丁寶善

在煤礦生產(chǎn)中，礦井的生產(chǎn)能力與采用的技術(shù)及裝備存在巨大的關(guān)系。目前，高產(chǎn)高效的礦井大都采用先進(jìn)的采煤工藝。隨著自動化技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)備應(yīng)用中的普及，中國的煤礦開采方法和工藝日益改善，有的已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。此外，采煤方法也得到了很大的發(fā)展，例如適合厚煤層開采的放頂煤采煤方法。但是，由于中國地質(zhì)條件比較復(fù)雜，在面對傾角大、煤層不穩(wěn)定等地質(zhì)條件下的難采煤層時，現(xiàn)有的開采方法和工藝仍需改善。本文通過探討煤礦開采工藝及技術(shù)的發(fā)展，分析中國煤礦發(fā)展的未來及創(chuàng)新方向。

一、中國煤炭開采技術(shù)的現(xiàn)狀

在中國經(jīng)濟(jì)制度的影響下，煤炭開采技術(shù)結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了多元化，同時中國煤礦企業(yè)的運(yùn)營方式也呈現(xiàn)多樣化，出現(xiàn)國有企業(yè)、地方企業(yè)及個體私營企業(yè)并存的情況。受經(jīng)濟(jì)水平的限制，煤礦生產(chǎn)時出現(xiàn)了多樣化，出現(xiàn)了機(jī)械化、半機(jī)械化和手工生產(chǎn)多等級結(jié)構(gòu)。一方面，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在自動化技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的促進(jìn)下，煤礦全面機(jī)械化已經(jīng)完成，部分礦井已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動化;另一方面，煤礦開采也造成了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，這就促使綠色采礦技術(shù)廣泛應(yīng)用。高產(chǎn)、高效、安全、可靠是中國采煤技術(shù)及采煤工藝的目標(biāo)。要完成這一目標(biāo)，需要技術(shù)人員結(jié)合高新技術(shù)對采煤設(shè)備進(jìn)行完善和更新。目前，中國煤礦開采技術(shù)得到了完善，針對難采煤層也取得了一定的進(jìn)展，主要體現(xiàn)在研發(fā)了適應(yīng)不同地質(zhì)條件及煤層的開采技術(shù)及相應(yīng)的裝備。此外，在深礦井開采條件下，煤礦開采的安全性得到了保障。

（一）采煤技術(shù)的發(fā)展

未來“三下一上”是煤炭開采的重點(diǎn)，所謂“三下一上”，是指建筑物下、鐵路下、水體下、承壓水體上。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，“三下一上”所壓煤炭越來越多。由于資源日漸枯竭，需要開采“三下一上”煤炭。在過去為了保證開采的安全，通過保留煤柱來進(jìn)行開采，但這也造成礦井需要重新設(shè)計(jì)回采工作面，導(dǎo)致煤炭回采效率低，大量煤炭資源積壓。一方面革新采煤技術(shù)已經(jīng)迫在眉睫，另一方面保護(hù)三下地區(qū)的環(huán)境也是十分必要的。因此，采礦工程師應(yīng)該結(jié)合地理?xiàng)l件，設(shè)計(jì)最合理的回采方案，從而提高煤炭資源的產(chǎn)量和節(jié)約煤炭資源。改進(jìn)煤礦礦井開拓方式和巷道布置方式，也是采煤技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容。優(yōu)化巷道的布置，減少巷道長度，有利于提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。所以，未來煤礦的開采應(yīng)與開采巷道實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)煤礦開采的集約化，最大限度地減少巖巷的掘進(jìn)量，多掘煤巷，實(shí)現(xiàn)開采效益最大化。

（二）采煤技術(shù)的創(chuàng)新

實(shí)踐證明，新的采煤技術(shù)能最大限度地提升煤炭開采的效率。因此，開發(fā)新的技術(shù)和新的設(shè)備是未來煤礦開采高產(chǎn)高效的關(guān)鍵。巖層控制是煤礦開采過程中所要面對的重要課題，同時也是所要解決的難題。隨著礦井開采深度增加，煤巷和軟巖巷道增加，地下氣化是一項(xiàng)特殊的高效開采技術(shù)。該技術(shù)將煤變成可燃?xì)怏w，是一種具有很大發(fā)展?jié)摿Φ拿禾块_采技術(shù)。煤炭地下氣化技術(shù)是煤炭資源的一種整體性的新型綠色開采工藝，尤其適用于煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜、劣質(zhì)煤比例高的工況，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。同時，先進(jìn)的設(shè)備也是保證煤礦未來高產(chǎn)高效的關(guān)鍵。

二、實(shí)現(xiàn)開采技術(shù)發(fā)展的措施

在經(jīng)濟(jì)條件和政策允許的條件下，對礦區(qū)實(shí)現(xiàn)集成化、系統(tǒng)化、信息化和自動化改造，有選擇性地關(guān)閉生產(chǎn)效率低的小礦井，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，提高生產(chǎn)效率。對生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)自動化和信息化，能大大提高礦井的效率和安全性。此外，可以通過改善巷道和機(jī)械設(shè)備的布置形式，提高煤礦礦井系統(tǒng)整體的協(xié)調(diào)性。煤礦企業(yè)應(yīng)投入大量經(jīng)費(fèi)，引進(jìn)和開發(fā)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，培養(yǎng)大量技術(shù)型人才。自動化技術(shù)應(yīng)是煤礦企業(yè)投入的重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)礦井提升運(yùn)輸、通風(fēng)自動化管理水平的提高，提高安全性。煤礦開采處于圍巖中，圍巖控制是煤礦開采所要解決的重要問題，它關(guān)系著煤礦生產(chǎn)的安全性。根據(jù)圍巖控制理論，當(dāng)?shù)貞?yīng)力增加，圍巖強(qiáng)度降低時，圍巖極易產(chǎn)生松動等情況，存在重大的安全隱患。所以，在進(jìn)行圍巖控制時，應(yīng)充分估計(jì)圍巖強(qiáng)度，選擇合理的支護(hù)形式。另外，在保證安全的情況下，降低圍巖控制的成本也十分必要。

（一）深礦井開采技術(shù)

隨著煤礦開采進(jìn)入深部開采階段，面臨的問題逐漸增加。一方面圍巖所承受的壓力增加，另一方面圍巖所承受的流體壓力增加，例如溫度、水壓等。在深礦井進(jìn)行煤層開采時，開采的不確定性增強(qiáng)，隨時面臨著沖擊地壓、煤與瓦斯突出及地?zé)岬耐{。煤礦開采時巖層控制難度增加，通風(fēng)難度也增加。因此，需要針對深部圍巖開發(fā)有效的圍巖控制技術(shù)及配套的設(shè)備。

（二）三下采煤技術(shù)的發(fā)展

三下采煤對環(huán)境造成了不可逆轉(zhuǎn)的破壞，主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面造成開采區(qū)域的地下水被污染和斷流;另一方面開采時可能破壞建筑物，不利于建筑物的正常使用。所以，在進(jìn)行三下開采時，應(yīng)對開采所造成的地表沉陷進(jìn)行預(yù)計(jì)，提前采取措施保護(hù)建筑不受破壞。另外，必要時應(yīng)該運(yùn)用巖層移動規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對煤層的保水開采，進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展煤礦水源保護(hù)開采技術(shù)，充分分析地表特點(diǎn)，改善煤礦充填減沉開采技術(shù)。

（三）矸石排放問題

煤礦周圍存在大量煤矸石，這些煤矸石不僅占用土地，而且會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。針對煤礦開采過程中產(chǎn)生的矸石，一方面，可以通過多布置煤巷減少矸石的排出;另一方面，在單一煤層開采時，可以將矸石直接填進(jìn)煤層開采留下的采空區(qū)內(nèi)，這樣不僅減少了矸石量，而且可以控制地表的沉陷量。此外，由于煤矸石內(nèi)也含有少量的煤，可以用來發(fā)電，實(shí)現(xiàn)對資源的綜合利用，提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益。

總之，煤炭是中國重要的能源，在中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了不可替代的作用。由于中國地質(zhì)條件復(fù)雜，煤礦開采過程中會發(fā)生安全事故，因此在提升效率的同時保證礦工的生命安全也是十分有必要的。中國現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)已經(jīng)開始轉(zhuǎn)型，為了保證煤炭產(chǎn)業(yè)的競爭力和活力，未來煤礦開采應(yīng)由勞動密集型向技術(shù)集約型轉(zhuǎn)變，將更多的高新技術(shù)用在煤炭的開采上。同時，應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)時，一方面，中國煤炭已經(jīng)進(jìn)入深部開采階段，開采所面臨的技術(shù)問題突出;另一方面，煤礦開采帶來的環(huán)境問題日益突出，在這種情況下應(yīng)該革新煤礦的開采技術(shù)。