煤炭科学开采内涵及思考

王家臣中国矿业大学(北京)2013-031我国煤炭资源开采特点我国煤炭开采的主要问题科学采矿的内涵科学采矿技术进展急需解决的问题提纲21.我国煤炭开采特点ThedistributionofcoalresourceinChina3.8%40.1%40.6%4.5%5.8%2.6%2.6%3与经济发达程度、水资源丰度呈逆向分布高瓦斯、突出矿井多，50%多煤层开采，反复扰动地质构造复杂，机械化困难、安全难度大水患威胁严重煤炭资源赋存特点4煤炭生产特点产量大,12年达37.4亿t,占世界煤炭产量51%开采强度大(2500万t/a)地下开采比例大,达90%，矿井数量多:1.5万处多种所有制并存不同所有制、不同地区技术差别大煤炭产量持续大幅度增加(近2亿t/a)5U.S.A60%India62%Australia70%Canada91%Russia62%SouthAfrica50%Thecoalproductionratioofthesurfacetotheundergroundminingintheworld6大型基地建设取得成效。2010年14个大基地产量达28亿吨，占全国煤炭产量的87.5%内蒙古、山西、河南、贵州、山东、安徽、河北、新疆等八省区的年煤炭产量超过亿吨，总产量23.5亿吨，占全国的72.53%TheCoalProductionduring“EleventhFivePlan”Coaloutput(0.1billion)Increaseratio705101520253035200520062007200820092010煤炭总量国有重点国有地方乡镇煤矿国有重点煤矿68.75亿吨State-operatedcoalenterprise乡镇煤矿52.36亿吨Smallcoalenterprise国有地方煤矿17.93亿吨Localstate-operatedcoalenterprise“十一五”期间各所有制煤炭产量累计82、我国煤炭开采的主要问题伤亡事故多,安全形势严峻资源回收率低机械化程度不均衡环境修复与再造需要加强行业总体收入不高9我国煤矿事故起数由2005年的3306起下降到2010年的1403起，下降了57.6%；死亡人数由2005年的5983人下降到2010年的2433人，下降了59%；煤炭百万吨死亡率由2.811下降到0.749，下降了73%。Thesafetysituationperyearduring“EleventhFivePlan”AccidentEventsFatalitiesFatalitiesper1000thousandtonsofcoal2011年百万吨死亡率0.5641002468101214国有重点煤矿地方国有煤矿乡镇煤矿产量*10亿t死亡人数*1000人百万吨死亡率全国平均国有重点国有地方乡镇0.7490.2890.6241.4172010年各类煤矿百万吨死亡率十一五期间不同所有制的煤炭产量、死亡人数和百万吨死亡率1141179561120275317432442491012597825638910271311465181155310662991393776402560200400600800100012001400160018002000北京河北山西内蒙古辽宁吉林黑龙江江苏安徽福建江西山东河南湖北湖南广西四川贵州云南重庆陕西甘肃青海宁夏新疆新疆兵团“十一五”期间全国各省市煤矿死亡人数12MostDangerousProfessionsintheU.S.(fatalitiesper100,000workers)1-Fishermen&Crabbers(111.8)2-Loggers(86.4)3-Pilots&FlightEngineers(66.7)4-Iron&SteelWorkers(45.5)5-Oil&GasProduction(43.9)6-Farmers&Ranchers(38.4)7-CoalMiners(29.9)8-Roofers(29.4)9-ElectricalPowerLineInstallers/Repairers(29.1)10-TruckDrivers(26.2)11-Refuse&RecyclableMaterialCollectors(22.8)12-Police&PatrolOfficers(21.4)Source:USLaborStatistics13143.科学采矿的内涵科学采矿:是一个抽象概念，但有其具体内涵：（1）安全生产，主要安全指标达到或接近先进采煤国家水平，或者好于全国其它基础行业；（2）机械化或自动化开采以提高生产效率和改善作业条件，工人作业不但安全，还应舒适；（3）提高煤炭及伴生资源采出率，最大限度地节约或采出地下资源及伴生资源，满足或高于国家和行业标准；（4）煤矿开采必须在全国或地区环境容许的承载能力之内，且对开采扰动造成的环境损害进行修复；（5）清洁、节约、可持续发展，实现零排放。15科学采矿的实现全国范围内有序开采、科学开采煤矿企业内有序开采、科学开采由国家有关部门负责由企业内部负责164.科学采矿技术进展4.1特厚煤层开采（1）大采高开采(≥6m)工作面月产150万吨、采高7米、支架阻力20000KN水平17ZF15000/28/52shieldsupportfortop-coalcaving（2）放顶煤开采(≥12m)特厚煤层软煤层急倾斜特厚煤层近距离煤层合层综放工作面月产150万吨(≥6m)18美国支架工作阻力逐年增加最近的25年来,美国支架工作阻力平均每年增加20短吨（177.8KN），目前最大支架工作阻力达到1330短吨（11827KN）（3）支架工作阻力迅速增加大工作阻力支架有利于控制顶板下沉和提高支架可靠性，有利于防止煤壁片帮和端面漏冒；因此,在经济和矿井条件允许情况下，普遍趋向采用大阻力支架，在近10年来支架工作阻力增加了一倍，平均每年以1000KN的速度增加,目前达到20000KN的水平。194.2充填开采充填方式固体重量浓度工艺技术优点工程应用强度成本（1）矸石充填100%简单、耐久﹤1MPa低（2）高水材料20%流动性好﹤1.5MPa高（3）膏体充填80%~84%强度大﹤4MPa较高（4）高浓度胶结75~80%流动性好、强度大﹤5MPa较高工作面最高月产煤炭8万吨（1）地面塌陷（2）坚硬顶板控制（3）底板破坏与突水20214.3自动化开采与远程控制224.4煤与瓦斯共采234.5大倾角综采（1）工作面先移排头架，自下而上移架（2）移排头架，间隔交叉移架，互为依托12345123451234512345工作面综采可以达到60°煤层24塌陷区治理难点土地贫瘠干旱缺水根系拉伤增加养分吸收节约水分利用修复根系功能菌根生态功能微生物复垦试验示范基地建设以简单的微生物技术取代大规模整地工程技术，因地制宜布设示范区4.6微生物复垦25向日葵在生长3个月后，接种菌根效果显著，开花期提前2周，花盘明显增大（种植2年均有此规律）对照接菌265.急需解决的问题5.1提高特厚煤层开采回收率27（1）煤柱留设与无煤柱开采沿空掘巷引起的煤帮应力重新分布掘巷后掘巷前窄煤柱护巷引起的煤帮应力重新分布掘巷后掘巷前一般煤柱宽度20~30m，占煤损的10~15%。建议沿空留巷，充填材料护巷，无煤柱开采（2）尽可能加大工作面长度和可采长度800~1000ft/70%601~800ft/13%1001~1200ft/11%＜601ft/2%＞1200ft/4%2005年美国长壁工作面长度统计最大1450ft(442m)平均978ft(298m)2005年美国长壁工作面可采长度统计最大16000ft(4877m)平均8629ft(2629m)29（3）确定合理采高与工艺方法大采高放顶煤合理采高，以提高回收率为目标顶煤回收率是关键大同朱罗系煤体三维网络平朔煤体三维网络Beacher’sModel工作面回收率30顶煤跟踪仪3100.20.40.60.813.724.445.286.367.2工作面钻孔安装顶煤跟踪标签工作面埋深/m倾角/°f=割煤高度/m顶煤厚度/m放煤步距/m顶煤回收率/%1337~53023.53.59.70.853.22337~53124.04.09.30.858.33104~12222.52.53.50.683.34200~25023.03.04.20.869.65420~546452.52.58.51.268.56480~510122.52.58.81.068.532（4）放顶煤开采的采选综合效益最大化0123456789101112131415160102030405060708090100实测数据试验数据实测拟合曲线试验拟合曲线工作面总回收率（%）总含矸率（%）采煤与选煤回收率与含矸率的关系放顶煤开采工作面回收率与含矸率的关系330.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50020406080100120140160经济效益总含矸率0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50020406080100120140经济效益总含矸率)98.013.03.0(*)13.18063.3(09.001.0wcwcRRwseeRRE)0.14.021.0(*)13.18063.3(02.008.0wcwcRRwseeRRE放顶煤开采工作面采选综合效益最大化数学模型煤层A煤层BR—工作面可采储量;Rws—工作面含矸率。345.2提高充填开采效率和降低开采成本（1）充填开采的目的农田下村庄下水体下铁路与道路下坚硬顶板冲击底板破坏突水（2）建立不同充填开采目的的技术准则（3）建立充填开采支架围岩关系及控制目标5.3矿区科学规划和有序开采（1）考虑环境、水资源的承载能力（2）保证煤炭及伴生资源的回收率（3）先易后难，保障安全开采条件（4）改善作业条件5.4开采的安全保障（1）矿井条件（2）安全技术与装备（3）安全管理（4）安全监察与监管（5）人员素质避免3人以上事故减少死亡事故365.5提高工资成本（1）提高人员素质（2）提高人员工资（3）遇到困难首先降低员工工资的做法值得商榷（4）管理人员与技术干部要经常出去学习、交流提高从业人员素质5.6科学人才培养（1）力学（2）机电与信息（3）数学与计算机（4）资源经济与环境（5）管理与文化人才是根本WelcometoChinaUniversityofMiningandTechnology—Beijing37