煤矿井工开采方法中存在的问题与对策探讨

煤矿井工开采方法中存在的问题与对策探讨

殷秀才  夏科龙

（陕西金源招贤矿业有限公司，陕西，宝鸡，721500）

摘要：针对我国煤矿开采中以井工开采方法为主的现实，对井工开采中存在的主要问题——资源回采率低、地质灾害频发以及地表沉陷问题分别进行了分析，并给出了相应的解决对策。

关键词：煤矿井工开采；回采率；地质灾害；地表沉陷

煤炭是我国的传统能源，在我国的能源消耗中占据着举足轻重的地位。多年来，我国的原煤产量一直稳居世界第一，这得益于我国有着较大的国土面积和丰富的煤炭资源。然而，我国大部分煤层都赋存于地下岩层之中，埋藏较深，浅埋埋层很少。特别是经过多年的开采，浅部煤炭资源已经几乎开采殆尽。对于埋藏深的煤层，要通过井工开采的方式，即通过布置井下巷道对煤炭资源进行开采。

1井下采煤技术

井下采煤技术可以分为长壁采煤技术和短壁采煤技术，由于短壁采煤技术在瓦斯浓度较高的情况下通风较为困难，且煤炭资源的采出率较低，所以多数煤矿企业普遍采用长壁采煤技术。随着科技的不断发展，目前煤矿企业常用的采煤技术主要有普通机械化采煤技术和综合机械化采煤技术。

普通机械化采煤技术，简称普采技术，可以实现煤炭资源开采的半机械化。在煤炭开采过程中，通过采煤机切割煤层实现破煤，同时使用单体液压支架支护煤层顶板，最后使用刮板输送机装煤。普通机械化采煤技术应用具有诸多的优势，在配置设备设施时，价格成本较低，使用和维护机械设备的成本投入少，而且普通机械化采煤技术具有较强的实用性和适应性，在不同的地质条件中，可以取得理想的技术应用效果。因此煤矿企业在对地质构造较为复杂的煤炭资源进行开采时，可以利用普通机械化采煤技术和工艺方法，设置工作面，在大范围开采煤炭的活动中，中小煤矿企业也可以选择普通机械化采煤技术和工艺，以节约企业的生产成本。

综合机械化采煤技术，简称综采技术，其实现了煤炭资源开采的完全机械化。该技术与普采技术的主要区别在于其采用了液压支架进行顶板支护，且液压支架可以自动跟随采煤机运行。和其他类型的采煤技术采煤工艺相比，综采技术工艺具有诸多的应用优势，能耗小，具有高产优势，在煤矿开采过程中使用综合机械化采煤技术，具有较高的安全性，而且煤矿生产活动中，一线作业人员的劳动强度降低。借助综合机械化采煤技术，改善了生产环境、采煤环境，但是前期投入到综采设备的采购成本较高，因为综采设备的价格昂贵，对企业的经济实力就有一定的要求。目前，综采技术在一些大型和超大型矿井中得到了广泛的应用，实现了一矿一面，此外，为了满足特厚煤层的开采，在普通综采技术的基础上，又产生了综采放顶煤技术和大采高技术。

2煤矿井工开采中存在的问题

2.1资源采出率低

煤炭是一种不可再生资源，因此，提高煤炭资源的采出率具有重要的意义。资源的采出率为开采1.00t煤炭所消耗的煤炭资源储量，当采出率为0.80时得到1.00t的煤炭，则需要消耗1.25t的煤炭资源储量，换言之，采出率越低，消耗的煤炭储量越多。目前，中国煤炭资源的采出率并不高，平均不到0.70左右，意味着大量的煤炭资源存在浪费的情况。

煤炭的采出率低主要有以下几个原因。1）未能对采高进行正确调整。在局部地区煤层厚度大于设计最大采高时，超过采高部分的煤炭难以被有效开采。2）煤层起伏较大。在回采过程中遇到开采难题时，容易形成大量的三角煤。3）遗留了大量的煤柱。为了应对矿山压力，在工作面附近会留有30～40m的煤柱，严重影响了煤炭资源的采出率。

2.2地质灾害频发

在煤炭开采过程中，地质灾害是制约煤炭安全高效开采的主要原因之一。随着煤炭开采逐渐向深部发展，三高一扰动的问题也渐渐凸显，从而诱发了一些特定的地质灾害，特别是煤矿冲击地压和瓦斯突出灾害，但是这些灾害的发生机理尚不明确，因此，导致了煤矿灾害防治面临着严峻的挑战。

此外，在煤炭开采进入到深部后，一些地区的地温存在一定的异常。正常情况下，地温梯度在0.03℃/m，而当矿井深度达到1000m时，矿井内的温度可以达到30℃。目前，在一些矿井内，温度可以达到40℃以上，作业人员如果长期处于高温状态下，身体机能很容易受到损伤。

2.3地表沉陷严重

目前，困扰煤炭资源开采的一个严重问题是煤矿开采所带来的地表沉陷问题。在煤矿开采后，采空区上方的岩层垮落，导致岩层发生运动（图1），这种运动方式容易波及到地表，从而使地表发生沉降，而地表沉降则会对一些建筑和设施造成破坏。在过去，煤矿企业通常会采用对地表建筑物及设施进行搬迁的方式应对该问题，但是，随着地表建筑和设施越来越多，搬迁产生的费用也越来越高。此外，在地表沉陷过程中，若岩层中的隔水层出现了垮断并形成贯穿地表的裂缝，还会对当地的生态环境造成显著的破坏。

图1岩层运动示意图

3井下采煤技术问题对策

针对井下采煤技术存在的问题，制定了一些应对措施，经过大量的实践总结，主要从采用智能采煤技术、加快充填材料的研发及进行地质灾害预测等方面解决这些问题

[6]。

3.1采用智能采煤技术

传统的采煤技术存在煤炭采出率低的问题，为了解决这一问题，需要采用智能采煤技术。在该技术中，采用了较多的传感器，不仅可以对工作面前方的地质条件进行探测，还可以针对地质条件做出相应的决策措施。而且可以对开采高度进行更加精准的控制，保证了煤炭资源的采出率，这得益于智能开采中使用了计算机系统对煤炭切割进行控制。此外，智能采煤技术中还融合了一些感知技术，能够有效对开采过程中出现的一些灾害进行监控，一旦发现异常，可以及时进行预警，提高了煤炭开采的安全性。

3.2进行地质灾害预测

随着煤炭开采逐渐进入到深部，煤矿地质灾害发生的频率也越来越高。为了保证煤炭的安全高效开采，需要对地质灾害进行预报预测。在实际生产中，很多地质灾害具有突发性，难以采用现有理论进行预测，针对这种情况，可以对地质灾害的一些指标进行信息化监测，并采用大数据技术对监测到的数据进行信息化分析，从而实现对地质灾害的实时预警。

3.3加快充填材料的研发

针对地表沉降问题，最有效的解决方式就是充填开采，其通过将煤炭开采后形成的采空区采用其他材料进行充填，从而控制采空区上方的岩层运动。这种思路在理论上具有高度的可行性，但是仍然面临着严峻地挑战，具体需要找到合适的充填材料。

充填材料不仅需要高强度，还需要低成本。在过去，煤矿企业经常采用的充填材料是河砂，这种材料可以有效控制地表沉降，但其成本较高，不利于长期使用。近年来，煤矿企业采用的是高水材料和矸石，其应用效果良好。由于采空区的面积较大，对充填材料的需求量也大，因此，还需要加快充填材料的研发。煤矿矸石充填系统如图2所示。

图2煤矿矸石充填系统

4结束语

绿色、低碳发展是当今时代的主旋律。在相当长的时间内，煤炭依然会占据我国能源消耗的很大比重。提高资源回采率、减少开采过程中对环境的破坏作用，是每一个采矿工作者需要研究和思考的问题，是绿色低碳发展的要求。最后，我们要不断研究新的科学技术，建设智慧矿山，只有这样，才能不断推动绿色采矿技术的发展。

参考文献：

［1］鲁玉龙，李洪阳，朱长远.煤矿井下采煤技术与采煤工艺分析［J］内蒙古煤炭经济，2023（10）：46-48.

［2］康锡明.煤矿井下采煤技术及问题分析［J］能源与节能，2023（2）：141-143.

［3］柳勇勇.煤矿井下采煤技术及存在问题分析［J］当代化工研究，2022（12）：83-85.

作者简介：殷秀才（1988-），男，安徽淮北人，2011年毕业于安徽理工大学采矿工程专业，工程师，2011年至今工作于皖北煤电集团，一直从事煤矿开采、掘进等工作。