煤礦采煤方法科學(xué)技術(shù)論文
1煤礦開(kāi)采技術(shù)現狀及趨勢
中國是世界上煤炭資源最豐富的國家之一，據不完全統計，我國煤炭明總儲量在9000億t以上，含煤面積55萬(wàn)多平方千米，而且煤種齊全，我國一次性能量消費結構中，煤炭占75%以上，從煤中可以提取二百多種產(chǎn)品，因此煤炭工業(yè)發(fā)展的快慢，將直接關(guān)系到國計民生和我國的社會(huì )主義經(jīng)濟建設。新中國成立后，原煤產(chǎn)量飛速增長(cháng)，到2003年原煤產(chǎn)量已達30多億噸，居世界首位，近幾年來(lái)，由于對采煤方法進(jìn)行了改革以及更新了一批現代化采煤設備，已使一批煤礦跨入了現代化高產(chǎn)高效煤礦的行列，隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展，煤礦安全條件將進(jìn)一步得到改善，煤礦采煤生產(chǎn)技術(shù)將達到國際先進(jìn)水平。從1954年英國裝備了世界上第一個(gè)綜合機械化采煤工作面，長(cháng)壁綜采在世界上采用半個(gè)多世紀，已經(jīng)成為煤礦開(kāi)采的本質(zhì)安全技術(shù)。發(fā)展長(cháng)壁開(kāi)采的早中期，也是煤炭科學(xué)研究異�；钴S的時(shí)期。長(cháng)壁工作面支架支護的目的，就是要把冒頂限制到最低限度，衡量支架效果的尺度是“冒頂”。
我國發(fā)展綜合機械化采煤的初期實(shí)踐也表明，控制頂板的關(guān)鍵，就是防止工作面端面的破壞，因而選擇支架不僅僅要有足夠的工作阻力，更重要的是對端面無(wú)支護空間頂板的有效支護。近年來(lái)，我國煤礦發(fā)展高產(chǎn)高效的重要經(jīng)驗之一，是以高阻力、大功率、數字化自動(dòng)控制、高可靠性的裝備支持工作面高速長(cháng)距離推進(jìn)，高產(chǎn)高效開(kāi)采必須有可靠的地質(zhì)保障系統，中國礦業(yè)大學(xué)韓德馨院士和彭蘇萍教授提出，“高產(chǎn)高效礦井地質(zhì)保障系統是根據高產(chǎn)高效礦井機械化、集中化程度高的特點(diǎn)，以地質(zhì)量化預測為先導，以物探、鉆探等綜合技術(shù)為手段，并依托先進(jìn)的計算機技術(shù)實(shí)現生產(chǎn)地質(zhì)工作的動(dòng)態(tài)管理。它要求為礦井設計、采區布置、生產(chǎn)準備、采面布置到回采等各個(gè)層次或階段提供可靠的地質(zhì)保障。因此，要實(shí)現煤礦生產(chǎn)的高產(chǎn)高效，除選擇優(yōu)勢資源區塊為開(kāi)采場(chǎng)地外，更重要的是對影響煤炭開(kāi)采的地質(zhì)因素有系統和清楚的掌握”。需要指出，并不是所有的礦區和礦井都有“得天獨厚”的條件，都能創(chuàng )造“世界紀錄”。依賴(lài)于一定的煤層賦存條件，一個(gè)礦區必須有一個(gè)合理的開(kāi)發(fā)強度，也決定了工作面應有一個(gè)合理的生產(chǎn)能力，才能獲得最佳的經(jīng)濟效益。從生態(tài)環(huán)境保護角度探討了礦區開(kāi)發(fā)的可持續發(fā)展問(wèn)題，認為應該堅持統一規劃、合理布局、適度規模、分散開(kāi)發(fā)、就近轉化、保水采煤的開(kāi)采總方針，堅決杜絕小煤窯濫采亂挖，組建大型集團公司統一開(kāi)發(fā)，作好煤炭液化、氣化、水與煤關(guān)系的研究工作，確保礦區經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調。煤炭開(kāi)采也要注意人與自然的和諧共存，夏玉成教授在“構造環(huán)境對煤礦區地表環(huán)境災害的控制作用”一文中指出，在不同構造環(huán)境下，同樣強度的地下采礦活動(dòng)在地表所造成的環(huán)境災害現象是有明顯差異的。在不同構造條件的煤礦區，地質(zhì)環(huán)境的抗擾動(dòng)能力不同，因而對地下開(kāi)采的承載能力也就不同�？箶_動(dòng)能力強的煤礦區可以承受較大的開(kāi)采強度，而抗擾動(dòng)能力差的煤礦區，同樣強度的地下開(kāi)采，就會(huì )導致嚴重的地表?yè)p害甚至環(huán)境災害。
從這個(gè)意義上說(shuō)，與地下采礦有關(guān)的煤礦區地表環(huán)境災害，源于采動(dòng)，但其形式與發(fā)展受控于構造環(huán)境。而采動(dòng)損害是指由于地下采動(dòng)在地表產(chǎn)生的開(kāi)裂、沉降和塌陷等嚴重損害地表生態(tài)環(huán)境的地質(zhì)災害。在構造介質(zhì)、構造界面特征相似，開(kāi)采強度也相同的條件下，煤礦區采動(dòng)損害與其所處的構造應力場(chǎng)性質(zhì)有關(guān)。在構造擠壓區，一定的地下開(kāi)采強度可能不會(huì )對地表造成強烈損害；而在構造伸展區同樣強度的地下開(kāi)采則可能對地表生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞。長(cháng)壁開(kāi)采應該提升到一個(gè)新的科學(xué)平臺，進(jìn)行開(kāi)采環(huán)境評價(jià)以保證合理的開(kāi)采強度，不損害地表環(huán)境。
2規范小煤礦采煤方法
李毅中局長(cháng)在最近召開(kāi)的全國小煤礦安全基礎管理工作現場(chǎng)會(huì )上講話(huà)指出，20世紀80年代初國家放寬辦礦政策，提倡“國營(yíng)、集體和個(gè)人一起上”、“大中小煤礦共同發(fā)展”，受“有水快流”的影響，個(gè)體煤礦大量出現。原有的集體所有制煤礦通過(guò)承包租賃、轉讓出售、股份改造等方法途徑，轉變?yōu)閭�(gè)體或民營(yíng)煤礦。1995年全國鄉鎮煤礦多達72919處，產(chǎn)煤6.66億t，占當年全國煤炭產(chǎn)量的48.9％。2005年8月煤礦整頓關(guān)閉攻堅戰開(kāi)始之際，全國共有小煤礦約2.3萬(wàn)處。經(jīng)過(guò)近兩年的努力，截至2007年6月底，累計關(guān)閉非法和不具備安全生產(chǎn)條件、破壞資源環(huán)境、不符合國家產(chǎn)業(yè)政策的.礦井9075處。據統計在建、改擴建小礦約為3270處。以上合計，目前全國共有小煤礦1.7萬(wàn)處左右。經(jīng)過(guò)整頓關(guān)閉之后保留下來(lái)的小煤礦，安全生產(chǎn)基礎條件總體上得到改善，安全保障能力有所提高。這是對我國小煤礦發(fā)展現狀的總體認識。目前“合法”存在的有以下幾類(lèi)：長(cháng)壁留煤柱采煤法：其基本技術(shù)特征是工作面長(cháng)壁布置、長(cháng)壁推進(jìn)。一類(lèi)是每推進(jìn)一段距離，保留一部分煤柱，形成問(wèn)歇式推進(jìn)；一類(lèi)是在采空區保留一部分煤柱，以支撐頂板防止工作面切頂�，F代房柱式采煤法：主要是指引進(jìn)國外連續采煤機房柱式采煤法或短壁采煤法，和在此基礎上發(fā)展的現代房柱式采煤，以連續采煤機或掘進(jìn)機開(kāi)掘巷房和回采煤柱、機械裝煤、采用梭車(chē)或膠輪車(chē)運輸、錨桿支護技術(shù)或專(zhuān)用自移支架為主要特征。條帶采煤法和條帶放頂煤采煤法：這是國內外“三下”采煤，為了控制地表下沉，廣泛采用的一種采煤方法。開(kāi)采區域采用類(lèi)似長(cháng)壁布置的方式，上、下部邊界分別布置通風(fēng)和運輸平巷，垂直于通風(fēng)和運輸平巷劃分若干個(gè)開(kāi)采條帶，條帶間保留一定寬度的煤柱支撐頂板。還有在若干個(gè)條帶開(kāi)采后，保留一個(gè)寬度更大的隔離煤柱。采用條帶布置，在開(kāi)采特厚煤層時(shí)，沿底板布置開(kāi)采層，放落其上放的頂煤，稱(chēng)為條帶放頂煤采煤法。上述三類(lèi)采煤方法，實(shí)際上也是國內外除典型的長(cháng)壁采煤方法外，廣泛采用的。都已形成自身的關(guān)鍵技術(shù)體系，鑒于文章分量限制，就不再贅述。長(cháng)壁留煤柱開(kāi)采，是國外在發(fā)展綜合機械化采煤前，采用的四類(lèi)采空區控制方法之一。主要是單體支柱支護的條件下，支護阻力不足以抗御頂板壓力時(shí)采用。長(cháng)壁留煤柱采煤方法長(cháng)壁工作面不能連續推進(jìn)，遇煤柱就搬家，一般采用單體支柱，制約生產(chǎn)能力，需要進(jìn)一步改進(jìn)。
3復雜地質(zhì)條件下工作面高效開(kāi)采技術(shù)
3.1地質(zhì)條件
煤礦93下07工作面煤層平均厚度2.98m,煤層平均傾角11°,最大傾角15°,工作面整體為單斜構造,小構造極為發(fā)育,密度大,落差不太大。掘進(jìn)過(guò)程中,上、下巷道及切眼共揭露小斷層53條。工作面直接頂為細砂巖,直接底為粉砂巖。最大涌水量為72m3/h,低瓦斯,有煤塵爆炸危險。
3.2過(guò)斷層技術(shù)的論證
根據斷層密,而落差較小的地質(zhì)狀況,綜合各種過(guò)斷層方法的利弊,并通過(guò)經(jīng)濟技術(shù)比較、技術(shù)可行性研究以及對設備性能進(jìn)行充分研究的前提下,決定采用加強支護強行過(guò)斷層的方法開(kāi)采93下07工作面。工作面強行過(guò)斷層,由于斷層帶附近裂隙發(fā)育,煤巖的整體性破壞嚴重,斷層附近的煤巖破碎嚴重,綜采面向前推進(jìn)很容易形成端面冒頂,影響工作面的正常生產(chǎn),為了分析綜采面過(guò)斷層時(shí)產(chǎn)生冒頂的原因,下面以綜采面過(guò)下斷層從上盤(pán)向下盤(pán)推進(jìn)為例來(lái)說(shuō)明，當綜采面從上盤(pán)接近斷層面時(shí),斷層破碎帶弱變區A范圍內的煤層因破壞嚴重,其內聚力幾乎為零,容易發(fā)生片幫,使端面空項距增大,破碎的頂板巖層很容易造成冒頂。
3.3端面控制
綜采工作面破碎頂板的端面冒頂是影響生產(chǎn)的重要因素,據調查,因頂板控制不好造成工作面停產(chǎn)時(shí)間占總停產(chǎn)時(shí)間的2614%。93上07工作面由于斷層的影響和頂板本身性質(zhì)的原因,頂板管理難度較大,因此端面控制也是實(shí)現工作面高產(chǎn)高效的一個(gè)重點(diǎn)。(1)端面距是影響生產(chǎn)的主要因素之一,研究表明,隨著(zhù)端面控頂距離的增加,頂板冒落度也隨著(zhù)增加。在93上07工作面開(kāi)采過(guò)程中,要密切監視和嚴格管理頂板,在斷層頂板破碎處及巷道三角點(diǎn)處時(shí)要用坑代品、工字鋼、板梁及時(shí)接頂,防止空頂。頂板出現冒落時(shí),要及時(shí)打木垛控頂。此外,端面距增加也是煤壁片幫的一個(gè)原因,因此在開(kāi)采過(guò)程中要控制好采高,利用好支架的護幫作用,盡量減少片幫的面積和數量。
3.4工作面開(kāi)采過(guò)程中的其他因素
(1)采高。由于開(kāi)采過(guò)程中頂板條件不是很好,采高不宜過(guò)大,適當的降低采高可以有效地控制端面距,防止頂板的大規模破碎,產(chǎn)生冒頂。(2)工作面推進(jìn)速度。工作面的地質(zhì)條件復雜,根據礦山壓力顯現特性,工作面推進(jìn)越快,壓力作用越不明顯,掘進(jìn)越慢作用越明顯。(3)移架推溜方式。為了保護好頂板,應該先移架后推溜,這樣及時(shí)支護減小了空頂面積,對維護頂板的完整性有很好的作用。(4)超前支護。根據礦山壓力顯現特性和巖體的連續性原理,超前支護可以有效地緩解礦壓在切眼處的作用,從而對地質(zhì)復雜而引起的頂板破壞有一定的保護作用。(5)端頭支護。兩巷道及切眼的連接處的三角煤處,壓力最大最易顯現,也最容易出現冒頂事故,在兩頭一定要加大支護強度,采用密集柱子支護加邁步抬棚支護。煤礦93下07工作面小斷層極為發(fā)育且密度大,通過(guò)嚴密的論證和科學(xué)的施工,取得了252m長(cháng)的工作面月進(jìn)尺180.45m、生產(chǎn)原煤20.6萬(wàn)t的好成績(jì)。
4開(kāi)采方法選擇
采煤方法的選擇必須堅持符合安全、經(jīng)濟、煤炭采出率高的原則。采煤方法的選擇在基于上述原則的基礎上，應大力提高可采煤炭的回采率，看到具體煤層的優(yōu)點(diǎn)以及它所適應的最合理的開(kāi)采方法，減少資源浪費，加強環(huán)保。歸納為以下幾點(diǎn)：(1)在煤層埋藏比較淺，地質(zhì)條件比較好的煤礦中應大力提倡綜采，依靠引進(jìn)全套的先進(jìn)設備，比如神華集團神東煤炭公司大柳塔，依靠先進(jìn)的設備和優(yōu)越的地理條件，實(shí)現了單井首次破千萬(wàn)噸，2002年綜采工作面年產(chǎn)量達到847萬(wàn)t，刷新世界紀錄。(2)對于煤層比較厚，且埋藏不是很淺的情況下，應充分利用放頂煤開(kāi)采技術(shù)。比如兗礦集團興降莊礦綜采一隊產(chǎn)煤超639．92萬(wàn)t，并創(chuàng )造了綜放工作面最高月產(chǎn)63．2萬(wàn)t的全國紀錄。(3)對于急斜煤層則可以采用水平分層放頂煤開(kāi)采工藝，提高回采率，并且大大提高工作面年產(chǎn)量。
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