井下采矿技术及井下采矿的发展趋势分析

【摘 要】科学、合理的采矿技术，可以为煤矿生产能力提供充分保障的同时，还能为煤矿企业安全、高效的实施开采作业提供有力的技术支撑，从而促进矿井效益最大化。本文对井下采矿主要方法、井下采矿技术的具体发展和应用及井下采矿技术的未来发展趋势进行了分析和探讨。

【关键词】井下；采矿；技术；发展；趋势

完善采矿技术是我国采矿科学当前所面临的主要问题。随着科学技术的不断发展与创新，促进我国采矿技术、方法的日益成熟和完善是每个煤炭企业都应重视，为了采煤工艺能够达到高产高效、安全可靠的程度，就需要采煤技术与现代高新技术相结合。

1 井下采矿主要方法分析

1.1 壁式体系采煤法

壁式体系采煤法依据煤层不同倾角、按采煤工作面推进方向，又可分为走向长壁开采和倾斜长壁开采两种类型。前者工作面煤壁按倾斜布置沿走向方向推进；后者工作面煤壁沿走向布置沿倾斜向上或向下方向推进。在本矿煤炭开采中，采用最多的便是走向长壁开采。壁式体系采煤法的特点：（1）采煤工作面走向长度达500～1500米，倾斜长度一般为100～200米。（2）在采煤工作面两端至少各有一条巷道，用于通风、行人、运煤、运料、供电、供水、供风等。（3）煤炭采下后沿平行于采煤工作面的方向利用运输机或利用煤炭自重自溜运输至工作面运输平巷内。（4）随着采煤工作面的不断推进，必须及时按计划处理采空区。壁式采煤法较其它方法煤炭损失少，回采连续性强、单产高，采煤系统较简单，对地质条件适应性强。因此在我国主要采用壁式体系采煤法。

1.2 柱式体系采煤法

柱式体系采煤法包括：巷柱式、房式及房柱式采煤法。柱式体系采煤法的特点是：采煤工作面长度较短，一般为10～30米，但工作面数目较多；工作面内煤的运输方向往往垂直于工作面煤壁，采煤工作面生产过程中一般没有采空区处理程序，工作面通风条件较差，采出率也较低。一般用于埋藏较浅的近水平薄及中厚煤层，并要求顶板较好、瓦斯涌出量少。

2 井下采矿技术的具体发展和应用

2.1 井下采矿机械化技术

采矿方法的创新将会为煤炭开采的每一个环节带来变个性发展，而现代煤炭开采朝着高产、高效、安全方向发展的强劲趋势，促使采煤技术必须与现代科学技术充分结合，方可实现采煤技术多层次、多样化，建立起符合中国实际，具有中国特色的煤炭开采方法理论与实施技术。目前我国已经建立起机械化采煤技术主要为浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代采煤成套技术、缓倾斜薄煤层长壁开采技术等。前者主要就顶板层控制技术进行研究，通过倾斜深孔爆破、定向水力压裂等技术对其进行处理，可以实现随采随冒，有效提供了顶煤开采的回收率。

2.2 计算机技术

早期机械技术运用于煤矿生产实际上是处于“半自动”状态，尽管煤矿企业引用了大、中、小等不同型式的机械设备，多数需要人工操作机械才能完成采矿作业。机械技术应用尚未实现更高级别的自动化操控，一些高难度的设备操作依旧难以稳定的完成。新时期地面煤矿开采融入了计算机技术，先是建立了煤矿机械自动操作系统，用计算机设备控制机械化生产 ；再帮助采矿人员分析煤矿的相关数据，提供一套完整的采矿路线。

2.3 电子信息技术

煤矿资源主要分布在大深度的地质层里，地下煤矿开采是现代采矿工程的常见形式。正式动工采矿之前，需确定矿井的位置、深度、布局等情况，积极采用电子信息技术方便了各类信息的获取。机械设备在井下采掘煤矿期间，利用电子仪器与通信设备连接成监控系统，详细地记录了煤矿开采的实际 状况。通信技术是电子信息的重点技术，核心功能是传输或接收地下矿井信息，及时反馈给地面控制人员以指导井下作业。

2.4 深矿井开采技术

随着开采技术的不断发展，涉及深部井下地区的开采现象越来越普遍，有些煤矿开采深度甚至达到1000米左右。深矿井技术的应用比之一般采煤技术要求更为严格，但由于深矿机开采情况比较复杂，因此在实际开采过程中，并没有比较统一的技术方法。为保证深矿井施工的安全性、高效性，且考虑到地质结构的差异性，在实施开采时，最应控制好矿井自身产生的压强以及其对地压产生的冲击等。针对降温、通风等方面，则应通过对通风系统进行科学、合理的改造，在扩大深矿井内部风量的同时，实现内部降温。为有效避免瓦斯爆炸等危险事故的发生，除了对其增大风量之外，还可以在开采时向煤层注入适当水分，对其内部解放层进行适度采掘，破坏瓦斯原有的基本性质，保证其应力处于安全范围之内。虽然针对深矿井的开采技术还存在一定的问题，没有进行有效规范和统一，但在开采过程中，研究出的地质结构、原理等，却能够为我们日后进行深度研究与创新提供了一定的理论基础和技术支撑，充分保证对深矿井资源的有效开发和利用。

2.5 实例分析

某煤矿开采11号煤层，其厚度为5m。基本顶主要是石灰岩，厚度约为12cm，与上面的4号煤层间距约为80cm。在进行回采时，其工作面正常涌水量为10m3/h，但在推进38m时，基本顶初次来压出现冒落现象，导致涌水量提至200m3/h，导致之后工作面出现全面被淹、风路中断、全面停产现象。相关人员进行研究之后，发现为4号煤层积水与11号煤层导水裂隙相连造成的。由于4号煤层封闭时间过长，无法进行有效解决措施，故在11号煤层安装大功率的长距离钻机，从而对其实施防水，并安装一定三通、流量表、压力表、泄水闸等设备，对4号采煤层实施探访，有效排放积水30余万方。这充分说明了在进行开采技术选择之前，应对上层积水进行安全探访，也就是说应针对具体情况，在充分了解并掌握开采区所处环境之后，对其实施开采技术的选择。与此同时，应通过优化巷道设计，为煤炭开采创造良好的施工环境。

3 井下采矿技术的未来发展趋势

3.1 无人工作面开采技术

无人工作面采矿技术利用虚拟现实技术创造出一个三维的采矿现实环境，模拟采矿作业过程以及工艺设备的运行，操作人员可以与该系统进行人机交互，在任意时刻穿越任何空间进入系统模拟的任何区域。该系统能识别物体、输入和处理各种信息、控制物体运动、模拟自然规律。确定空间状态，其主要特点是创造一个与现实开采情况极为接近的三维环境，通过计算机显示采矿作业情况，获得生产系统运行状况平面图、不同的设备动态显示图和设备运行具体参数，包括运行的时间、产量、设备间的距离等动态信息，通过对不同型号设备、不同开采参数下的生产系统进行动态模拟，从而达到优化和评价生产系统的目的。这是一种最先进的开采技术，也是未来发展的必然趋势。

3.2 下深部开采技术

随着人类对矿产资源需求量的不断加大，煤矿的开采工作也逐渐向着地层深部开展。所以，在井下采矿中应用深部开采技术尤为重要。但是，目前我国在深部开采方面仍处于低级水平，无法应对在深部开采的特殊性、复杂性和不确定性。

所以，未来的采矿发展趋势应该有加强深部开采技术的方面。

3.3 煤炭地下气化技术

煤炭地下气化是开采煤炭的一种新工艺，其特点是将埋藏在地下的煤炭直接变为煤气，通过管道把煤气供给工厂、电厂等各类用户，使现有矿井的地下作业改为采气作业。煤炭地下气化的实质是将传统的物理开采方法变为化学开采方法。煤炭地下气化具有安全、高效、低污染等优点。因此我国对此非常重视。

4 结语

综上可知，文章主要就现目前煤矿所使用的采煤技术进行分析，并介绍了其它比较常用的采煤技术。通过对案例的实际分析，对相关内容进行了进一步深入了解，在一定程度上为提高煤矿采煤技术和方法的选择提供了参考依据。

参考文献：

[1]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.