主 講： 王 開
厚煤層采煤方法的分類
我國針對厚煤層的典型的采煤方法有兩種
①分層開采
②整層開采。
整層開采有又三種方法：
放頂煤
大采高
大采高綜放
放頂煤
采煤方法新技術——放頂煤
放頂煤開采是針對厚及特厚煤層開采發展起來的一種采煤工藝。它是在厚煤層的下部布置一個采高(2～3)m的工作麵，隨著工作麵的推進，在前方支承壓力的作用下，使工作麵上部的煤體壓裂破碎，並在支架尾部切頂線附近冒落放出的一種采煤方法。它與其它采煤方法的不同在於，除有一個包括破、裝、運、支、控全部工序的普通長壁采煤工作麵外，同時在支架的後部還有一套破、放、運等的頂煤回收係統，即前後兩個采出煤炭的工作場所組成了一個完整的放頂煤工作麵。
采煤方法新技術——放頂煤
綜放開采基本原理
綜放開采是在厚煤層的下部布置工作麵，利用地壓破煤與自重落煤，有些冒放性差的頂煤體采取人為措施改善頂煤體的冒放性，這樣將頂煤體放出的一種開采方法，頂煤體的破壞與破碎靠支承壓力和支架—圍岩相互作用。
頂煤破壞過程一般可分為4個階段：①頂煤強化階段，支承壓力峰值點之前的應力上升過程。隨著三向應力的增加使頂煤發生損傷，而部分原有缺陷發展成新的微細裂隙，但各種裂隙均處於閉合狀態；②裂隙擴展階段，支承壓力峰值點之後至工作麵煤壁的應力迅速下降過程；③破碎鬆動階段，工作麵控頂區的頂煤破碎階段；④冒放階段，支架後頂煤的垮落放出階段。
在頂煤的破碎過程中，第①、②階段礦山壓力作用是關鍵，它對頂煤的破壞發展起主導作用，而第③、④階段頂煤的破壞、破碎主要靠支架—圍岩相互作用。可以看出，頂煤體在運移過程中的破壞發展是一個漸進的過程，是一個量變到質變的過程。
采煤方法新技術——放頂煤
放頂煤綜采較大采高有如下優越性：
①在複雜地質條件下，不受煤層穩定性和厚度變化的限製，可實現一次采全厚，大大提高了煤層開采強度。
②利用礦壓破煤，是一種低能耗的采煤方法。
③巷道布置簡單，掘進工程量與維護工程量小,可以節省大量掘進和運輸工作,緩解采掘接替緊張的矛盾,為提高礦井全員效率創造了條件。
④設備國產化，不需引進。
⑤可提高塊煤率, 提高了煤炭售價，減少了設備的運行費(如采煤機),相對減少了設備折舊費或租賃費。
采煤方法新技術——放頂煤
放頂煤開采的主要缺點是：
①放煤時粉塵較大，惡化了井下工作環境；
②工作麵容易局部積聚瓦斯；
③工作麵過風斷麵小,配風比較困難,風排瓦斯量少；
④綜采放頂煤工作麵回采工藝相對複雜,既有前方采煤機割煤,又有支架後方放煤。割煤與放煤兩道工序如不能有效協調將影響工作麵效率,生產管理複雜；
⑤ 采空區遺留的浮煤不利於防止自燃；
⑥ 放頂煤相對於大采高頂煤回收率低，含矸率高。放頂煤可造成了5 %的灰分增加,工作麵平均回采率80 %左右,陽泉、兗州、潞安礦區最高達到85 % ,盤區回采率僅為71 %。
采煤方法新技術——放頂煤
頂煤的冒放性是指頂煤本身冒落和放出及其難易程度的度量，亦即頂部煤體可冒性和可放性的總和。在什麼條件下，頂煤冒放性好，可采用放頂煤開采，在什麼條件下，頂煤冒放性差，不能采用放頂煤開采，必須有一個確定的評價。為了評價具體條件下頂煤的冒放性，則應該弄清影響頂煤冒放性的主要因素及其影響規律，並且根據諸因素的影響程度大小進行綜合評價。影響頂煤冒放性的因素很多，從總體上可分為地質因素和技術因素兩大類。
采煤方法新技術——放頂煤
影響頂煤冒放性六大地質影響因素
開采深度
煤層厚度（最大煤層厚度和最小煤層厚度）
煤層強度
夾矸
頂板岩層
煤體中的節理與裂隙
影響頂煤冒放性技術影響因素
采放比、工作麵長度、放煤方式
大采高
采煤方法新技術——大采高綜采
大采高綜采一般認為是指分層高度和采煤機割煤高度大於3.5m的綜采。大采高采煤法適合煤層厚度為3.5～5.5m ,煤層及頂底板中硬以上的地質條件。目前大采高工作麵最大采高在國內外已達6m。隨著大采高設備和技術的進步,大采高綜采已成為我國高產高效礦井的主要采煤方法之一。
神東上灣32301工作麵長度為301m，走向推進長度為5220m，工作麵煤層平均厚度為7.1m，傾角為1º-3º，采高為6.1m，年生產能力1200萬。
（1）液壓支架選用鄭州煤機廠生產的ZT10800/28/55D型雙柱掩護式支架，一共176架，其中中間工作麵支架166架，端頭支架10架。
（2）工作麵采煤機選用艾柯夫公司SL1000型采煤機一部。
（3）工作麵刮板輸送機及其配套轉載機和破碎機選用DBT公司的運輸設備一套。
（4）乳化液泵采用RMI公司生產的S375徑向柱塞泵，噴霧泵選用RMI公司生產的S300徑向柱塞泵。
（5）組合開關是由常州聯力公司生產，其控製負荷大，多驅動器可供選擇，液晶顯示，靈活可靠。
（6）通訊控製裝置由天津華寧公司製造，控製工作麵三機的啟停以及工作麵通訊，運行可靠。
（7）兩台4000KVA移變是由江蘇中聯製造，將10000V變為3300V高壓電供給采煤機、刮板運輸機、轉載機和破碎機，其工作可靠，壽命長，各種保護靈敏
大采高綜放
采煤方法新技術——大采高綜放
我國具有相當大一部分煤田煤層厚度大於15m。對於大於15m的特厚煤層開采如果采用目前傳統的采煤方法有兩種①分層綜采②分層放頂煤。就分層綜采而言對於一個厚度大於15m的特厚煤層分層綜采需5～6個分層，即使采用分層放頂煤也需2～3個分層。上述兩種采煤方法有其共性即—分層。分層開采有很大弊端：目前分層開采均留設頂、底煤皮，資源回收率低，而且下分層開采時巷道維護困難、工作麵搬家頻繁等增加開采成本，而且上分層采空區會留殘煤、積水、積氣給開采下分層開采增加許多不安全隱患。
采煤方法新技術——大采高綜放
對於特厚煤層，關於能否實現大采高綜放一次采全厚問題，毛德兵提出了大采高綜放開采的概念，但其開采的厚度僅限於10m。
大采高綜放可以有效地克服上述兩種采煤方法的缺點，而且有其自身的優點：①放煤自由空間大，有利於頂煤的冒落。②可增大通風斷麵，降低風阻，有利於工作麵安全生產。③可提高采出率，有利於提高資源回收率。④為充分利用當前大功率采煤機與輸送機創造了條件。⑤ 可以打造千萬噸級工作麵，實現高產高效。 ⑥對煤層厚度大及地質條件複雜的煤層適應性強等優點。
采煤方法新技術——大采高綜放
主要研究內容
采高綜放工作麵頂煤變形規律及特點
大采高綜放支架-圍岩關係
大采高綜放工作麵煤壁片幫及端麵冒頂控製
大采高綜放頂煤冒放性研究
煤礦綠色開采技術---生產現狀
我國目前的煤礦生產是在以下兩種情況下進行：
一是生產成本不完全。如投入不足，技術裝備落後，安全設施欠帳，工人工資太低。
二是相關費用支付不全。如礦產資源費以及植被恢複, 地麵塌陷與水損失汙染治理等。
為此中國礦業大學錢鳴高院士提出並形成綠色開采技術，是為了使我們正視開采對環境造成的影響和破壞, 並有清醒的認識與足夠的估量, 以便提出必要的對策和對政府提出必要的政策建議。
煤礦綠色開采技術---環境問題
煤炭開采形成的環境問題為以下三個方麵：
一、對土地資源的破壞和占用煤炭開采對土地資源的破壞損害, 井工開采以地表塌陷和矸石山壓占為主, 而露天開采則以直接挖損和外排土場壓占為主。
二、對水資源的破壞和汙染煤炭開采過程中, 進行的人為疏幹排水和采動形成的導水裂隙對煤係含水層的自然疏幹, 破壞了地下水資源同時開采還可能汙染地下水資源
三、對大氣環境的汙染主要來自礦井排出的煤層瓦斯和煤礦矸石山的自燃。
煤礦綠色開采技術---實例
以山西省為例, 1949-1998年共生產原煤46億多噸, 地麵塌陷破壞麵積達100多萬畝, 其中40%是耕地，矸石山占地3萬多畝。至1998年煤炭地下采空麵積達1300km2。煤破壞地下水4.2億, 地表水逸流減少， 導致井水水位下降或斷流共計3218個, 影響水利工程處、水庫40座、輸水管道造成433個村莊, 812715萬人, 108241萬頭牲畜飲水困難，使本來缺水的山西環境受到進一步破壞。平均每采萬噸原煤造成塌0.2ha。
煤礦綠色開采技術—技術途徑和措施
一、減少井下排矸量的有效措施
1、煤礦生產進行總體合理規劃
2、改革巷道布置方式，減少岩巷掘進量
①全煤巷開拓方式，除主要硐室外，所有巷道均布置在煤層中②利用自然邊界劃分礦井和采區③施行搭配開采（薄厚搭配、煤種搭配）④取消岩石集中巷
3、合理選擇采煤方法及生產工藝
4、矸石充填不出井
煤礦綠色開采技術—技術途徑和措施
二、減少井下廢氣、粉塵汙染的措施
1、井下抽放瓦斯綜合利用
（既可減少瓦斯湧出量同時可以瓦斯二次利用）
抽放分為本煤層抽放、鄰近層抽放、采空抽放、鑽孔抽放、巷道抽放、綜合抽放
2、井下粉塵防治
今後一個時期，在我國主要研究解決厚及特厚煤層注水工藝技術及配套裝備
3、井下防滅火技術（阻化劑、黃泥灌漿、注凝膠、均壓防滅火、注氮、束管檢測係統）
煤礦綠色開采技術—技術途徑和措施
三、煤礦汙水處理技術
1、礦井水分類排放。（岩溶水、礦井汙水）
2、水采礦井的閉路循環。
3、煤礦用化工材料汙染治理。（例乳化油）
目前，為了防止乳化液汙染水主要從以下幾個方麵著手：
①通過開發新液壓傳動介質代替乳化液同時降低或除去原乳化油中的礦物油，並選擇易於被生物降解的添加劑，減少乳化油對環境的汙染②研究開發水介質單體液壓支柱，完全不用乳化油③完善各類用油設備的密封性能，防止石油產品泄露。
煤礦綠色開采技術—技術途徑和措施
四、建築物下采煤與減沉技術
基於岩層控製的關鍵層理論提出，可將保證覆岩主關鍵層不破斷失穩作為建築物下采煤設計的基本原則。為了保證建築物下采煤既具有較好的經濟效益，同時又確保地麵建築物不受到損害，關鍵在於根據具體條件下覆岩結構與關鍵層特征來研究確定合理的減沉開采技術及參數。確定覆岩中的關鍵層位置，掌握其離層與破斷特征參數，是注漿減沉技術應用可行性分析、鑽孔布置與注漿工藝設計及減沉效果評價的基礎。
（通過向開采煤層上覆岩層的離層帶內打孔，並向其空隙中注入泥漿，可以減緩地表下沉。該項技術已經進行了工業性試驗，其效果比水沙充填減少了30%-60%，最大下層速度保持在0.5mm/a）
煤礦綠色開采技術—技術途徑和措施
五、采空區充填開采技術
采空區充填開采技術是綠色開采技術的重要組成部分，尤其在經濟發達地區解決建築物下開采更應受到重視。從理論上來說，充填采礦是解決煤礦開采環境問題的理想途徑，但由於目前充填采礦的成本相對偏高，限製了該項技術在煤礦的試驗與應用。
在市場經濟條件下，充填技術的關鍵是充填材料的選取及如何降低成本。另外就是充填技術本身，它應該包括充填係統與開采係統的協調；充填運輸係統的暢通；充填後材料的力學特性等。順利解決上述問題將根本改變將來我國經濟發達區域的開采技術。
煤礦綠色開采技術—技術途徑和措施
六、煤與瓦斯共采
我國煤層普遍具有變質程度高、滲透率低和含氣飽和度低的特點，70%以上煤層的滲透率小於1×10-3μm，這對我國開展煤層瓦斯采前預抽是極為不利的。正因為如此，我國已鑽的200多口采前地麵煤層氣井中，穩產高產井很少，單井產量超3000 m3/d的也隻有約30口。實踐表明，一旦煤層開采引起岩層移動，即使是滲透率很低的煤層，其滲透率也將增大數十倍至數百倍，為瓦斯運移和抽放創造了條件。因此若在開采時形成采煤和采瓦斯兩個完整的係統，即形成“煤與瓦斯共采”的技術，則不僅有益礦井的安全，而且采出的還是潔淨能源。因此在開采高瓦斯煤層的同時，利用岩層運動的特點對煤層氣進行開采將是我國煤層氣開發的一條重要途徑。
煤礦綠色開采技術—技術途徑和措施
七、煤炭地下氣化
煤炭地下氣化是一種整體綠色開采技術。它是將地下煤炭通過熱化學反應在原位將煤炭轉化為可燃氣體的技術，是對傳統采煤方式的根本性變革。不僅極大地減少了井下工程及艱苦作業，而且消除了煤炭開采對環境的汙染和煤炭燃燒對生態環境的不利影響和危害。（複采、薄煤層）
無井式氣化方法就是用鑽孔代替井筒，然後貫通兩個鑽孔，並點燃形成火道，進行“燃燒”—一係列化學反應。
火力貫通：在煤層中用燃燒源燒穿兩鑽孔間煤層
電力貫通：在兩鑽孔中放入電極，利用電能的熱效能燒穿
定向鑽進通道：鑽具（前蘇聯 ）中國礦業大學（實驗室）
水力壓裂貫通
|
發表評論
