煤矿井下采矿技术存在问题及优化措施_李传伍.pdf

煤矿井下采矿技术存在问题及优化措施李传伍（陕西永陇能源开发建设有限责任公司，陕西 宝鸡）摘 要：煤炭是支撑我国经济发展的重要基础能源。目前，的煤矿以井下开采为主。但煤矿挖掘难度不断加大，挖掘的深度不断增加，开采的安全形势越来越严峻。如何通过科技创新推进我国煤矿井下开采，促进煤炭行业转型升级，成为备受关注的话题。本文分析煤矿井下采矿技术现状，探讨采矿设备和技术的升级改造、优化措施。关键词：煤矿；井下采矿技术；采矿设备中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）煤炭既是国家的重点能源，也是世界关键工业原料，如何提高产量效益、防止煤矿在开采过程中出现矿难，已成为制约我国煤炭开采业发展的瓶颈。随着技术的不断创新，煤炭开采业正逐步从人工采煤向半机械化、半人工化采煤，向着机械化、自动化的采煤方向变革。随着物联网、云计算、人工智能等技术的发展，采矿技术智能化。煤矿井下采矿技术 地下气化技术煤炭地下气化技术是一种将煤炭直接气化的化学采矿手段，即在煤层内直接点火燃烧，提供适量的空气、富氧空气等反应剂，煤炭通过燃烧产生的煤气可以由导管传送到地面。该技术适合煤层极深、甲烷含量极高或煤层较薄但矿内危险的场合，可以有效利用煤炭，在一定程度上提高了煤炭的可开采量，也可以减轻井下采矿给环境带来的压力，具有安全性高、效率高、成本低等优点。但是，我国地下煤层构成复杂、走向多变，至今暂未形成成熟的地下气化方法。深度矿井开采技术矿井的深度逐渐增加，很多煤矿的开采深度已经达到了，对深度矿井的开采技术提出了更高要求，技术容错率更低。深度矿井开采面对不同的矿井条件，需要在前期调研的基础上，分析确定合适的方案。例如，面对矿井压强与地面不同这一问题，需要考虑两者压强差造成的压力冲击，要通过降温与通风避免出现安全风险。再例如，降低矿井内部温度，必须提高矿井内部的风力，不断增加矿井空气水分，有效预防瓦斯的集结，避免瓦斯爆炸。机械化井下开采技术机械化井下开采技术可以大大解决劳动效率低、安全事故频发的问题，与采矿技术整合运用、有机结合。煤炭开采业正在逐步从人工直接采煤向半机械化、半人工化采煤，向着机械化、自动化的采煤方向发展。煤矿井下采矿的特点 开采难度我国绝大多数煤矿存在于地下，需要进行井下采矿，开采难度提高。井下开采环境恶劣，受技术条件影响，设备和作业人员等多种生产要素聚集在极为窄小的空间，造成拥挤、作业难度加大等问题。一些地质条件较差的煤矿难以采用机械化作业，产出效率很低，产出与成本不匹配。另外，井下采矿危险系数较高，尽管近年采矿技术不断进步，但瓦斯泄漏等事故依然时有发生，造成了无法挽回的损失，加强煤矿井下采矿技术研究意义重大。开采方式井下采矿与露天采矿不同，需要根据煤矿的地质条件和煤层特点，选择开采技术。目前，定向开采得到了较广泛的运用，即在整体确定好开采方位之后，利用测量仪器调整开采方位，确保钻具的开采角度和开采位置准确无误。井下采矿技术影响的主要因素 技术水平 矿井自燃在采矿过程中，煤炭氧化会释放大量热量，受井下空间狭小的限制，难以做到有效通风和散热，在多因素的影响下，井下自燃现象极易发生。煤氧复合产生热量的时间很长，难以在短时间内积攒大量热力，易导致忽视煤氧复合现象。火灾是煤矿事故的主要原因之一，矿井自燃引发的火灾事故多发生在采空区，所以需要在该区域重点防控，必须建立安全生产机制，形成安全生产预案，定期进行采矿工人的安全培训，有效提高DOI:10.13487/ki.imce.022884煤炭开采工作安全性。瓦斯爆炸瓦斯事故是煤矿第二高频事故。煤层中吸附大量的瓦斯，而甲烷是瓦斯的主要成分，具有吸附性，热度是煤炭的 倍，在空气中浓度达到一定标准时，就会引发瓦斯爆炸事故，每一个煤矿都要将瓦斯问题重点防范，准备好防火装置，采取安全措施规避风险。附井事故煤矿所在地区地质较为复杂，为方便开采，煤矿需要设置竖井，如天井、溜井等，方便作业人员进出矿井。如果竖井不牢固或支撑点不合理，未给梯子加装防护栏，井口处未合理设置安全防护栏和醒目的警示标志，使作业人员疏忽大意，安全意识减弱，会出现人员坠井等伤亡事故。生态事故井下采矿也容易导致煤矿周围地区出现地表陷落，造成煤矿场地地表岩石、土壤的滑落甚至塌陷，会直接造成矿井被掩埋、人员伤亡的事故。井下开采会造成大量的采空区，导致周围的土地受压过大、超出负荷，一旦发生轻微的地质运动或极端天气情况，极易引发地震、滑坡和泥石流等地质灾害，不仅直接关系井下工作人员的安全，还给周边的居民带来较大的安全隐患。地质原因研究表明，煤矿深度、煤层的构造结构及煤层强度等地质因素都会影响煤矿井下开采。煤矿深度影响顶煤的冒放性，而顶煤的冒放性与开采深度需要多维分析，不同的采矿方法能直接导致顶端冒放。复杂的结构需要提前侦察，因为煤层的抗压性与煤层强度有直接关系，会导致煤层中挤压出现裂缝等现象，只有最恰当的采矿方式才能带来最安全的生产方式。经济原因采矿技术需要一定人力和物力，对高技术人才和经济发展水平有着一定要求，采矿技术的选择与当地的经济实力有关，需要大量的资金购置合适的采矿设备，引进高级采矿技术人才。井下采矿技术智能化优化措施 智能化煤矿开采内涵我国煤矿的储存条件多种多样且极为复杂，应该依据煤层的储存基础、开采目标量、当地的经济科技水平，选择不同的煤矿智能化开采模式。煤矿智能化开采模式吸取了物联网、云计算、人工智能等新一代信息技术，具有稳定可靠的技术和工艺，可操作性较高。智慧煤矿系统包括井上管控系统平台、井下操作系统平台、统一的操作平台、信息感应等部分。井上管控平台包含经营管理和煤矿运输、洗选，是智能化煤矿经营的中心。井下操作系统平台是井下生产安全的保障，是最重要的执行机构。信息感应系统是智能化信息分析与决策执行的根基，能对煤矿井下的所有生产要素等进行信息检测。统一的操作平台包含了智慧煤矿操作系统及数据处理和传输网络，是智能化信息分析的控制中心。根据不同的煤层条件，需要采取不同的井下开采智能模式。薄及中厚煤层的智能化开采模式薄煤层在我国煤矿分布广泛，约占总储量的。薄煤层厚度参差不齐，储量不定，工作面狭小，对设备尺寸要求更为精确，开采难度较大。因此，很多矿区因为难度过大选择不开采薄煤层，导致大量薄煤层矿产资源被浪费。专门针对薄煤层的刨煤机智能化开采设备和滚筒采煤机的无人化开采模式专门适用于井下作业环境，可提高煤炭资源的挖掘效率。对于煤层厚度小于 的薄煤层来说，工作空间极为狭小，刨煤机智能化开采设备配套的智能截割刨煤机能实现自动往返进刀、两端分别头斜切进刀、混合进刀，通过智能变频刮板的联动控制实现功率协调和智能调速。支撑智能自适应液压支架系统可以实现液压支架的智能自适应支撑和刨煤机深度的精确控制。配套的智能变频刮板输送机系统可实现刮板输送机的调速。综合分析煤量检测与智能变频系统可实现智能监控，也可以实时掌握刮板输送机的故障情况。配套的薄煤层刨煤机具备斜切进刀的工艺，可以对三角煤机双向割煤，具备上下双向自动刨煤的工序。智能系统的多维配合可以将作业工人从井下作业空间中解放出来。目前，该模式已经开始在国内部分煤矿应用，取得了良好的经济效益。对于煤层厚度大于、储存量较大的薄煤层和中厚煤层，可选择鼓式采煤机智能无人采矿。它能利用定位导航和直线度自动调节，进行地质建模和辅助采矿探测，可以帮助采煤机实现煤层厚度的自由切割。滚筒采煤机采用扁平化设计外形，配有扁缆装置，大大提高了采煤机的适应性。配备的矿井地质勘探建模技术可以对煤层进行 信息建模，对煤层的煤岩截面进行钻探和物探，并实时根据探取结果修正 模型，整体把握煤层情况。根据前期获得的煤岩条件，提前规划采煤机的采煤路径，调整采煤机摇臂的角度，实现采煤机在不同位置工作高度的变化，实现智能调节。通过对截割高度、截割速度、截割位置、托架提升量的检测，实现了对采煤机截割介质量的智能检测。通过对采煤机截煤量的监测和刮板输送机煤流储存计算、刮板输送机转矩计算，并与监测值进行比较，实现对刮板输送机的智能调节。大采高工作面智能人机协同综采模式我国陕西、山西、内蒙古是主要煤炭开采区，三个省份的煤炭开采量占据我国。三个省份的煤层厚度多为 的坚硬厚煤层，这些地方煤层的厚度大，储存条件好，适宜采用大采高一次采全厚开采的方法，利用人机协同，提高开采的安全性和准确性。大采高的耦合协同方式建立在液压支架与围岩耦合控制技术、装备的分布式协同控制技术综合应用的基础上，该控制系统可以克服大采高工作可能面临的工作面顶板失稳、矿山压力和煤壁片帮冒顶。“双因素”控制方法可以实现对顶板岩层的控制。先进液压支架可采用遥控自动控制系统和超前规划，实现工作面超前支护，促进先进液压支架和工作面设备的快速实施。大采高的智能人机协同综采模式已经在红柳林煤矿等几家西部煤矿应用，实现了以智能综采开采为主、人机协同为辅的智能化开采模式，节省了人力成本，提高了安全生产效率。综放智能化操控与人工干预辅助放煤模式厚煤层厚度大，赋存条件好，可采用综放法开采。智能崩落技术分为时间余量控制的自动崩落技术、自动记忆崩落技术、煤矸石识别的智能崩落技术。煤层厚度、硬度不同，采煤机采煤高度差不同，抽煤步距需要分级设置，分为一刀一放、二刀一放、三刀一放等。对不同的放煤步距可以采取不同的放煤方式，如单轮顺序放煤或多轮间隔放煤等。明确放煤步距、方式及流程的区别，选择不同的放顶煤工艺流程，可以采用一种或多种模式共同进行智能控制。复杂条件的机械化和智能化开采模式不可否认的是，煤层储存条件极为复杂，智能化设备开采难以实施，可以采用机械化为主、智能化为辅的开采方式，降低劳动强度和安全隐患，提高工作环境的安全度。例如，可以瞄准一个倾斜、后倾角煤层，由于单独的刮板输送机很容易出现井底及上下跑滑问题，要加入自适应液压支架的智能滑动、智能提升采煤机等设备，匹配刮板输送机系统，智能确定三向姿态和支架的相对位置，帮助采煤机实现吹煤机角度调整。当然，单纯靠智能设备仍无法符合倾斜角较大的实际情况，仍需要人工进行液压支架的调整和操作，但智能设备可以减轻劳动强度。结语新形势下，要不断提高煤矿开采技术水平，满足不断增长的生产生活需求。本文对煤矿智能化的开采技术与装备进行了深入分析，结合多学科交叉加深对物联网、大数据云计算科技的理解，对煤炭开采的基础理论、工艺方法进行认真总结。未来煤矿智能化将是大势所趋，会成为提高煤炭开采可持续发展水平的关键手段。参考文献：李旭煤矿井下采矿技术存在问题及优化措施探讨内蒙古煤炭经济，（）：刘永飞煤矿井下采矿技术及设备研究内蒙古煤炭经济，（）：裴新宇煤矿智能化开采模式与技术路径研究西部探矿工程，（）：石智军，姚克，姚宁平，等我国煤矿井下坑道钻探技术装备 年发展与展望煤炭科学技术，（）：作者简介：李传伍（），男，安徽合肥人，大专，助理工程师，研究方向：工程技术。