趙學(xué)文

采煤技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀

采煤方法種類很多，目前世界主要產(chǎn)煤國家使用的采煤方法，總的劃分為：壁式盒柱式兩大類。這兩種不同類型的采煤方法，無論從采煤系統(tǒng)還是回采工藝多有很大的區(qū)別。

柱式采煤法的特點(diǎn)是煤壁短呈方柱形，同時(shí)開采的工作面數(shù)較多，采出的煤炭垂直于工作面方向運(yùn)出。壁式采煤法的特點(diǎn)是煤比較長、工作面的兩端巷道分別做為進(jìn)縫合回風(fēng)、運(yùn)煤和運(yùn)料用，采出的煤炭平行于煤壁方向運(yùn)出工作面，我國多采用壁式采煤法開采煤層。

壁式采煤法一般以長工作面采煤為其主要特征，產(chǎn)量約占我國國有重點(diǎn)煤礦的95%以上。隨著煤層厚度及傾角的不同，開采技術(shù)和采煤方法會有所區(qū)別。對于薄及中厚煤層，一般都是按煤層全厚一次采出，即正層開采。對于厚煤層，可把它分為若干中等厚度進(jìn)行開采，即分層開采，也可以采用放頂煤整層開采。無論整層開采或分層開采，依據(jù)不同傾角，按采煤工作面推進(jìn)方向，又可分為走向長壁開采和傾斜長壁開采兩種類型。

壁式體系采煤法優(yōu)點(diǎn)。巷道布置簡單，巷道掘進(jìn)和維護(hù)費(fèi)用低、投產(chǎn)快；運(yùn)輸系統(tǒng)簡單，占用設(shè)備少，運(yùn)輸費(fèi)用低；減少了工作面長度的變化給生產(chǎn)帶來的不利影Ⅱ向，對綜合機(jī)械化采煤非常有利；通風(fēng)線路短，風(fēng)流方向轉(zhuǎn)折變化少，同時(shí)使巷道交叉點(diǎn)和風(fēng)橋等通風(fēng)構(gòu)筑物也相應(yīng)減少。

壁式體系采煤法缺點(diǎn)。長距離的傾斜巷道，使掘進(jìn)及輔助運(yùn)輸、行人比較困難：有時(shí)在污風(fēng)下行問題。

長壁放頂煤采煤法優(yōu)點(diǎn)。單產(chǎn)高：工作面內(nèi)具有多個(gè)出煤點(diǎn)，而且在工作面內(nèi)可實(shí)現(xiàn)分段平行作業(yè)，即在不同地段采煤和放煤同時(shí)進(jìn)行，因而易于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)；效率高：由于放頂煤工作面的一次采出厚度大，生產(chǎn)集中，放煤工藝勞動(dòng)量小以及出煤點(diǎn)增多等原因，其生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益大幅度提高；成本低：放頂煤開采比分層開采減少了分層數(shù)目和鋪網(wǎng)工序，由此節(jié)省了鋪網(wǎng)費(fèi)用，此外，其它材料、電力消耗，工資費(fèi)用等也都相應(yīng)減少：巷道掘進(jìn)量小：掘進(jìn)量和巷道維護(hù)費(fèi)用減少，便于采掘接替。

長壁放頂煤采煤法缺點(diǎn)。煤損失多：在目前的技術(shù)水平條件下，放頂煤開采的工作面煤炭采出率一般比分層開采低10%左右；易發(fā)火：由于煤損較多，在回采期間采空區(qū)就可能發(fā)生自然：煤塵大：在放頂煤工作面，采煤機(jī)割煤、支架操作時(shí)的架間漏煤及放煤為煤粉的來源；瓦斯易積聚：與分層開采相比，放頂煤開采的產(chǎn)量集中，瓦斯散發(fā)面大，采空區(qū)高度大，易于瓦斯積聚。

采煤技術(shù)的發(fā)展趨勢

礦山機(jī)械的發(fā)展一人類的科技進(jìn)步、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和整體行業(yè)水平息息相關(guān)，特別是與機(jī)械工程科學(xué)和采礦科學(xué)的發(fā)展緊密相聯(lián)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)前沿具有明顯的時(shí)域、領(lǐng)域和動(dòng)態(tài)特性。信息科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、納米科學(xué)、管理科里和制造科學(xué)是改變21世紀(jì)的主流科學(xué)，由此產(chǎn)生的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界。不同科學(xué)之間的交叉融合將產(chǎn)生新的科學(xué)聚焦，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步對礦山機(jī)械產(chǎn)生新的要求和期望。機(jī)械工程科學(xué)發(fā)展的總趨勢將是數(shù)字化、智能化、精密化、微型化、生命化和生態(tài)化。礦山機(jī)械作為機(jī)械工程學(xué)科的一個(gè)分支，也遵循這個(gè)發(fā)展的總趨勢。同時(shí)，結(jié)合礦山行業(yè)的特點(diǎn)，其發(fā)展趨向是數(shù)字化、智能化、生態(tài)化和宜人化。礦山機(jī)械制造業(yè)應(yīng)不斷融入人類在各領(lǐng)域的優(yōu)秀成果，面向國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)重大需求，以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

礦山機(jī)械發(fā)展的動(dòng)務(wù)機(jī)制市場競爭驅(qū)動(dòng)。我國礦山機(jī)械的整體水平與國際先進(jìn)水平相比尚有差距。子邁向礦山機(jī)械制造強(qiáng)國的征途中，機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。產(chǎn)品設(shè)計(jì)是制造業(yè)的靈魂，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、質(zhì)量、成本交貨時(shí)間及可制造性、可維修性、報(bào)廢后處理以及人、機(jī)和環(huán)境關(guān)系等，原則上都是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段決定的。產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力已成為決定企業(yè)在全球化競爭中地位的首要要素。

礦山機(jī)械是技術(shù)含量和集成化很高的裝備，新設(shè)備的開發(fā)中不斷將人類在各領(lǐng)域成果融合進(jìn)來，隨著材料科學(xué)、制造工藝、信息科技計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，每一輪產(chǎn)品都有新的技術(shù)注入，零部件的更新周期越來越短、新設(shè)備換代越來越快，尤其是大型礦山機(jī)械的開發(fā)，五成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒而要不允許設(shè)計(jì)中出現(xiàn)任何失誤，因此必須借助多科學(xué)的技術(shù)融合，提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力和市場競爭能力。礦山機(jī)械和計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜合的基礎(chǔ)上形成了數(shù)字化的發(fā)展趨勢。

經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。隨著社會進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對資源和能源的需求量越來越大，而我國是一個(gè)資源相對貧乏的國家。隨著資源的開發(fā)，開采深度的逐漸增加，由陸地向海洋延伸，資源開采條件日益惡劣化，安全開采的形式日趨嚴(yán)重；我國煤炭開采的深度已達(dá)到1000m，金屬礦的濃度達(dá)到1380m，礦床開采深度增加，地下水、瓦斯、高地應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造是資源開采難度大大增加。

自動(dòng)化無人工作面開采是井下或危險(xiǎn)環(huán)境采礦的發(fā)展方向，也是保障工作面安全開采的有效途徑。綜合應(yīng)用采礦學(xué)、自動(dòng)化技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)等，進(jìn)行自動(dòng)化無人工作面開采的基本理論研究和開發(fā)新技術(shù)、新裝備，使礦山機(jī)械將向機(jī)器人化合自能化方向發(fā)展。

煤炭開采技術(shù)

改進(jìn)采煤方法和工藝：礦井集約化開拓布置技術(shù)。隨著生產(chǎn)集約化合自動(dòng)化程度的提高，在地質(zhì)條件允許的礦區(qū)，可以走一井一面的集約化生產(chǎn)模式，而在地質(zhì)條件不允許的礦區(qū)，也可以走多井生產(chǎn)，一井出煤的模式大量減少地面設(shè)施和簡化生產(chǎn)流程，降低管理成本。

短壁開采工藝技術(shù)。隨著大規(guī)模粗放性開采，適合長壁開采的煤炭資源日益減少，但長壁開采后的殘留煤柱，不能布置長壁式殘采煤區(qū)，不規(guī)劃塊段等的煤炭儲量卻在逐年上升，一些城市和村鎮(zhèn)的建筑物下、鐵路下、水體下（以下簡稱“三下”）壓煤量也很大：另外，處于礦區(qū)煤田的邊緣地帶、小的地質(zhì)構(gòu)造附近的煤炭，均不能用常規(guī)的長壁開采技術(shù)采出，因此，短壁開采技術(shù)將有很大的發(fā)展空間。為滿足適應(yīng)短壁開采，又可快速掘進(jìn)的需求，將需要開發(fā)出能夠進(jìn)行橫軸與縱軸切割方式互換的用于半煤巖巷道掘進(jìn)和煤巷快速掘進(jìn)的掘進(jìn)機(jī)短壁開采離機(jī)遙控操作系統(tǒng)、連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)以及短壁工作面通風(fēng)安全系統(tǒng)等。

機(jī)電一體化、自動(dòng)化煤礦開采技術(shù)裝備。應(yīng)用電力電子驅(qū)動(dòng)、傳感檢測、計(jì)算機(jī)與自動(dòng)控制、機(jī)械一電氣一體化設(shè)計(jì)等技術(shù)研究開發(fā)的煤礦新一代采掘、運(yùn)輸、提升等新型開采設(shè)備將不斷涌現(xiàn)。這些設(shè)備總體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)械一電氣控制操縱一體化設(shè)計(jì)，具備工況自動(dòng)監(jiān)測監(jiān)控功能，傳動(dòng)系統(tǒng)采用程序控制調(diào)速和軟啟動(dòng)。煤礦機(jī)械機(jī)電一體化新型技術(shù)裝備總體結(jié)構(gòu)更合理，在煤礦井下狹小作業(yè)空間工作更加可靠、維修更加方便；配備更大功率的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，生產(chǎn)能力大幅度提高，在操縱和性能上實(shí)現(xiàn)程序控制、離機(jī)遙控、自動(dòng)監(jiān)測監(jiān)控，使煤礦傳統(tǒng)的采掘、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備功能內(nèi)涵發(fā)生重大突破，為生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制奠定基礎(chǔ)。

采用礦井網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)。為適應(yīng)高度集中化生產(chǎn)模式和煤礦生產(chǎn)集團(tuán)化管理模式，先進(jìn)采煤國家研制開發(fā)了礦井自動(dòng)化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)已基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測監(jiān)控。全礦井綜合自動(dòng)化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)集語言、數(shù)據(jù)、圖像于一體，兼容各種專用監(jiān)控系統(tǒng)功能的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將監(jiān)測、控制、通信功能合成一網(wǎng)，并發(fā)展靈活、方便的無線接入技術(shù)。監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋全礦井各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控層、生產(chǎn)與安全集中控制監(jiān)視層、信息管理層3個(gè)層次，通過各種礦用控制器、傳感器、通信終端、攝像器等實(shí)現(xiàn)對綜采工作面和礦井運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等設(shè)備和礦井瓦斯、煤塵等安全參數(shù)的自動(dòng)化監(jiān)測和監(jiān)控。

采煤技術(shù)不僅是衡量一個(gè)國家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志，也是國際間科技競爭的重點(diǎn)。我國正處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，采煤技術(shù)是我們的薄弱環(huán)節(jié)。只有跟上發(fā)展先進(jìn)采煤技術(shù)的世界潮流，將其放在戰(zhàn)略有限地位，并以足夠的力度予以實(shí)施，才能盡快縮小與發(fā)達(dá)國家的差距，才能在激烈的市場敬振華中立于不敗之地。