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煤礦安全開采技術探討露天煤礦開采方法

我國煤炭開采應重點發展七大技術領域:采煤方法與技術、深井開采、“三下”采煤、減少矸石排放的開采技術、圍巖控制技術、小煤礦技術改造與機械化開采技術、地下氣化技術。

在科技和經濟發展的新形勢下,煤炭開采技術研究必須面向國內外市場和經濟建設主戰場,立足於煤炭開采技術前沿,立足於我國煤炭發展戰略所必需的技術儲備,立足於煤炭工業中長期發展戰略所必需的關鍵技術攻關,立足於解決煤炭工業工程中的實際問題, 以中長期研發和技術儲備為重點,跟蹤產業科技前沿,發展以采煤技術為主導的核心技術和具有自主知識產權的配套設備。

1.采煤方法和技術

采煤方法和技術的進步與完善壹直是采礦學科發展的主題。煤炭開采技術的發展將導致煤炭開采各個方面的變化。現代采煤技術的發展方向是高產、高效、大批量、大功率、高可靠性的薄煤層采煤機和刨煤機。開發適用於綜采刨煤機的液壓支架;研究開發薄煤層工作面整體支護技術和高效開采技術。

1.1緩傾斜厚煤層全厚大采高綜采壹次完成。

要進壹步完善支架的結構和強度,加強防止支架墜落、打滑、頂梁焊縫開裂和四連桿機構變形的措施研究,防止千斤頂嚴重損壞,提高支架的可靠性,縮小與中厚煤層高產高效指標的差距。

1.2高產高效各類綜采設備支撐系統

要實現高產高效,必須提高作業率,對“支架-圍巖”系統和采運設備進行監控。今後研究的重點是:通過電液控制閥組控制支架,完善“支架-圍巖”系統的控制,進壹步完善液壓壓力、支架位置、頂板狀態、支護質量的自動采集系統;乳化液泵站和液壓系統運行狀態的檢測和診斷;“油屑”的在線和離線監測以及采煤機溫度和電信號的監測;帶式輸送機和刮板輸送機的綜合狀態監測。

2.深井開采技術

深井開采的關鍵技術有:礦壓控制、沖擊地壓防治、瓦斯和熱害控制、深井通風、巷道布置等。需要研究的是:深井圍巖狀態、應力場和分布狀態的特征;深井作業場所工作環境的變化;深井巷道快速掘進與支護技術及裝備:深井巖爆防治技術和監測技術;深井高產高效開采相關配套技術;深井開采熱害控制技術與設備。

3.“三下”采煤技術

完善數值模擬計算和相似材料模擬,深入研究覆巖移動和地表沈陷規律,研究滿足地表、建築物和地下水資源保護需要的合理開采制度和優化參數,發展沈陷控制理論和關鍵技術,包括放頂煤工作面地表廢棄物充填采空區系統;研究和應用各種充填技術和組合充填技術、村莊房屋加固改造技術、適用於村莊保護的開采技術;研究了近水開采的開采設計、工藝參數優化和裝備,提出了采煤與采煤城市和諧統壹的開采沈陷控制、村莊下采煤、土地復墾和礦井水資源利用等關鍵技術。

4.優化巷道布置和減少矸石排放的開采技術。

改進和完善現有煤炭開采方法和開采布局,以開采效益最大化為目標,研究開發煤炭地質條件下回采巷道布置專家系統和技術評價系統,實現采煤方法和開采布局與煤炭地質條件的優化匹配。

總結推廣神華集團大柳塔礦和潞安張村礦采用全煤巷布置、單壹煤層開采,矸石基本不運出地面的經驗,生產系統大大簡化,從井口到工作面分別采用無軌膠輪和單軌吊輔助運輸。同時實現了綜采和綜掘同步發展的經驗,生產效率大大提高。同時,著力優化高產高效礦井開拓和巷道布置系統,簡化巷道布置。優化采區和工作面參數,研究單壹煤層集中開拓、集中準備、集中開采關鍵技術,大幅度降低巖巷掘進率,多開煤巷,降低矸石率;研究井下直接處理矸石作為充填材料的技術,不僅是減少汙染的有力措施,而且簡化了生產系統,有利於高產高效集中開采,應加大研究力度。

5.采場圍巖控制技術

進壹步完善采場圍巖控制理論。以科學、合理、優化、高效的巖層控制技術為目標,確保采礦活動的安全、高效、低成本,深入總結我國幾十年來礦山壓力的研究成果,將先進的計算機技術與理論分析、現代數學力學和實際測量相結合,深入研究各種煤層地質和開采條件, 如急傾斜、大采高、大采深采場礦壓顯現規律、圍巖破壞與平衡機理等,不斷完善采場圍巖控制技術。

研究了高技術低成本巖層控制技術在堅硬頂板和破碎頂板條件下的應用。目前,由於高壓註水、深孔預裂爆破和化學加固技術在應用中存在技術復雜、成本高等問題,需要進壹步研究開發新技術、新工藝和新材料來解決這些問題。

崩落法開采巖層與支架-圍巖相互作用機理。研究了放頂煤開采的力學模型、圍巖應力、頂煤破碎機理、支架-頂煤-直接頂-基本頂相互作用關系。用離散元法研究了頂煤冒放規律,提出了頂煤冒放的優化準則和提高頂煤回收率的途徑。

支護質量與頂板動態監測技術。總結緩傾斜中厚長壁工作面支護質量和頂板動態監測,應進壹步開展堅硬頂板、破碎頂板、陡坡、放頂煤工作面支護質量和頂板動態監測,同時不斷完善現有監測技術,開發智能監測系統,改進監測儀器,使監測儀器向直觀、輕便、小型化方向發展。

巖爆的預測與防治。通過計算機模擬研究了巖爆行為的機理。進壹步完善沖擊地壓顯現監測系統,發展遠程測報技術,完善沖擊地壓綜合防治措施優選專家系統。

研發新的配套設備。研究堅硬煤層和堅硬頂板放頂煤液壓支架,提高液壓支架和快速移架系統的性能,研制抗爆破坍塌、重量輕的單體液壓支柱和厚煤層巷道錨索、伸縮錨桿。

6 .小煤礦技術改造和機械化開采技術

貫徹國家關閉小煤礦、淘汰落後生產工藝和設備、提高平均單井規模的技術政策,發展小煤礦機械化和半機械化開采技術和裝備,改進小煤礦的開采方法和工藝,提高采煤工作面的單產和工效;提高小煤礦頂底板控制技術水平,最大限度降低頂底板事故率。

7.煤炭地下氣化技術

煤炭地下氣化技術是通過煤炭的熱化學作用,控制地下煤炭燃燒並產生可燃氣體的過程。煤炭地下氣化技術屬於壹種特殊的采煤方法,在世界上尚屬首創。煤炭地下氣化技術投資少、建設周期短、見效快、用工少、效率高、成本低、效益好,特別適合我國煤礦地質條件復雜、劣質煤比例高、“三煤”壓力嚴重的具體國情,具有廣闊的推廣應用前景。繼續研究和完善“長通道、大斷面、兩段”和“礦井氣化”兩種典型的煤炭地下氣化工藝,開展大型地下氣化實驗研究,探索實現“兩控三穩”的技術途徑,實現連續穩定生產的探索和應用。■