＊吳志濤

（高平市應(yīng)急管理局 山西 048400）

引言

經(jīng)過多年的發(fā)展，中國的采煤工藝技術(shù)得到了飛速發(fā)展，煤礦開采的安全性和效率得到了顯著提升。隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤礦開采的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)地提高，但是現(xiàn)有的采煤工藝技術(shù)在應(yīng)用過程中還存在著一些問題。這些問題主要集中在安全性和環(huán)境污染方面，急需解決，例如煤礦開采引起的開采沉陷問題、矸石山問題以及資源開采率較低的問題。本文圍繞采煤工藝技術(shù)存在的問題展開，重點探討了采煤工藝技術(shù)優(yōu)化的措施。

分析從大量的現(xiàn)場實踐統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的采煤工藝技術(shù)存在的問題主要有開采沉陷嚴(yán)重、矸石山污染、端頭支護(hù)困難以及煤炭資源回采率較低。下面將對這些問題進(jìn)行具體的分析。

1.煤礦開采所面臨的問題

(1)開采沉陷嚴(yán)重

煤礦井下開采會破壞巖層的原始平衡狀態(tài)，在巖層重新實現(xiàn)平衡的過程中，會發(fā)生運動，導(dǎo)致在礦區(qū)周圍形成開采沉陷區(qū)。隨著礦區(qū)逐漸靠近居民區(qū)，開采沉陷引起的問題變得嚴(yán)重。開采沉陷多屬于地表不均勻沉降，會使得地表的建筑物承受較大的拉伸變形，出現(xiàn)裂縫。當(dāng)出現(xiàn)的裂縫比較多時，便會影響到地面房屋的正常使用。此外，當(dāng)?shù)乇懋a(chǎn)生貫穿性裂縫時，會導(dǎo)致地表水?dāng)嗔?，很容易?dǎo)致地面出現(xiàn)干旱，進(jìn)而導(dǎo)致地面農(nóng)作物出現(xiàn)減產(chǎn)和蟲害問題。

(2)矸石山污染

目前，煤礦開采面臨著嚴(yán)重的問題是煤礦開采會產(chǎn)生大量的矸石。隨著開采時間的增加，矸石山的體積不斷增大。矸石山的堆積不僅占用大量的土地資源，還容易引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境污染。矸石是一種有毒的、有害的物質(zhì)，它會隨雨滲入到地下水，從而對地下水造成一定的影響。同時，由于風(fēng)蝕，矸石也形成了許多顆粒，長期滯留在大氣中，對大氣造成了很大的影響。同時，由于空氣中的懸浮體會被吹走，對周邊的空氣造成了很大的影響。另外，由于矸石中有一些易燃性物質(zhì)，在高溫下很可能發(fā)生自燃，從而引起火災(zāi)。因此，要時常對矸石山進(jìn)行治理，以避免其自燃引起的火災(zāi)，而矸石山的治理則耗費巨大的財力和人力。

(3)端頭支護(hù)困難

工作面的末端與回采巷通道相鄰，因而在工作面末端會受到很大的支撐。為防止受支撐壓力的作用，必須對其進(jìn)行加固，一般采取暫時性的方法。在進(jìn)行臨時支撐時，既要確保其強度，又要確保其有效的支撐。如果支撐力不足，在開采中極易出現(xiàn)冒頂事故，從而影響開采的效果。當(dāng)前，采用單一的水力撐桿進(jìn)行末端支護(hù)（參見附圖1），全靠人力來進(jìn)行，總體的工作效率很差。

(4)煤炭資源回采率較低

據(jù)中國煤礦開采量的計算，其回采率為60%～80%。即在回采結(jié)束后，采空區(qū)仍然殘留20%～40%的煤種，這些煤種已無法再利用。因此，目前的煤礦開采技術(shù)依然存在著大量煤炭資源的損失，給煤礦企業(yè)帶來了巨大的困難。產(chǎn)生這一問題的根本原因在于目前采用的開采技術(shù)還停留在人工操作階段，難以精確地進(jìn)行煤層整體厚度的切割。舉例：在對3.2m厚的煤層進(jìn)行切割時，往往會留下0.3m厚的煤層，以防止在采掘過程中產(chǎn)生截齒磨損加重的情況，即，在工作面上留下0.3m厚的煤層，實際的工作面厚度僅2.9m。

2.采煤工藝技術(shù)優(yōu)化措施探討

針對煤礦開采技術(shù)中的一些問題進(jìn)行了剖析，指出要通過對目前煤炭開采技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，才能有效地克服這些問題。本文通過對煤礦生產(chǎn)工藝技術(shù)的分析，對采煤工藝技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，包括采用采煤工藝、采用液壓支架進(jìn)行末端支護(hù)和智能采煤工藝。

(1)采用充填采煤工藝

對于煤礦采掘中出現(xiàn)的地表塌陷，采取充填采礦技術(shù)是目前較為行之有效的方法。利用其它物質(zhì)填充煤后的采空帶，以減少地面沉降。由于“三下”（建筑物下、水體下、道路下）的壓煤量不斷增多，因此，采用充填法進(jìn)行煤炭開采是一種既經(jīng)濟(jì)又可行的方法。同時，由于環(huán)境保護(hù)的需求越來越大，有時候必須進(jìn)行表面的保水性開采，目前最佳的方法是采用充填法。與常規(guī)開采方法比較，其特點在于：在綜放裝置上增設(shè)了一套填充裝置。根據(jù)填充材料的差異，采用的填充方式也不盡相同，可用的填料有河砂、煤矸石、高水物料等，河砂的填充效率最佳，最為昂貴。在充填過程中，需要大量的填充物料，并需要一定的機械特性。利用矸石作填筑原料，可以很好地克服礦井采掘中矸石山的積聚問題。與其它的處理方式比較，填料是最節(jié)約、最快捷的一種，并且對周圍的環(huán)境造成的污染較少。礦井中分選矸石可以有效地抑制矸石山的增大。在煤礦開采過程中，采用的設(shè)備越來越多，既要進(jìn)行地上的矸石輸送，又要進(jìn)行地下的輸送。一個高效的采礦作業(yè)計劃體系，如果不建立合理的采礦計劃，就會對采礦作業(yè)造成一定的不利影響。

(2)采用液壓支架進(jìn)行端頭支護(hù)

在開采時，由于煤層頂部的支撐壓力較大，在開采時，煤層頂部往往會發(fā)生冒頂事故。針對這種情況，過去煤礦也使用了一些設(shè)備，但是存在多方面的問題，具體如下。

①支護(hù)工藝復(fù)雜

在端頭支護(hù)時多采用的是柱式支護(hù)，需要大量的手工作業(yè)，勞動強度大，而且效率低。

②很難確保支撐的有效性

在支撐過程中，大多數(shù)采取的是臨時支撐方法，如果支撐的強度不夠，極易發(fā)生冒頂，地應(yīng)力波動大。這給決定支撐強度帶來了困難。必須重復(fù)進(jìn)行拆卸和安裝。在回采率較高的情況下，端頭支撐的速度很難得到保障。

針對端頭支護(hù)效率低且效果難以保證的問題，采用液壓支架來實現(xiàn)端頭支護(hù)。在綜采工作面端頭設(shè)置了一個液壓支架，液壓支架可以隨著工作面一起移動。該方法既能增加支架的強度，能減少支護(hù)時間，大大減輕了生產(chǎn)人員的負(fù)擔(dān)。在實際應(yīng)用中，應(yīng)按不同的工作面條件選用適當(dāng)?shù)闹Ъ堋?/p>

③采用智能化采煤工藝

在綜采工作中，由于開采高度不受精確限制，造成了回采率偏低，因此必須采取智能開采技術(shù)。利用智能采煤技術(shù)，可以自動地控制采煤機截割的大小，利用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行煤體的動態(tài)監(jiān)測。從而實現(xiàn)精確的開采高度。同時，采用更多的探測器，可以更好地防護(hù)截齒，不必再因切到矸石而導(dǎo)致采煤機截齒磨損。智能化采煤技術(shù)是伴隨著智能化技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型采煤技術(shù)，它對煤炭生產(chǎn)的變革起到了積極的推動作用，使煤礦開采變得更安全、更有效。然而，要做到智能開采并非簡單之事。智能化采煤工藝是建立在信息化技術(shù)上的一項開采工藝，要求實現(xiàn)信號的實時傳輸和處理。由于煤礦井下具有較強的電磁干擾，一些常規(guī)的信息化設(shè)備在井下應(yīng)用過程中存在失效的風(fēng)險。此外，為了實現(xiàn)對井下復(fù)雜環(huán)境下采煤機的準(zhǔn)確控制，在復(fù)雜礦井條件下，對采煤機開采進(jìn)行精確的監(jiān)控，還需要開發(fā)適用于采煤機采高控制的智能化算法。

3.采煤工藝的選擇分析

對煤礦開采技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行總結(jié)。要使煤礦安全、有效地開發(fā)，就必須針對礦井的具體條件，合理地選用相應(yīng)的開采技術(shù)。煤礦開采技術(shù)的選取要綜合考慮煤層賦存條件、瓦斯含量、開采規(guī)模、員工配備等因素。

(1)煤層賦存條件

煤層的賦存狀況是煤礦開采技術(shù)的首要問題。在這些因素中，煤層的傾斜角度和厚度是影響煤礦開采技術(shù)的重要因素。在傾斜度較低（30°以下）的煤層，一般采用綜采技術(shù)。由于經(jīng)濟(jì)效益原因，中國大部分的煤礦都是厚煤層和特厚煤層。在特厚煤層中，要采取大采高技術(shù)、綜采放頂技術(shù)，以提高特厚煤層的開采效率。目前，在大傾角煤層中，一般采用常規(guī)開采方法。這是由于在大傾角煤層中，由于綜采工作面上的各種儀器難以達(dá)到平衡，極易造成設(shè)備在大傾角作用下發(fā)生故障。

(2)瓦斯含量

煤層中的瓦斯含量對礦井的安全和開采技術(shù)的選擇有很大的關(guān)系。煤礦的采掘程度愈高，所放出的氣體愈多，對煤礦的安全也愈有危害。在進(jìn)行大面積煤體的開發(fā)時，應(yīng)依據(jù)煤層中的瓦斯含量，選用合適的采礦技術(shù)。在煤礦開采中，經(jīng)常采用“綜放”采礦法，礦井的采掘強度普遍較高，因而在采掘中會產(chǎn)生大量的瓦斯。在進(jìn)行深層煤層的時候，由于煤中殘余的瓦斯含量較高，必須保證采礦速率和強化礦井的通風(fēng)。所以，在瓦斯?jié)舛雀叩那闆r下，宜采用較為安全的綜合采掘技術(shù)，而不采用綜放技術(shù)。

(3)開采規(guī)模

根據(jù)煤炭資源的特點，提出了相應(yīng)的礦井設(shè)計方案。采礦技術(shù)要與礦井產(chǎn)量水平協(xié)調(diào)，以確保所選采礦技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。如果煤礦開采技術(shù)的產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了煤礦的設(shè)計年產(chǎn)量，就會造成礦山使用壽命短，使機器裝備無法充分使用。舉例來說，如果礦山的年生產(chǎn)能力是3.0×105t，那么在開采過程中，可以采用一般開采或綜合開采。

(4)人員配置情況

先進(jìn)的煤炭開采技術(shù)對員工的配備有很高的要求。由于煤炭工業(yè)是一種高風(fēng)險的產(chǎn)業(yè)，它的特點決定了其在采掘過程中難以找到高素質(zhì)的人員。在煤炭開采過程中，必須有大批熟練掌握信息技術(shù)的人員，而這些人員又不具備條件，這對煤炭開采技術(shù)的發(fā)展造成了極大的制約。綜上所述，礦井開采技術(shù)的選取受多種因素的影響，必須結(jié)合礦井實際情況進(jìn)行科學(xué)的選擇。

4.結(jié)語

隨著煤礦開采相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，采煤工藝技術(shù)存在的問題也逐漸暴露出來，常見的問題主要有開采沉陷嚴(yán)重、矸石山污染、端頭支護(hù)困難以及煤礦開采效率低下等問題。要從采用采煤工藝、采用液壓支架進(jìn)行末端支護(hù)和智能采煤等多個角度，對目前采煤工藝進(jìn)行全面的優(yōu)化。系統(tǒng)地分析了采煤工藝技術(shù)存在的問題及解決問題的方案，可以為煤礦采煤工藝技術(shù)的優(yōu)化和發(fā)展提供一些新思路。