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我國煤礦開采技術(shù)發(fā)展的方向探討

http://mamafrist.com 2015年09月19日        

摘 要 闡述了我國煤礦開采應(yīng)重點研究的7個技術(shù)領(lǐng)域:采煤方法和工藝,深礦井開采,“三下”采煤,減少矸石排放的開采技術(shù),圍巖控制技術(shù),小 煤礦技術(shù)改造和機(jī)械化開采技術(shù)以及地下氣化技術(shù)。
  關(guān)鍵詞 煤炭開采 開采技術(shù) 發(fā)展方向 中國
  在當(dāng)今科技經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新形勢下,煤炭開采技術(shù)的研究必須面向國內(nèi)國外兩個市場、面向經(jīng) 濟(jì)建設(shè)主戰(zhàn)場,立足于煤炭開采技術(shù)的前沿,立足于中國煤炭發(fā)展戰(zhàn)略所必要的技術(shù)儲備, 立足于煤炭工業(yè)中長期發(fā)展戰(zhàn)略所必須的關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān),立足于煤炭工業(yè)工程實際問題的 解決,重點從事中長期研究開發(fā)和技術(shù)儲備,跟蹤產(chǎn)業(yè)科技前沿,開發(fā)有自主知識產(chǎn)權(quán)的以 煤礦開采技術(shù)及配套裝備為主導(dǎo)的核心技術(shù),占領(lǐng)技術(shù)制高點。
  1 采煤方法和工藝
  采煤方法和工藝的進(jìn)步和完善始終是采礦學(xué)科發(fā)展的主題。采煤工藝的發(fā)展將帶動煤炭開采 各環(huán)節(jié)的變革,現(xiàn)代采煤工藝的發(fā)展方向是高產(chǎn)、高效、高安全性和高可靠性,基本途徑是 使采煤技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合,研究開發(fā)強(qiáng)力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采 煤設(shè)備和生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng),改進(jìn)和完善采煤工藝。在發(fā)展現(xiàn)代采煤工藝的同時,繼續(xù)發(fā)展多層次、多樣化的采煤工藝,建立具有中國特色的采煤工藝?yán)碚?。我國長壁采煤方法已趨成熟, 放頂煤采煤的應(yīng)用在不斷擴(kuò)展,應(yīng)用水平和理論研究的深度和廣度都在不斷提高,急傾斜、 不穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等難采煤層采煤方法和工藝的研究有很大空間,主要方向是改善作業(yè) 條件,提高單產(chǎn)和機(jī)械化水平。
  開發(fā)煤礦高效集約化生產(chǎn)技術(shù)、建設(shè)生產(chǎn)高度集中、高可靠性的高產(chǎn)高效礦井開采技術(shù)。以 提高工作面單產(chǎn)和生產(chǎn)集中化為核心,以提高效率和經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo),研究開發(fā)各種條件下 的高效能、高可靠性的采煤裝備和工藝,簡單、高效、可靠的生產(chǎn)系統(tǒng)和開采布置,生產(chǎn)過 程監(jiān)控與科學(xué)管理等相互配套的成套開采技術(shù),發(fā)展各種礦井煤層條件下的采煤機(jī)械化,進(jìn)一步改進(jìn)工藝和裝備,提高應(yīng)用水平和擴(kuò)大應(yīng)用范圍,提高采煤機(jī)械化的程度和水平。
 ?。?)開發(fā)“淺埋深、硬頂板、硬煤層高產(chǎn)高效現(xiàn)代開采成套技術(shù)”,主要解決以下技術(shù)難題。
  硬頂板控制技術(shù),研究埋深淺、地壓小的硬厚頂板控制技術(shù),主要通過巖層定向水力 壓裂、傾斜深孔爆破等頂板快速處理技術(shù),使直接頂能隨采隨冒,提高頂煤回收率,且基本 頂能按一定步距垮落,既有利于頂煤破碎,又保證工作面的安全生產(chǎn)。
  硬厚頂煤控制技術(shù),研究開發(fā)埋深淺、支承壓力小條件硬厚頂煤的快速處理技術(shù),包括高壓 注水壓裂技術(shù)和頂煤深孔預(yù)爆破處理技術(shù),使頂煤體能隨采隨冒,提高其回收率。
  頂煤冒放性差、塊度大的綜放開采成套設(shè)備配套技術(shù),研制既有利于頂煤破碎和頂板控制, 又有利于放頂煤的新型液壓支架,合理確定后部輸送機(jī)能力。
  兩硬條件下放頂煤開采快速推進(jìn)技術(shù),研究合適的綜放開采回采工藝,優(yōu)化工序,縮短放煤 時間,提高工作面的推進(jìn)度,實現(xiàn)高產(chǎn)高效。5~5.5m寬煤巷錨桿支護(hù)技術(shù),通過寬煤巷錨 桿支護(hù)技術(shù)的研究開發(fā)和應(yīng)用,有利于綜采配套設(shè)備的大功率和重型化,有助于連續(xù)采煤機(jī) 的應(yīng)用,促進(jìn)工作面的高產(chǎn)高效。
 ?。?)緩傾斜薄煤層長壁開采。主要研究開發(fā):體積小、功率大、高可靠性的薄煤層采煤機(jī) 、刨煤機(jī);研制適合刨煤機(jī)綜采的液壓支架;研究開發(fā)薄煤層工作面的總體配套技術(shù)和高效開采技術(shù)。
 ?。?)緩傾斜厚煤層一次采全厚大采高長壁綜采。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)完善支架結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度,加 強(qiáng) 支架防倒、防滑、防止頂梁焊縫開裂和四連桿變形、防止嚴(yán)重?fù)p壞千斤頂措施等的研究,提 高支架的可靠性,縮小其與中厚煤層(采高3m左右)高產(chǎn)高效指標(biāo)的差距。
 ?。?)各種綜采高產(chǎn)高效綜采設(shè)備保障系統(tǒng)。要實現(xiàn)高產(chǎn)高效,就要提高開機(jī)率,對“支架 —圍巖”系統(tǒng)、采運設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。今后研究的重點是:通過電液控制閥組操縱支架和改 善 “支架—圍巖”系統(tǒng)控制,進(jìn)一步完善液壓信息、支架位態(tài)、頂板狀態(tài)、支護(hù)質(zhì)量信息的自 動采集系統(tǒng);乳化液泵站及液壓系統(tǒng)運行狀態(tài)的檢測診斷;采煤機(jī)在線與離線相結(jié)合的“油 —磨屑”監(jiān)測和溫度、電信號的監(jiān)測;帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)全面狀態(tài)監(jiān)控。
  2 深礦井開采技術(shù)
  深礦井開采的關(guān)鍵技術(shù)是:煤層開采的礦壓控制、沖擊地壓防治、瓦斯和熱害治理及深井通 風(fēng)、井巷布置等;需要攻關(guān)研究的是:深井圍巖狀態(tài)和應(yīng)力場及分布狀態(tài)的特征;深井作業(yè) 場所工作環(huán)境的變化;深井巷道(特別是軟巖巷道)快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)與裝備;深井沖擊地 壓防治技術(shù)與監(jiān)測監(jiān)控技術(shù);深礦井高產(chǎn)高效開采有關(guān)配套技術(shù);深礦井開采熱害治理技術(shù) 與裝備。
  3 “三下”采煤技術(shù)
  提高數(shù)值模擬計算和相似材料模擬等,深入研究開采上覆巖層運動和地表沉陷規(guī)律,研究滿 足地表、建筑物、地下水資源保護(hù)需要的合理的開采系統(tǒng)和優(yōu)化參數(shù),發(fā)展沉降控制理論和 關(guān)鍵技術(shù),包括用地表廢料向垮落法工作面采空區(qū)充填的系統(tǒng);研究與應(yīng)用各種充填技術(shù)和 組合充填技術(shù),村莊房屋加固改造重建技術(shù),適于村莊保護(hù)的開采技術(shù);研究近水體開采的 開采設(shè)計、工藝參數(shù)優(yōu)化和裝備,提出煤炭開采與煤礦城市和諧統(tǒng)一的開采沉陷控制、開采 村莊下壓煤、土地復(fù)墾和礦井水資源化等關(guān)鍵技術(shù)。
  4 優(yōu)化巷道布置,減少矸石排放的開采技術(shù)
  改進(jìn)、完善現(xiàn)有采煤方法和開采布置, 以實現(xiàn)開采效益最大化為目標(biāo),研究開發(fā)煤礦地質(zhì) 條件開采巷道布置及工藝技術(shù)評價體系專家系統(tǒng),實現(xiàn)開采方法、開采布置與煤層地質(zhì)條件 的最優(yōu)匹配。
  總結(jié)推廣神華集團(tuán)大柳塔礦、潞安漳村礦實行全煤巷布置單一煤層開采,矸石基本不運出地 面,生產(chǎn)系統(tǒng)大大簡化,分別實現(xiàn)無軌膠輪、單軌吊輔助運輸一條龍,從井口直達(dá)工作面, 同時實現(xiàn)了綜采與綜掘同步發(fā)展,生產(chǎn)效率大幅提高的經(jīng)驗的同時,重點研究高產(chǎn)高效礦井 開拓部署與巷道布置系統(tǒng)的優(yōu)化,簡化巷道布置,優(yōu)化采區(qū)及工作面參數(shù),研究單一煤層集 中開拓,集中準(zhǔn)備、集中回采的關(guān)鍵技術(shù),大幅度降低巖巷掘進(jìn)率,多開煤巷,減少出矸率 ;研究矸石在井下直接處理、作為充填材料的技術(shù),既是減少污染的一項有力措施,又簡化 了生產(chǎn)系統(tǒng),有利于高產(chǎn)高效集中化開采,應(yīng)加緊研究。
  5 采場圍巖控制技術(shù)
  (1)進(jìn)一步完善采場圍巖控制理論。以科學(xué)合理、優(yōu)化高效的巖層控制技術(shù)來保證開采活動 的安全、高效、低成本為目標(biāo),深入總結(jié)我國幾十年的礦山壓力研究成果,以理論分析(解 析法)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)力學(xué)(統(tǒng)計分析預(yù)測、數(shù)值法)和實測法相結(jié)合運用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù),深 入研究各種煤層地質(zhì)及開采條件,如急傾斜、大采高、大采深采場礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律及圍巖 破壞與平衡機(jī)理,不斷完善采場圍巖控制技術(shù)。
  (2)研究堅硬頂板與破碎頂板條件下應(yīng)用高技術(shù)低成本巖層控制技術(shù)。 目前,由于應(yīng)用高 壓注水、深孔預(yù)裂爆破處理堅硬頂板和應(yīng)用化學(xué)加固技術(shù)存在工藝復(fù)雜、成本高的問題, 因而需進(jìn)一步研究開發(fā)新技術(shù)、新工藝、新材料來解決這些問題。
  (3)放頂煤開采巖層和支架—圍巖相互作用機(jī)理。研究放頂煤開采力學(xué)模型、圍巖應(yīng)力、頂 煤破碎機(jī)理、支架—頂煤—直接頂—基本頂相互作用關(guān)系;運用離散元等方法研究頂煤放落 規(guī)律,提出放煤優(yōu)化準(zhǔn)則和提高頂煤回收率的途徑。
  (4)支護(hù)質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測技術(shù)。在總結(jié)緩傾斜中厚長壁工作面開展支護(hù)質(zhì)量與頂板 動態(tài)監(jiān)測方面,應(yīng)進(jìn)一步在堅硬頂板、破碎頂板、急傾斜、放頂煤工作面開展支護(hù)質(zhì)量與頂板動態(tài)監(jiān)測,同時應(yīng)不斷完善現(xiàn)有的監(jiān)測技術(shù),發(fā)展智能化監(jiān)測系統(tǒng),改進(jìn)監(jiān)測儀表,使監(jiān)測儀表 向直觀、輕便、小型化方向發(fā)展。
  (5)沖擊地壓的預(yù)測和防治。通過計算機(jī)模擬研究沖擊性礦壓顯現(xiàn)發(fā)生的機(jī)理;進(jìn)一步完 善 沖擊性礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng),發(fā)展遙控測量和預(yù)報技術(shù),完善沖擊性礦壓綜合防治措施的優(yōu)化 選擇專家系統(tǒng)。
  (6)研究開發(fā)新型的支護(hù)設(shè)備。研究硬煤層、硬頂板放頂煤液壓支架,完善液壓支架性能和 快速移架系統(tǒng),開發(fā)耐炮崩、輕 型化單體液壓支柱和厚煤層巷道錨索和可伸縮錨桿。
  6 小煤礦技術(shù)改造和機(jī)械化開采技術(shù)
  實施國家關(guān)閉小煤礦,淘汰落后生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備,提高平均單井規(guī)模的技術(shù)政策,開發(fā) 小型煤礦機(jī)械化、半機(jī)械化開采技術(shù)和裝備,改進(jìn)小煤礦的采煤方法和開采工藝,提高采煤 工作面的單產(chǎn)和工效;提高小煤礦的頂?shù)装蹇刂萍夹g(shù)水平,最大限度地減少頂?shù)装迨鹿事省?br />  7 煤炭地下氣化技術(shù)
  煤炭地下氣化技術(shù)是將處于地下的煤炭進(jìn)行有控制的燃燒,通過對煤的熱化學(xué)作用而產(chǎn)生可 燃?xì)怏w的過程。煤炭地下氣化技術(shù)屬于一種特殊的采煤方法,它屬國際首創(chuàng)。煤炭地下氣化技術(shù)具有投資少、工期短、見效快、用人少、效率高、成本低 、效益好等優(yōu)點,尤其適合我國煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜、劣質(zhì)煤比例高、“三下”壓煤嚴(yán)重的具 體國情,具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。應(yīng)繼續(xù)研究完善“長通道、大斷面、兩階段”和“礦井 式氣化”兩種典型煤炭地下氣化工藝,進(jìn)行較大規(guī)模的地下氣化試驗研究,摸索實現(xiàn)“兩個 控制、三個穩(wěn)定”的技術(shù)途徑,并實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)探索應(yīng)用的途徑。

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