探究井下采煤技术的发展:采煤技术

  【摘要】文章介绍了煤矿井下开采技术特点及井下采煤,分析了井下开采技术存在的问题,探究发展的对策及加快推进井下采煤技术措施。  【关键词】采煤;井下开采;技术  1.井下开采技术特点
  (1)煤矿开采分为:露天开采和井下开采两种方式。相对于露天开采而言,井下开采更复杂和具有难度,操作性也更强;其次井下开采要结合地质情况、构造情况、煤层分布特点等,来制定合理的开采方案,其中包括开采方式(井筒采用平硐或斜井)、开采设备的选择和支护方法的确定等等。
  (2)开采方式的选择要根据煤矿类型来确定,不同的开采方式采收率差别很大,井下开采常用长壁式开采、放顶煤开采等方式,露天煤矿开采多直接采用挖掘的方式。采煤工艺的发展多是伴随着实践的探索和不断的经验总结,每种采煤工艺的变革都是自上而下的一系列设备方法的改进,而不仅是单纯的某个环节。
  2.井下采煤
  2.1开采顺序和方法
  对于倾角10°以上的煤层一般分水平开采,每一水平又分为若干采区,先在第一水平依次开采各采区煤层,采完后再转移至下一水平。开采近水平煤层时,先将煤层划分为几个盘区,立井于井田中心到达煤层后,先采靠近井筒的盘区,再采较远的盘区。如有两层或两层以上煤层,先采第一水平最上面煤层,再自上而下采另外煤层,采完后向第二水平转移。按落煤技术方法,地下采煤有机械落煤、爆破落煤和水力落煤三种,前二者称为旱采,后者称为水采,我国水采矿井仅占1.57%。旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法,以前者为主。壁式采煤法工作面长,一般100~200m,可以容纳功率大,生产能力高的采煤机械,因而产量大,效率高。柱式采煤法工作面短,一般6~30m,由于工作面短,顶板易维护,从而减少了支护费用,主要缺点是回采率低。
  2.2生产系统
  包括采煤系统、掘进系统、通风系统、排水系统、供电系统、辅助运输系统和安全系统等。采煤系统包括工作面的落煤、装煤,将煤由工作面运往井底车场,直到提升至地面。主要井巷包括采煤工作面,采区顺槽、采区上山、水平运输大巷、石门等。主要设备有采煤机、运输机械,支护设备及提升机等。掘进系统是为了保证生产的持续进行,即在当前生产同时,要开掘出新的工作面、采区及生产水平以备接替其包括掘进工作面、矸石运至井底车场由副井提升后送至堆放地。主要设备包括掘进、支护、运输、提升等所用的设备以及风动凿岩机、空气压缩机及其管路等。通风系统由进风井巷、回风井巷、通风机和井下通风设施如风桥、风门等构成。排水系统由巷道中的水沟、水仓、水泵峒室、水泵及排水管路组成。供电系统要求不得中断、以保安全,因此供电电流为双回路,同时进入采区和回风道的电器设备都必须采用矿用防爆型,防止瓦斯爆炸。辅助运输系统包括人员上下和材料,设备的运输。安全系统包括预防瓦斯爆炸、瓦斯突出,以及井下火灾和水灾所需要的救治设备、设施、器材、仪表和监测系统。
  2.3采掘工作面
  采煤工作面是地下采煤的工作场所,随着采煤的进行,工作面不断向前推进,原来的采场即成为采空区。长壁工作面采煤的工序为破煤、装煤、运煤、支护及控顶等五项;短壁工作面只有前四个工序。以滚筒式采煤机为主,组成长壁工作面综合机械化设备,可以完成五个主要工序,称为综合机械化采煤,简称综采,此工作面称综采工作面。掘进工作面是井巷掘进的工作场所,分为岩巷、煤巷和半煤岩巷三种。掘进工序分破岩、装运和支护三项。掘进方法分两种,一为钻爆法,二为使用掘进机。前者应用范围广但机械化程度低,后者包括全断面岩巷掘进机及悬臂式掘进机两种。煤矿一般广泛使用悬臂式掘进机,包括掘进机、转载机、运输机和支护设备共同组成掘进综合机械化,完成三道主要工序,称为综掘。
  2.4采煤机械化分级
  按中国煤矿的地质情况及实际生产状况,将机械化分为三级:普通机械化采煤,简称普采,采煤工作面装有采煤机、可弯曲链板输送机和摩擦式金属支柱、金属顶梁设备,可完成前三工序机械化,但功率较小,一般工作面年产量15~20万t。高档普通机械化采煤,简称高档普采。采煤工作面装有采煤机,可弯曲链板输送机,液压支柱和金属顶梁,可使前三工序机械化。由于有液压支柱,因此顶板维护状况良好,支护和控顶虽为手工操作,但劳动强度大为减轻,功率亦较大,年产量为20~30万t。综合机械化采煤,简称综采。可完成五个工序的机械化。当前性能不断改进,能力不断增大,操作日益简化,应用范围也进一步扩大。
  3.井下开采技术存在的问题
  (1)采煤技术水平仍然较低,技术装备较差,采煤机制造技术落后。与国外同行业相比,在机电一体化、智能化、自动化的控制技术,产品可靠性技术,数字集成技术与计算机辅助设计技术,仍然存在较大差距。
  (2)在采煤机械化系统,运输系统、采场围岩控制系统、巷道准备系统和辅助运输系统技术装备较差,功率及生产能力较小,机械化程度和工效普遍不高。
  (3)引进消化国外先进设备方面不够。在井下自救系统、避灾系统、个人防护装备水平仍然很低,对瓦斯等重大灾害预测预报的仪器、仪表还不能完全达到要求,对安全事故的防治技术及装备不能充分有效防治灾害或最大限度减轻灾害。
  (4)煤矿重大科技攻关课题难以实现,重大安全技术问题难以解决。目前我国煤矿在“一通三防”。防治水、矿井深部地压、冲击地压、高温害和支护等方面存在许多技术难题,严重威胁着煤矿安全生产,这些涉及行业技术发展共性基础性和前瞻性的重大科技工作课题,国家支持范围和力度与过去相比大大减少。
  重点煤炭企业下放后,受单个企业和科研院所经济实力限制,难以开展技术攻关。煤炭地下气化技术和煤炭地下浆化(液化)技术受经济成本等因素影响未能有效推广应用。
  4.煤矿井下开采技术发展
  开发煤矿高效节约化生产技术、建设生产高度集中、高度可靠性的高产高效矿井开采技术。以提高工作面单产和生产集中化为核心,以提高效率和经济效益为目标,研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺,简单、高效、可靠的生产系统和开采布置,生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术,发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化,进一步改进工艺和装备,提高应用水平和扩大应用范围,提高采煤机械化的程度和水平。
  加快实施“科技兴煤”战略。建立科技攻关资金渠道.争取每年从科技部或国家发展改革委安全技术改造专项资金中列支一部分。作为引导资金。在国家煤矿安全监察局的领导下,组织煤炭企业、科研机构、大专院校和有关单位开展开采技术、安全领域基础性技术研究和科技攻关。
  5.结束语
  运用现代高新技术改造传统的煤炭开采技术。在研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和监控生产系统,提高单产和机械化水平的同时,要研究开发多层次、多样化的采煤工艺,提高急倾斜、不稳定地质构造复杂等难采煤层的单产和机械化水平。研究完善现有装备,提高其生产能力,增强配套性、可靠性、提高使用寿命。采煤机向大型化、多电机大容量化、整机结构模块化、机电一体化和可靠性自动控制发展;液压支架以支撑掩护式为主,架体宽长、调高范围大、功能齐全、工作阻力大,电液控制;工作面和矿井运输设备强力、配套,实现连续化。
  【参考文献】
  [1]郝忠军.井下采煤技术及采煤工艺的选择[J].内蒙古科技与经济,2007.
  [2]肖焕春.基于煤矿井下开采技术的分析[J].城市建设理论研究,2011.

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