小议厚煤层中小煤矿实现高效采煤技术的途径
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摘 要 ：随着我国煤矿的不断发展，其中厚煤层中小煤矿占了一定的比例，却普遍存在结构不合理、产业集中度低、开采方法落后、资源浪费严重、安全事故频发等问题, 严重制约我国煤矿的发展。本文针对该情况提出了中小煤矿开采厚煤层的改造技术途径。全面提高我国厚煤层中小煤矿采煤机械化程度和技术水平。
关键词：煤矿；厚煤层；采煤技术；机械化；方法改革；
1 技术途径
厚煤层中小煤矿技术改造, 无论从我国煤炭供应安全还是从煤炭工业可持续发展战略看, 都必须走机械化、集约化、高产高效矿井建设之路, 增强我国煤炭总体生产能力, 提高煤矿总体安全水平。
厚煤层中小煤矿可根据自身实际情况进行资源整合, 重新规划, 合理有序地开发和利用煤炭资源, 本着规模化、机械化、集约化的原则, 建设高产高效矿井。
厚煤层中小煤矿技术改造的核心是淘汰落后的采煤工艺, 大力推行先进适用的采煤方法, 建设高产高效矿井, 实现煤矿装备现代化、系统化、管理信息化。要大力推进煤矿机械化, 淘汰落后的技术装备与工艺, 实现装备升级, 推动科技进步。采煤方法落后是造成中小煤矿技术落后的根本所在, 非正规的采煤方法必然导致煤矿资源采出率低, 通风管理混乱, 安全事故频发, 工人劳动强度大等诸多不利因素。因此, 厚煤层中小煤矿技术改造的首要任务就是改革采煤方法, 大力推广壁式采煤方法和技术, 实现矿井的机械化采煤, 用先进适用技术改造传统产业。
煤炭科技进步的实践经验表明, 发展煤炭工业的根本出路在于机械化, 特别是采煤机械化。采煤工作面是煤矿生产的核心, 其技术状况在很大程度上决定了煤矿的生产工艺、系统配置、组织管理和技术经济指标。综合机械化采煤是煤矿技术进步的标志, 是煤矿增加产量、提高劳动效率、增加经济效益的重要手段。
在借鉴国外矿井高效集约化开采经验的基础上, 结合我国煤炭开采条件和技术水平, 我国厚煤层中小煤矿实现高效集约化采煤技术途径如下:
( 1) 全面推进高产、高效、高安全采煤工作面建设
煤矿高效集约化开采的前提条件就是实现采煤工作面高产高效。根据我国的煤炭开采条件和开采技术, 实现采煤工作面高产、高效、安全开采可通过 2种途径: 一是投入大功率、高可靠性采煤设备, 提高生产能力; 二是采用综采工艺, 全面实现机械化开采。
( 2) 开采装备的自动化、机械化、电气化
先进的开采装备是实现煤矿高效集约化开采的基础。机电一体化技术、计算机自动控制的信息技术、先进的制造技术的应用有利于实现开采装备的高效率、高可靠性。
( 3) 打造大型化、集中化、系统化的现代化
矿井 大型化、集中化、系统化和自动化是煤矿的发展方向。厚煤层中小煤矿要实现高效集约化开采, 必须依靠科学技术进步, 走大型化、集中化、系统化和自动化的道路。
根据我国国情可将技改前的厚煤层中小煤矿分为 3种类型:
1) 半机械化矿井
矿井可采储量在 20Mt以上, 生产能力在 450kt /a以上, 矿井的采、掘、机、运、通等生产系统较为正规, 但采煤方法落后或不得当, 较多采用普采或高档普采等, 未完全实现机械化开采。对于此类矿井, 技术改造目标是建设百万吨以上大型化、集中化、系统化和自动化高产高效矿井, 对矿井重新设计, 合理规划, 采用综采放顶煤或大采高综采等现代化采煤工艺, 实现完全机械化自动化开采。同时提升矿井管理水平和技术水平, 通过技术改造后, 将该类矿井打造成为现代化矿井。
2) 非正规采法矿井
矿井可采储量在 20 M以下, 生产能力在 100 ~ 450kt /a , 生产系统较为简陋, 采用非正规采煤方法开采, 资源采出率低, 通风系统混乱, 安全生产不能得到保障。对于此类矿井, 首先进行矿井资源整合, 与邻近矿井合并, 扩充矿井资源, 用先进适用的采煤技术改造矿井, 实现矿井的高产高效高安全开采。矿井的技术改造应本着正规化、现代化发展方向。采用先进的采煤方法和回采工艺, 技术改造优先, 采用长壁机械化开采; 无法实行长壁开采的, 可采用短壁或房柱式机械化开采; 优化巷道布置方式, 完善通风系统; 根据矿井的技术条件, 优化巷道支护设计, 力求实现矿井全锚网支护, 实现巷道支护改革; 建立完善的矿井安全监测系统, 实现 “一通三防” 正规化;培养和引进技术人才, 增强矿井技术和管理力量,实现管理正规化; 将串车提煤改为胶带输送机提升 实现煤炭提升连续化。
3) 简易矿井
矿井开采储量较少, 生产能力在 100kt/ a以下的小矿, 采煤方法原始, 矿井生产和管理极为简陋, 无机械化可言, 人力 (畜力)运输、残采式采煤、事故层出不穷。对于该类矿井则需要重新优化重组, 合并矿井, 扩大规模, 然后再通过机械化改造实现规模化生产。对于资源枯竭、煤质低劣、越界开采、资源采出率低、自然灾害危害严重、事故频繁发生的小型矿井, 坚决予以关闭。以便在全国范围内逐步淘汰 300kt /a以下的矿井。
厚煤层中小煤矿通过技术改造, 走煤矿高效集约化开采道路, 利用高新技术和先进适用技术, 建设高产高效矿井, 淘汰落后的开采工艺, 可以明显提高煤炭资源的采出率, 改善煤矿安全生产状况,实现矿井集约化、规模化生产。
2 厚煤层中小煤矿采煤方法改革
2.1全面提高采煤机械化程度和技术水平
解决我国厚煤层中小煤矿落后现状的根本方法, 就是必须首先完全彻底地改革矿井落后的采煤方法和采煤工艺, 大力推广先进适用采煤工艺和采煤方法, 逐步淘汰和禁止非正规的采煤方法和落后的采煤工艺, 实现机械化采煤, 全面提高我国厚煤层中小煤矿采煤机械化程度和技术水平。
首先大力推广应用长壁机械化采煤, 长壁机械化采煤是我国应用最广泛最成熟的技术, 较易广泛推广应用。
不具备布置长壁机械化采煤工作面的煤矿, 可以推广短壁机械化或连采等技术。短壁机械化采煤工作面生产管理和矿井的生产规模小、设备投入比较少, 采煤工作面生产管理简单, 有利于在中小煤矿推广使用。
2.2适宜厚煤层中小煤矿开采的先进采煤技术
2.2.1 轻型支架放顶煤技术
轻型支架放顶煤技术已在鹤壁矿区、邯郸矿区、峰峰矿区等广泛应用, 该技术又可称为较薄厚煤层放顶煤技术, 主要适用于厚度为 3 5~ 6 0m厚煤层、煤层厚度变异系数大、煤层破碎松软、顶板易冒的煤层。该采煤技术投资较少, 特别适宜在我国厚煤层中小煤矿普及使用。
轻型支架放顶煤工艺的关键技术:
1) 采用轻型放顶煤液压支架
典型的架型如图 1所示。这种支架的特点是结构简单紧凑、重量轻、价格便宜、安装方便。
2) 控制端面顶煤片帮冒顶
这类煤层综放开采成功的前提和关键是控制端面顶煤不发生大面积片帮冒顶。应从支架结构设计和回采工艺两方面加以控制。支架设计采用整体顶梁、长侧护板、前柱前倾并配内伸缩梁; 回采工艺保证及时移架、擦顶移架。实践证明, 这类煤层综放工作面可实现年产 0. 5~ 1.0 M t 。
2.2.2 短长壁综采放顶煤技术
该项技术特别适合于矿井可采储量较少, 年产量在 0.6Mt以上、煤层为厚煤层的中小型矿井。该采煤工艺已成功应用于陕西彬县下沟煤矿、陕西集华柴家沟煤矿和陕西照金煤矿, 已经趋向完善。以上矿井在进行技术改造后, 均已实现高产高效开采, 年产量均在 1.0 M t以上, 有着较好的经济效益和社会效益。
这种采煤方法的关键技术是:
1) 工作面长度较短, 工作面长度可设计为90m以下, 设备投资少, 生产管理方便, 称之为短长壁开采。
2) 刮板输送机采用单电机驱动, 电机垂直于刮板输送机布置, 工作面全长全部采用基本液压支架, 工作面不设端头支架和过渡支架, 配套简单,
2.2.3大采高综采技术
大采高一次采全厚综合机械化采煤法, 是近几年伴随着大采高液压支架、大功率采煤机的研制而产生的一种新工艺。目前世界上对 3.5 ~ 6.0m厚煤层开采的发展趋势是采用综采一次采全高采煤法。我国从 20世纪 80年代开始, 在引进国外设备的基础上研制出了适应我国煤矿地质条件的一系列产品, 并进行了工业性试验和实际应用, 取得了一定的经验。到目前为止, 大采高一次采全高采煤法已在我国许多矿区得到应用, 并取得了可喜的成绩, 工作面最大采高已达 7m以上。
大采高综采工作面一般装备成套设备, 其特征是采煤机功率大, 采用强力刮板输送机和掩护式液压支架。大采高一次采全厚综采一般适用于地质构造简单、煤层厚度 3.5~ 6m、煤层赋存稳定、倾角小于12 0和顶板较稳定的煤层。
3结论
( 1) 厚煤层中小煤矿发展必须走新型煤炭工业化道路, 优化产业结构, 转变经济增长方式, 由数量型转变为经济效益型, 由粗放型转变为集约型, 由分散型转变为规模型, 实现资源整合、联合发展、规模经营。
( 2) 我国厚煤层中小煤矿实现高效集约化采煤技术的途径: 一是建设高产高效采煤工作面, 二是装备先进的开采装备, 三是矿井向大型化、集中化、系统化和自动化方向发展。
( 3) 厚煤层中小煤矿技术改造的关键, 是改革采煤方法和采煤工艺, 逐步淘汰和禁止非正规采煤方法和落后的采煤工艺, 大力推广机械化采煤技术, 全面提高厚煤层中小煤矿采煤机械化程度和技术水平。大力推广长壁机械化采煤技术, 不具备长壁开采的矿井开发和推广短壁机械化采煤技术。
( 4) 厚煤层中小煤矿采煤方法改革应尽可能采用先进适用的采煤技术, 建设集约化矿井, 实现矿井的安全、高产、高效。