采煤技术在煤矿开采中的应用.pdf

2023.9 矿业装备/430 引言我国煤炭资源储藏丰富，理论上出可满足我国的基本能源需求。但由于城市发展速度较快，部分城市能源消耗需求在逐渐提升。随着开采深度及矿洞规模逐渐提升，煤炭开采难度也会提升，这迫使我国的采煤技术需要进行相应优化。同时，在开采安全保障上，需要对相应技术进行分析，并针对性提出资源开采规划，以便于提高矿产开采效率。1 煤炭开采基本原则1.1 环境友好原则 该开采原则要求开采人员需要充分考虑实际情况，对开采中可能出现的污染、矿产资源破坏、开采风险等多种因素进行分析，确立最佳开采方案。而随着开采面积和开采深度的不断增加，还需要注意开采行为对地下水以及周围生态环境影响1。而对于特殊开采区域，就更加需要提前对煤层分布情况进行数据收集，并通过主动干预方式，降低煤炭开采对周围环境影响。1.2 高开采效率原则矿产资源本质上属于不可再生资源，因此尽可能提高开采效率将成为煤炭开采的基本原则。在实际开采中，相关人员需要平衡好开采收益与成本之间的关系，并考虑到开采过程中出现的突发因素。在回收率处理上，需要尽可能调整开采回收率，以降低再次开采所带来的资源浪费问题2。1.3 收益最大化原则传统采矿方式耗费巨大，矿产实际收益极低。而随着技术发展，现代化大型设备逐渐进入采矿现场，部分程度上提高了煤矿开采收益。但同时，复杂地形也限制了大型设备进入，会进一步降低煤炭开采收益。另外，部分矿采难度较大，技术人员还要权衡开采范围及后期资源管理情况。而在人力资源管理中，矿采计划的制定也需要考虑人力资源的具体调整情况，以保证开采科学性3-4。2 现阶段矿采中技术应用难点2.1 地面沉降的处理实际矿采中，虽然相关技术人员会提前对地质情况进行采集，并对采集过程中的不稳定因素进行预测。但矿采中不稳定因素较多，采前预测也很难达到预期效果。同时，数据表明开采深度超过 300m 后，数据的指导性就会逐渐降低。尤其在地面沉陷的解决上，世界各国都没有给出标准的解决方案。另外，随着开采深度增加，矿采设备及矿采工人也会受到严重影响。比如在深层矿洞中，现代矿采设备的控制稳定性都会受到影响，包括基本数据收集设备。2.2 回采工艺落后在我国大多数煤矿采区，传统爆破落煤技术占比较大。但该技术操作复杂，复杂地形中效率较低。若采矿区地质稳定性较差，爆破甚至会导致矿区崩塌。虽然部分地区会采用加固支护工艺降低矿区崩塌概率，但对于复杂矿区地形作用较小。另外，调查指出首采团队与回采团队信息交流较少，施工工艺中存在较多不规范行为。同时，落后的开采技术导致开采效率下降，并严重影响回采效率。2.3 技术安全保证我国大部分地区开采施工团队与计划制的团队并非同一团队，这导致开采计划的杠杆有严重滞后性。而据调查显示，在开采人员基本素质较弱，操作中未积极佩戴防护安全装备5。这不仅不利于矿采效率的提升，还采煤技术在煤矿开采中的应用冯万里（西山煤电集团东曲煤矿，山西古交 030200）摘要：煤矿开采技术直接影响到我国能源的利用效率，是我国实现能源独立供给的重要方式之一。但现阶段我国煤炭开采技术还存在一些需要解决的问题，针对目前煤炭开采的主要问题，探讨对应的煤炭开采方法，目的是期望能够提升煤炭开采效率、保证开采人员的生命安全。关键词：采煤技术；安全生产；技术应用44/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺增加了开采人员的安全隐患。另外，不同矿采方式特点不同，安全性保障策略有较大差异。多数矿采团队并不能根据实际矿采条件为施工人员提供安全设备，在一定程度上影响了开采进度。3 现阶段常见矿采技术3.1 充填开采充填开采更加注重开采现场的及时保护，从而减少周围环境污染，间接提升矿采效率。在实际操作中，技术人员会利用多种材料对矿采现场进行填充，其中煤粉、胶结、矸石十分常见。在传统材料性质稳定性较差，矿采过程中依然会有较多问题。而将充填材料更换为骨料、水泥等现代材料后，开采现场效率有明显提升。另外，部分实验室指出，煤粉与特殊骨料混合后，充填的过程中还能够对周围环境进行有效保护6。3.2 高强支护开采该技术本质上为防护技术，主要目的为保证施工安全性，并同时提高开采效率。多数情况下，周围环境的复杂化会影响开采深度，并同时破坏矿采地区的土壤环境。在超过一定阈值之后，该区域就极易出现土壤沉陷问题。高强支护技术的应用能够有效巩固矿区周围土壤，并在开采初期增加施工效率。与传统支护方式相比，高强支护能够在复杂山体中依旧可保持较高开采效果，并降低矿采过程中的结构变形。在实际操作中，高强支护技术主要分为锚杆支护与锚注支护。具体如下：锚杆支护主要通过喷浆、U 型钢形成支护结构，并能够有效处理矿采中的岩壁变形问题7。锚注支护则通过注浆补充的方式提高锚杆功能，比如注浆能够有效降低矿采区的风化作用，加固岩体抗逆性。另外，该技术可以主动改变岩石周围的应力分布，实现对大型开采区域的支护。在实际开采效率对比中，高强支护开采技术带来的效率优势远超其他矿采技术，并为部分高难度矿采环境提供了开采条件。另一方面，高强支护模式也可以混合其他支护类型，弥补单一支护模式的不足。3.3 活性磁化水控粉尘技术矿采过程所产生的粉尘会直接进入矿工身体内，严重影响矿工的肺部功能，而该技术能够利用微米级干雾抑尘系统进行控制，理论上可降低 21%的粉尘。在添加相关活性剂后，除尘效率能够再上升 37%8。该技术的利用能够有效降低全尘浓度，保证施工范围内机械操作人员的身体健康。而对该技术进行分析后，可发现技术中磁场的利用可以有效提升活性剂的作用范围，也是高效除尘的主要原因。另外，对于复杂施工环境，该装置也可以通过定点吸附功能调整喷雾角度，实现开采环境的全覆盖。在空间逸散率控制上，该装置表现出了更多优势。不过该技术操作难度较大，需要事前对水质进行活化，再添加表面张力活性剂形成控尘粉介质。3.4 炮采技术炮采技术会利用爆破进行辅助开采，最后通过人力对煤炭资源进行搬运。但炮采需要技术人员对开采环境进行详细分析，确认爆破位置点。而对于复杂采矿环境，这需要提前利用刚性材料对矿洞顶部进行支护，以免爆破引发塌陷。与传统矿采技术相比，该技术花费成本较少，对专业大型设备的需求度也相对较低。但近几年，部分学者提出爆破开采会直接破坏矿洞环境，直接为回采工作带来困难。同时，爆破的矿洞对周围环境的影响无法估测，永久性破坏也屡见不鲜。不过，部分地区也开始尝试利用混合支架进行支护，并通过机械运输方式，降低人工资源搬运成本。3.5 开采辅助技术3.5.1 地质三维建模该技术会提前收集矿区基本数据，并利用建模技术进行地质建模。该技术能够对矿采地区地震等高线、地震剖面、钻探数据、底板等高线、底板高程库等基本数据进行收集，通过软件进行整合9。数据整合完成后，这可以通过物理引擎模拟复杂环境下的矿采效果。该模型还可以通过互联网直接传送至数据库，以方便后期方案决策。另外，动态化的开采模型也能够更加清楚观测到矿采流程，也十分有利于风险应对小组进行开采风险预测。近几年，三维地质建模也逐渐应用至炮采技术中，以降低炮采的不确定性。3.5.2 液压支架技术该技术可精准控制液压支架位置，通过最大、最小移架距离自动计算支架的调直拉架数据。与传统支架技术相比，该技术所参考的基础数据种类较少，并能够快速反应出支架距离。尤其在复杂矿采中，该装置能够帮助技术人员迅速计算出关键距离，并自动完成升降柱、移架、落底等指令。在部分矿区，技术人员还为液压支架安装传感器，进一步优化该技术的基础数据处理逻辑。2023.9 矿业装备/453.6 巷道掘进支护技术巷道环境在煤炭开采中属于特殊环境，传统开采方式处理难度较大，也很难保证开采过程的安全。该环境中软岩强度属于中下级别，岩体破碎风险较高。而随着开采深度增加，该区域应力变化明显，结构稳定性也会明显减弱。该环境中需要开采人员利用顶板支护技术对岩体进行补强。首先该技术需要操作人员精确掌控施工时间，保证施工时间内掩体处于稳定状态。在巷道位置选择上，操作机械应避开应力复杂区域，能够根据开采反馈优化掘进路线。若围岩稳定度较低，这需要提前通过卸压、让压进行风险分散。3.7 智能矿采技术3.7.1 辅助机器人辅助机器人可利用其机动性对生产矿洞进行勘察，比如在危险矿采区，就可以利用机器人对矿井数据进行收集，并排除机器运作中的故障。同时，部分具备飞行能力的辅助机器人还可以扩大数据采集范围，进一步完善上述的三维地质模型。不过，井下环境复杂，机器人设计时应会添加防爆能力，并完善信号输入功能。在数据传输中，机器人之间的独特信息传送路径能够实现长时间的数据传输，保证传输过程的持续性。另外，与装备管理系统接入后，辅助机器人的功能性得到了巨大提升，甚至能够通过联合行动扩大操作范围。3.7.2 综采装备管理技术实际井下环境复杂，操作人员十分容易失去机械操控能力。而针对该情况，现代矿采团队会通过综采装备管理技术对设备进行统一管理。综采装备管理系统前端为红外摄像仪器与激光扫描仪器，能够对井下环境进行准确扫描，并判断设备运行状态。该管理体系还可以与上述矿采机器人进行联动，通过粉尘密度测量仪器判断井下是否适合设备运行。现阶段，开采人员还将尝试将更多传感器进入装备管理系统中，以确保部分矿采设备具备故障修复能力。3.8 绿色矿采技术3.8.1 充填开采该技术更加关心矿采对周围环境的影响，尽可能保证矿区周围环境的稳定。相关人员会提前对煤区环境进行分析，并通过跨地区调运充填料来对煤矿结构进行填充。在填充料的选择上，部分地区会通过提高充填料密度增加充填区结构稳定性，甚至通过定向填充加固地层结构。而对于地面沉降，也可以通过填充进行处理，同时还能够处理重工业所产生的工业放射性废料。3.8.2 保水开采多数地区煤矿都位于深层地下，与地下水源距离较近。在开采过程中，错误施工会导致地面沉降，并致使大量灰尘、杂质进入地下水源造成污染。其次，煤矿底部存在大量硫化气体，溶解水中后会明显改变水的 pH 值，最终改变该区域的生态环境。不过，保水开采技术会更加注重对水的处理，比如严格把控水排放、集中水供应、购置大量节水设备等多种主动方式进行水源保护。在部分地区，矿采人员还将矿区进行分组，通过分区的方式对水源清洁度进行保护。4 结束语实际矿采中矿井下环境十分复杂，矿采人员要保证高效率的同时，还需要用现代矿采技术，保证矿采安全。不过现代矿采技术种类繁多，也从不同角度弥补了传统矿采技术的不足。开采中还需要注意环境保护，保证矿体、水体结构不受较大影响，以免带来大型开采事故。在实际使用中，矿采人员还是要根据矿洞实际环境调整矿采技术，而非一线技术人员也可以通过现代智能控制技术扩大矿采人员的安全操作空间，以实现安全开采、科学开采、绿色开采、精确开采目的，提高能源使用效率。参考文献1 李彬.煤矿开采新技术分析J.能源与节能,2022(10):128-130.2 申路伟.煤矿采煤新技术应用分析 J.矿业装备,2022(5):110-112.3 ShuminM.MonitoringandPathSelectionofRuralPublicServiceEnvironmentBasedonDataMiningTechnologyintheNewEraJ.JournalofEnvironmentalandPublicHealth,2022.4 宋全伟.煤矿开采中现代煤矿机电的应用 J.中国石油和化工标准与质量,2022,42(16):94-96.5 尹利鑫.井下采煤技术及采煤工艺的选择 J.能源与节能,2022(8):92-946 潘少荣.自动化技术在煤矿采煤中的应用J.矿业装备,2022(4):128-129.7 吴艳龙.煤矿采煤技术的发展与自动化技术应用探析 J.内蒙古煤炭经济,2022(14):142-144.8 柳勇勇.煤矿采煤方法与采煤技术的选择及其影响因素J.当代化工研究,2022(14):115-117.9 吴英峰.煤矿工程采矿新技术的应用研究分析 J.内蒙古煤炭经济,2022(13):75-77.