术,研究合适的综放开采回采工艺,优化工序,缩短放煤时间,提高工作面的推进度,实现高产高效。5.5m宽煤巷锚杆支护技术,通过宽煤巷锚杆支护技术的研究开发和应用,有利于综采配套设备的大功率和重型化,有助于连续采煤机的应用,促进工作面的高产高效。1.2缓倾斜薄煤层长壁开采主要研究开发:体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机、刨煤机;研制适合刨煤机综采的液压支架;研究开发薄煤层工作3面的总体配套技术和高效开采术。1.3缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁采应进一步加强完善支架结构及强度,加强防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变、防止严重损坏千斤顶措施等的研究,提高可靠性,缩小其与中厚煤层(采高3m左右)产高效指标的差距。1.4各种综采高产高效综采设备保障体系要实现高产高效,就要提高开机率,对“支架—围岩”系统、采掘运设备进行监控。今后研究的重点是:通过电液控制阀组操纵支架和改善“支架-围岩”系统控制,进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自动采集系统;乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断;采煤机在线与离线相结合的“油-磨屑”监测和温度、电信号的监测;带式输送机、刮板输送机全面状态监控。2、深矿井开采技术深矿井开采的关键技术是:煤层开采的矿压控制、冲击地压防治、瓦斯和热害治理及深井通风、井巷布置等;需要攻关研究的是:深井围岩状态和应力场及分布状态的特征;深井作业场所工作环境的变化;深井巷道(特别是软岩巷道)快速掘进与支护技术与装备;深井冲击地压防治技术与监测监控技术;深矿井高产高效开采有关配套技术;深矿井开采热害治理技术与装备。3、“三下”采煤技术4提高数值模拟计算和相似材料模拟等,深入研究开采上覆岩层运动和地表沉陷规律,研究满足地表、建筑物、地下水资源保护需要的合理开采系统和优化参数,发展沉降控制理论和关键技术,包括用地表废料向垮落法工作面采空区充填的系统;研究与应用各种充填技术和组合充填技术,村庄房屋加固改造重建技术,适于村庄保护的开采技术;研究近水体开采的开采设计、工艺参数优化和装备,提出煤炭开采与煤矿城市和谐统一的开采沉陷控制、开采村庄下压煤、土地复垦和矿井水资源优化等关键技术。4、优化巷道布置,减少矸石排放的开采技术改进、完善现有采煤方法和开采布置,以实现开采效益最大化为目标,研究开发煤矿地质条件开采巷道布置及工艺技术评价体系专家系统,实现开采方法、开采布置与煤层地质条件的最优匹配。5、采场围岩控制技术5.1进一步完善采场围岩控制理论以科学合理、优化高效的岩层控制技术来保证开采掘活动的安全、高效、低成本为目标,深入总结我国几十年的矿山压力研究成果,以理论分析(解析法)、现代数学力学(统计分析预测、数值法)和实测法相结合运用先进的计算机技术,深入研究各种煤层地质及开采条件。5.2研究坚硬顶板与破碎顶板条件下应用高技术低成本岩层控制技术5目前,由于应用高压注水、深孔预裂爆破处理坚硬顶板和应用化学加固技术存在工艺复杂、成本高的问题,因而需进一步研究开发新技术、新工艺、新材料来解决这些问题。5.3放顶煤开采岩层和支架—围岩相互作用机理研究放顶煤开采力学模型、围岩应力、顶煤破碎机理、支架—顶煤—直接顶—基本顶相互作用关系;运用离散元等方法研究顶煤放落规律,提出放顶煤优化准则和提高顶煤回收率的途径。5.4支护质量与顶板动态监测技术在总结缓倾斜中厚长壁工作面开展支护质量与顶板动态监测方面,应进一步在坚硬顶板、破碎顶板、急倾斜、放顶煤工作面开展支护质量与顶板动态监测,同时应不断完善现有的监测技术,发展智能化监测系统,改进监测仪表,使监测仪表向直观、轻便、小型化方向发展。5.5冲击地压的预测和防治通过计算机模拟研究冲击性矿压显现发生的机理;进一步完善冲击性矿压显现监测系统,发展遥控测量和预报技术,完善冲击性矿压综合防治措施的优化选择专家系统。5.6研究开发新型的支护设备研究硬煤层、硬顶板放顶煤液压支架,完善液压支架性能和快速移架系统,开发耐炮崩、轻型化单体液压支柱和厚煤层巷道锚索和可伸缩锚杆。6、小煤矿技术改造和机械化开采技术6实施国家关闭小煤矿,淘汰落后生产技术和生产设备,提高平均单井规模的技术政策,开发小型煤矿机械化、半机械化开采技术和装备,改进小煤矿的采煤方法和开采工艺,提高采煤工作面的单产和工效;提高小煤矿的顶底板控制技术水平,最大限度地减少顶底板事故率。二、煤矿综合机械化采煤工艺为创建高产高效矿井，最大限度提升矿井综合机械化采煤水平，大力发展机械化，优化工作面技术装备、引进全采高生产工艺，优化综合机械化采煤工作面设计，实现综合集中生产，建立与完善保障制度，引入竞争和精力机制，并且经过20多年的实践、完善以及提高，综合机械化采煤工艺已成为我国矿井实现高产高效的主要途径。煤炭井下开采的发展方向是实现矿井高产高效集中化生产。而实现矿井高产高效的前提是提高综采工作面的单产，实现工作面高产高效，达到一矿一面或一矿二面的高度集中化生产，增加工作面的出煤点，提高综合机械化采煤设备及矿井生产系统的可靠性，减少工作面辅助工序的影响时间。1、综合采煤工艺的装备要求近几十年特别是近十年以来，我国综合采煤工艺已经取得了长足的发展，形成了具有中国特色的现代化开采技术与装备体系，特别是煤机装备方面，在电牵引采煤机、系列化液压支架、7大型刮板输送机以及大运量、大运距带式输送机开发上取得了显著的突破。首先，自主研发了适应不同开采条件的智能化、高可靠性煤机装备。比如，不同系列的电牵引采煤机。就目前来说，我国电牵引采煤机形成了割煤高度0.8—7.0m、适应倾角0—60°、总装机功率238—2500kW的系列产品，牵引速度超过20m/min，最大落煤能力达到6000t/h，并且装备了以微处理技术为基础的智能检测、监控与保护系统，采用先进的信息处理技术与传感技术，实现了机电一体化。对于采煤工作面落媒，在我国多数煤矿采用可调高的双滚动采煤机，它的结构以及动作原理和普采工作面采煤机相仿，但是功率上以及生产能力方面的技术特征要大于普采工作面采煤机。其次，适应大断面巷道快速掘进的要求，研发了大功率掘进机和连续采煤机，采用工作面输送机，液压支架和转载机。我国研发的掘进机可截割单轴抗压强度达到100MPa的半煤半岩巷道，部分重型掘进机不移位截割断面达到35—42㎡，形成了切割功率为50—315kW、总功率达到500kW以上的10余种系列产品，完全满足不同条件下煤岩巷道的掘进要求。连续采煤机截割功率最大达到350kW，总功率达到597kW，满足了超大断面掘进与短壁工作面回采的要求。综合工作面采用可弯曲刮板输送机，要求运输能力大，铺设长度长，结构强度高，作为运煤机械和采煤机运行的导轨与移动液压支架的支点，有着显著作用。此外，8还有靠高压液体作主动力完成顶板支护、支架前移、推移输送机和采空区处理等工序的液压支架以及安装在工作面下出口的区段运输平巷内的转载机等机械装备。2、煤矿综合机械化采煤工艺综合机械化采煤工艺工作面全部实行机械化作业，其生产过程大体如下：采煤机落煤与装煤、输送机运煤、自移式液压支架前移、推移输送机至新位置、采空区顶板强行放顶。由于综合机械化采煤是现代化低下作业的大规模生产，而其生产是连续性的高技术，高产高效的，并且又是有条件的。因此，设计时，要求进行综合机械化采煤工作面优化，矿井哪些层面和哪些区段适于此种技术，多少储量可供其开采，这些都需要比较高的工艺要求。随着综合机械化采煤设备性能以及装机功率的不断提高，传统的综合机械化采煤工艺在原先使用范围基础上，出现了新的变化趋势：在现有长壁综合机械化采煤模式下，依据工作面设备能力，不断加大工作面长度；“短工作面”开采的短壁综合机械化采煤工艺。就短壁综合机械化开采这种方法来说，“短壁机械化开发技术包括所有适用于开采煤柱和不规则块段煤炭资源的机械化开采方法”，[1]“工作面采用布的主要特点：第一，工作面的长度短，一般为30m—80m，采后用后退式开采。第二，双滚筒采煤机工作面采用中部斜切进刀、单向割煤方式，单滚筒采煤机自开切口往返割一刀煤，采煤机截深加大。第三，单机头刮板输送机9可采用端卸、侧卸布置或直角拐弯布置，并使工作面刮板输送机与装载机为一体。第四，工作面采、支、运设备轻型化，便于实现设备快速搬家和安装。”[2]而长壁综合机械化开采与短壁开采有颇多相似，主要特点如下：“加大综采工作面的长度，增加采煤机割一刀的煤量，相应地可减少工作面斜切进刀及端头作业等工序对生产的影响时间，因此能获得较高的产量。确定综采工作面的合理长度，一般以工作面日产量最高或吨煤成本最低为准则，制约工作工作面长度的主要因素是工作面地质条件和刮板输送机的铺设长度。增加工作面的推进长度是减少工作面搬家次数最有效的方法。制约工作面走向长度增加的主要因素是回采巷道的掘进和支护、可伸缩带式输送机的铺设长度以及采场的地质构造。”3、该工艺的端头作业和快速搬家影响综合机械化采煤工作面生产的主要辅助的工序为上、下出口的端头支护、转移载机等，而随着综合机械采煤工作面采煤机割煤速度以及工作面推进速度加快，端头工作问题越来越突出，解决工作面端头的开采技术，实现工作面上下端头快速作业是综合机械化采煤工艺的关键之一。为了适应工作面装备快速搬家，我国已经研发出了不同能力的支架搬运车来满足快速搬家的需求。工作面的搬迁工艺包括撤架的通道支护或掘进、停采前的顶板维护、工作面支架的撤装支架运输等。组织工作面快速搬家对最大限度的增加综合机械化采煤工作面的连续生产时间，提高10工作面单产以及效率都是十分有效用的，要实现工作面快速搬家的关键在于先进的搬家设备、工艺和管理工作。这主要包括：工作面设备运输和撤装采用无轨运输车、单轨吊和拖车等设备，并且目前我国已经研制出了具有独立知识产权的辅助运输设备，拥有包括轻型卡、工程车、特种车等在内的20多个品种，基本上满足了快速搬家的需求；改进采煤系统，缩短设备搬迁距离，减少运输环节，加大巷道断面，用液压支架等大型设备进行整体搬家；合理组织搬家工序，组织平行作业。三、结束语：1、创新是企业发展的动力，在新形势下，煤炭