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我国煤矿开采技术发展的方向探讨

我国煤矿开采技术发展的方向探讨

2007/1/4 9:36:00
在当今科技经济发展的新形势下,煤炭开采技术的研究必须面向国内国外两个市场、面向经 济建设主战场,立足于煤炭开采技术的前沿,立足于中国煤炭发展战略所必要的技术储备, 立足于煤炭工业中长期发展战略所必须的关键技术的攻关,立足于煤炭工业工程实际问题的 解决,重点从事中长期研究开发和技术储备,跟踪产业科技前沿,开发有自主知识产权的以 煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术,占领技术制高点。   1 采煤方法和工艺   采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。采煤工艺的发展将带动煤炭开采 各环节的变革,现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性,基本途径是 使采煤技术与现代高新技术相结合,研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采 煤设备和生产监控系统,改进和完善采煤工艺。在发展现代采煤工艺的同时,继续发展多层次、多样化的采煤工艺,建立具有中国特色的采煤工艺理论。我国长壁采煤方法已趋成熟, 放顶煤采煤的应用在不断扩展,应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高,急倾斜、 不稳定、地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间,主要方向是改善作业 条件,提高单产和机械化水平。   开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高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。   (2)开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”,主要解决以下技术难题。   硬顶板控制技术,研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术,主要通过岩层定向水力 压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术,使直接顶能随采随冒,提高顶煤回收率,且基本 顶能按一定步距垮落,既有利于顶煤破碎,又保证工作面的安全生产。   硬厚顶煤控制技术,研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术,包括高压 注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术,使顶煤体能随采随冒,提高其回收率。   顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术,研制既有利于顶煤破碎和顶板控制, 又有利于放顶煤的新型液压支架,合理确定后部输送机能力。   两硬条件下放顶煤开采快速推进技术,研究合适的综放开采回采工艺,优化工序,缩短放煤 时间,提高工作面的推进度,实现高产高效。5~5.5m宽煤巷锚杆支护技术,通过宽煤巷锚 杆支护技术的研究开发和应用,有利于综采配套设备的大功率和重型化,有助于连续采煤机 的应用,促进工作面的高产高效。   (3)缓倾斜薄煤层长壁开采。主要研究开发:体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机 、刨煤机;研制适合刨煤机综采的液压支架;研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。   (4)缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采。应进一步加强完善支架结构及强度,加 强 支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究,提 高支架的可靠性,缩小其与中厚煤层(采高3m左右)高产高效指标的差距。   (5)各种综采高产高效综采设备保障系统。要实现高产高效,就要提高开机率,对“支架 —围岩”系统、采运设备进行监控。今后研究的重点是:通过电液控制阀组操纵支架和改 善 “支架—围岩”系统控制,进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自 动采集系统;乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断;采煤机在线与离线相结合的“油 —磨屑”监测和温度、电信号的监测;带式输送机、刮板输送机全面状态监控。   2 深矿井开采技术   深矿井开采的关键技术是:煤层开采的矿压控制、冲击地压防治、瓦斯和热害治理及深井通 风、井巷布置等;需要攻关研究的是:深井围岩状态和应力场及分布状态的特征;深井作业 场所工作环境的变化;深井巷道(特别是软岩巷道)快速掘进与支护技术与装备;深井冲击地 压防治技术与监测监控技术;深矿井高产高效开采有关配套技术;深矿井开采热害治理技术 与装备。   3 “三下”采煤技术   提高数值模拟计算和相似材料模拟等,深入研究开采上覆岩层运动和地表沉陷规律,研究满 足地表、建筑物、地下水资源保护需要的合理的开采系统和优化参数,发展沉降控制理论和 关键技术,包括用地表废料向垮落法工作面采空区充填的系统;研究与应用各种充填技术和 组合充填技术,村庄房屋加固改造重建技术,适于村庄保护的开采技术;研究近水体开采的 开采设计、工艺参数优化和装备,提出煤炭开采与煤矿城市和谐统一的开采沉陷控制、开采 村庄下压煤、土地复垦和矿井水资源化等关键技术。   4 优化巷道布置,减少矸石排放的开采技术   改进、完善现有采煤方法和开采布置, 以实现开采效益最大化为目标,研究开发煤矿地质 条件开采巷道布置及工艺技术评价体系专家系统,实现开采方法、开采布置与煤层地质条件 的最优匹配。   总结推广神华集团大柳塔矿、潞安漳村矿实行全煤巷布置单一煤层开采,矸石基本不运出地 面,生产系统大大简化,分别实现无轨胶轮、单轨吊辅助运输一条龙,从井口直达工作面, 同时实现了综采与综掘同步发展,生产效率大幅提高的经验的同时,重点研究高产高效矿井 开拓部署与巷道布置系统的优化,简化巷道布置,优化采区及工作面参数,研究单一煤层集 中开拓,集中准备、集中回采的关键技术,大幅度降低岩巷掘进率,多开煤巷,减少出矸率 ;研究矸石在井下直接处理、作为充填材料的技术,既是减少污染的一项有力措施,又简化 了生产系统,有利于高产高效集中化开采,应加紧研究。   5 采场围岩控制技术   (1)进一步完善采场围岩控制理论。以科学合理、优化高效的岩层控制技术来保证开采活动 的安全、高效、低成本为目标,深入总结我国几十年的矿山压力研究成果,以理论分析(解 析法)、现代数学力学(统计分析预测、数值法)和实测法相结合运用先进的计算机技术,深 入研究各种煤层地质及开采条件,如急倾斜、大采高、大采深采场矿山压力显现规律及围岩 破坏与平衡机理,不断完善采场围岩控制技术。   (2)研究坚硬顶板与破碎顶板条件下应用高技术低成本岩层控制技术。 目前,由于应用高 压注水、深孔预裂爆破处理坚硬顶板和应用化学加固技术存在工艺复杂、成本高的问题, 因而需进一步研究开发新技术、新工艺、新材料来解决这些问题。   (3)放顶煤开采岩层和支架—围岩相互作用机理。研究放顶煤开采力学模型、围岩应力、顶 煤破碎机理、支架—顶煤—直接顶—基本顶相互作用关系;运用离散元等方法研究顶煤放落 规律,提出放煤优化准则和提高顶煤回收率的途径。   (4)支护质量与顶板动态监测技术。在总结缓倾斜中厚长壁工作面开展支护质量与顶板 动态监测方面,应进一步在坚硬顶板、破碎顶板、急倾斜、放顶煤工作面开展支护质量与顶板动态监测,同时应不断完善现有的监测技术,发展智能化监测系统,改进监测仪表,使监测仪表 向直观、轻便、小型化方向发展。   (5)冲击地压的预测和防治。通过计算机模拟研究冲击性矿压显现发生的机理;进一步完 善 冲击性矿压显现监测系统,发展遥控测量和预报技术,完善冲击性矿压综合防治措施的优化 选择专家系统。   (6)研究开发新型的支护设备。研究硬煤层、硬顶板放顶煤液压支架,完善液压支架性能和 快速移架系统,开发耐炮崩、轻 型化单体液压支柱和厚煤层巷道锚索和可伸缩锚杆。   6 小煤矿技术改造和机械化开采技术   实施国家关闭小煤矿,淘汰落后生产技术和生产设备,提高平均单井规模的技术政策,开发 小型煤矿机械化、半机械化开采技术和装备,改进小煤矿的采煤方法和开采工艺,提高采煤 工作面的单产和工效;提高小煤矿的顶底板控制技术水平,最大限度地减少顶底板事故率。   7 煤炭地下气化技术   煤炭地下气化技术是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧,通过对煤的热化学作用而产生可 燃气体的过程。煤炭地下气化技术属于一种特殊的采煤方法,它属国际首创。煤炭地下气化技术具有投资少、工期短、见效快、用人少、效率高、成本低 、效益好等优点,尤其适合我国煤矿地质条件复杂、劣质煤比例高、“三下”压煤严重的具 体国情,具有广阔的推广应用前景。应继续研究完善“长通道、大断面、两阶段”和“矿井 式气化”两种典型煤炭地下气化工艺,进行较大规模的地下气化试验研究,摸索实现“两个 控制、三个稳定”的技术途径,并实现连续、稳定生产探索应用的途径。   参考文献   1 魏同,张先尘,王玉浚.中国煤炭开发战略研究.山西科学技术出版社,1999   2 钱鸣高,何富连,李全生等.综采工作面矿压显现与支护质量监控.中国煤炭学报,199 5(7):48~51   3 中国煤炭产业国际化发展战略研讨报告.中国经济导报社,北京中经通投资咨询有限责任公司 信息来源于:中国煤炭
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