煤炭開(kāi)采中的部分技術(shù)研究

1、煤炭開(kāi)采中的部分技術(shù)研究摘要：隨著煤炭資源的大規(guī)模開(kāi)采，深部采煤和蹬空采煤技術(shù)成了新的研究熱點(diǎn)。本文首先闡述了煤礦開(kāi)采方法，接著針對(duì)蹬空煤層的上行開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行了分析，最后基于sql server 2008+vb設(shè)計(jì)了包含數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)和方法庫(kù)的采煤決策支持系統(tǒng)，對(duì)煤炭開(kāi)采技術(shù)的更深入研究進(jìn)行了有益探索。關(guān)鍵詞：煤炭開(kāi)采 開(kāi)采技術(shù) 技術(shù)研究我國(guó)煤炭開(kāi)采技術(shù)在經(jīng)歷了手鎬采煤風(fēng)鎬采煤爆破采煤普通機(jī)械化采煤（普采）高檔普通機(jī)械化采煤（高檔普采）綜合機(jī)械化采煤（綜采）綜合普通機(jī)械化放頂煤采煤（綜放）七個(gè)階段后，逐漸形成了綜采、普采、炮采三種工藝方式并存的局面。而隨著煤炭經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭開(kāi)采技術(shù)獲得了

2、充足的發(fā)展動(dòng)力，眾多學(xué)者和技術(shù)人員針對(duì)煤炭開(kāi)采中的各種問(wèn)題進(jìn)行了不同的研究與實(shí)踐，取得了顯著的效果。這些研究工作，為我國(guó)煤炭資源開(kāi)發(fā)提供了良好的技術(shù)保障。但我們也看到，在經(jīng)歷了煤炭的高強(qiáng)度開(kāi)采后，煤炭開(kāi)采逐漸向深部轉(zhuǎn)移，開(kāi)采的難度隨之提升，且有不少的遺棄資源需要蹬空回采，這些技術(shù)難題擺在了我們采礦人員的面前，亟待解決。本文從煤礦開(kāi)采方法出發(fā)，主要針對(duì)上行開(kāi)采技術(shù)和采煤方法決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。1 煤礦開(kāi)采方法我國(guó)煤田地質(zhì)條件的復(fù)雜性，決定了煤礦技術(shù)裝備是多層次的，在一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)必將是綜采、普采、炮采三種工藝方式并存。炮采工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、支護(hù)工作不安全、日產(chǎn)量及勞動(dòng)生產(chǎn)率低、材料消耗

3、量大，適應(yīng)性強(qiáng)；普采工藝采煤工作實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，產(chǎn)量提高，設(shè)備投資少。但支架的架設(shè)和回撤工作仍為繁重的人工勞動(dòng)，在頂板管理方面還顯得比較薄弱。就目前煤礦地下開(kāi)采技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，綜采是采煤工藝的重點(diǎn)發(fā)展方向，它具有高產(chǎn)、高效、安全、低耗以及勞動(dòng)條件好、勞動(dòng)強(qiáng)度小的優(yōu)點(diǎn)。但是綜采設(shè)備價(jià)格昂貴，綜采生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮有懶于全礦井良好的生產(chǎn)系統(tǒng)、較好的煤層賦存條件以及較高的操作和管理水平。采煤工作面的工藝過(guò)程，包括破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)、和采空區(qū)處理等工序?，F(xiàn)對(duì)破煤和采空區(qū)處理詳述如下：1.1 破煤以mg160/390-wd型雙滾筒采煤機(jī)為例，使用雙向割煤，滾筒截深0.6m，往返一次進(jìn)兩刀，采煤機(jī)司機(jī)應(yīng)隨時(shí)

4、調(diào)整滾筒高度，保證采高2.1-2.3m，保證不超高、不割底。采用工作面端部斜切進(jìn)刀割三角煤雙向割煤方式，根據(jù)采煤機(jī)機(jī)械特征，采煤機(jī)進(jìn)刀段長(zhǎng)度應(yīng)不小于30m。當(dāng)采煤機(jī)割至工作面端頭時(shí)，其后的輸送機(jī)槽已移近煤壁；調(diào)換滾筒位置，前滾筒降下、后滾筒升起并沿輸送機(jī)彎曲段返向割入煤壁，直至輸送機(jī)直線(xiàn)段為止。然后將輸送機(jī)移直；再調(diào)換兩個(gè)滾筒上下位置，重新返回割煤至輸送機(jī)機(jī)頭處；將三角煤割掉、煤壁割直后，再次調(diào)換上下滾筒，返程正常割煤。1.2 采空區(qū)處理采空區(qū)處理方法有全部垮落法、充填法、煤柱支撐法、緩慢下沉法等。其中全部垮落法應(yīng)用最廣。全部垮落法是通過(guò)回柱放頂、移架使工作面控頂距范圍以外的頂板巖層有計(jì)劃地垮

5、落下來(lái)，基本上填滿(mǎn)采空區(qū)，同時(shí)維護(hù)好控頂距范圍內(nèi)的頂板，使其保持完整穩(wěn)定。特殊條件下頂板支護(hù)，工作面頂板破碎或過(guò)地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，采煤機(jī)司機(jī)必須與拉架工密切配合，減慢截割速度，割煤與拉架間距不得超過(guò)5m，拉架時(shí)采取帶壓擦頂前移支架的方法。工作面出現(xiàn)斷層時(shí)，若其落差小于1.0m，采取調(diào)低支架留設(shè)頂?shù)酌旱姆椒ㄍㄟ^(guò)，工作面支架形式不變。若落差大于1.0m，采取放震動(dòng)炮配合機(jī)組截割的方法通過(guò)，并另編制專(zhuān)項(xiàng)安全技術(shù)措施。2 煤礦上行開(kāi)采技術(shù)礦山煤層開(kāi)采時(shí)，一般開(kāi)采順序都是沿著自上而下的順序進(jìn)行，自下而上的開(kāi)采方式在實(shí)際中應(yīng)用不多。但在生產(chǎn)實(shí)踐中由于各種原因造成一些煤礦滯留有處于懸空狀態(tài)的煤層，或受當(dāng)時(shí)生產(chǎn)技術(shù)

6、條件所限，上部煤層為難采煤層；或因上部煤層煤質(zhì)、厚度、價(jià)格等因素在當(dāng)時(shí)處于不宜開(kāi)采狀態(tài)。但隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的提高、煤炭?jī)r(jià)格的上漲、煤礦生產(chǎn)技術(shù)體系的完善，這些曾經(jīng)處于不宜開(kāi)采狀態(tài)的煤層又會(huì)具備客觀(guān)的開(kāi)采價(jià)值，尤其是對(duì)于一些資源臨近枯竭的老礦井，若能將處于懸空狀態(tài)的煤層安全、合理地開(kāi)采，將會(huì)在延長(zhǎng)礦井的服務(wù)年限、提高資源回收率、提高礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的利用效率等方面創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。所以國(guó)內(nèi)外也有一些有益的嘗試與探索，總體來(lái)說(shuō)有以下兩種情況：一是主動(dòng)上行開(kāi)采，即礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)時(shí)為消除或改善中組或上組煤層的不利條件而采取的先下后上順序的開(kāi)采方式，其目的是使上部煤層降低其瓦斯含量或者卸壓或者疏干；

7、另一種是被動(dòng)上行開(kāi)采，即礦山開(kāi)采時(shí)由于客觀(guān)原因開(kāi)采已采煤層水平的上覆煤層，其目的是節(jié)約資源，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。上行開(kāi)采首先是開(kāi)采下部煤層，其上覆巖層穩(wěn)定后，再開(kāi)始開(kāi)采上部煤層，這樣就必須確定上、下煤層之間的距離，只有在層間距適當(dāng)?shù)臅r(shí)候才能有條件采用上行開(kāi)采，否則就無(wú)法進(jìn)行上行開(kāi)采。當(dāng)下部煤層開(kāi)采后，采空區(qū)上覆巖層必然產(chǎn)生移動(dòng)變形，從而產(chǎn)生冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶三帶。不同傾角、不同巖性的巖層及不同組合的覆巖，其移動(dòng)規(guī)律及破壞規(guī)律是不同的。對(duì)于緩傾斜煤層，當(dāng)煤層頂板覆巖內(nèi)為堅(jiān)硬、中硬、軟弱、極軟弱巖層或其互層時(shí)，冒落帶和裂隙帶的高度都是不一樣。當(dāng)上下兩層煤的最小垂距h大于煤層的冒落帶hm

8、時(shí)，上下煤層的裂隙帶最大高度取標(biāo)高最高者作為兩層煤的裂隙帶最大高。通常對(duì)下部煤層的影響主要是冒落帶，對(duì)上部煤層的開(kāi)采影響主要是裂隙帶，彎曲下沉帶對(duì)上部煤層的影響不是太大。根據(jù)煤巖層破壞的特征，從上行開(kāi)采的需要出發(fā)，又關(guān)系到裂縫帶的高度，為了保證下部煤層開(kāi)采以后所形成的裂縫帶不波及到上部開(kāi)采煤層，必須確定冒落帶和裂縫帶的高度。2.1 冒落帶影響冒落帶的因素除采高以外，還與巖石的碎脹系數(shù)有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，巖石比較軟時(shí)，巖石碎脹系數(shù)就?。粠r石比較硬時(shí)，巖石碎脹系數(shù)就大。2.2 裂縫帶在上行開(kāi)采過(guò)程中，為了保證上部煤層在整體結(jié)構(gòu)上不至于遭到破壞，通過(guò)計(jì)算導(dǎo)水裂縫帶的高度，可以確定上行開(kāi)采時(shí)上、下煤層之間

9、的允許距離。影響導(dǎo)水裂縫帶高度的主要因素是采出煤厚、煤層傾角、頂板巖性、采后時(shí)間等。圍巖的特性，包括下部已冒落巖石壓實(shí)后殘余碎脹系數(shù)的大小，以及上覆巖層的硬度和力學(xué)性質(zhì)對(duì)導(dǎo)水裂縫帶的高度也起重要作用。3 采煤決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)決策支持系統(tǒng)是把模型和分析技術(shù)與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存取技術(shù)及檢索技術(shù)結(jié)合起來(lái)，開(kāi)發(fā)出可為決策者提供不同決策時(shí)的各項(xiàng)結(jié)果，從而輔助決策者得到最優(yōu)決策，進(jìn)行決策支持的軟件系統(tǒng)。采煤決策支持系統(tǒng)應(yīng)針對(duì)不同煤層地質(zhì)條件，建立相應(yīng)的模型，提出所需的數(shù)據(jù)，確定評(píng)價(jià)的方法，最后設(shè)計(jì)在相應(yīng)的子模塊中，集成為總的決策支持系統(tǒng)。3.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇系統(tǒng)建設(shè)平臺(tái)選擇如下：操作系統(tǒng)：windows x

10、p；數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：sql server 2008；開(kāi)發(fā)平臺(tái)：vb。3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。3.3 系統(tǒng)主要模塊功能13.3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)主要用來(lái)存放系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所需要的各類(lèi)數(shù)據(jù)，并管理、維護(hù)和使用這些數(shù)據(jù)，它的功能包括：數(shù)據(jù)存取、修改、查詢(xún)、刪除和檢索。具體內(nèi)容如下：煤層地質(zhì)條件數(shù)據(jù)；機(jī)、炮采技術(shù)性決策指標(biāo)和權(quán)重?cái)?shù)據(jù)；采煤設(shè)備型號(hào)參數(shù)數(shù)據(jù)；模擬模型所需要的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)；回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類(lèi)指標(biāo)數(shù)據(jù)；回采巷道布置經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；放頂煤開(kāi)采與分層開(kāi)采經(jīng)濟(jì)比較數(shù)據(jù)；綜合性評(píng)價(jià)各指標(biāo)的權(quán)重。3.3.2 模型庫(kù)管理系統(tǒng)模型庫(kù)管理系統(tǒng)主要是存放各類(lèi)輔助決策的

11、模型，這些模型包括：不同采煤機(jī)對(duì)應(yīng)的采煤工作面產(chǎn)量模擬模型；放頂煤工作面產(chǎn)量模擬模型。3.3.3 方法庫(kù)管理系統(tǒng)方法庫(kù)管理系統(tǒng)中主要包括各種預(yù)測(cè)方法和優(yōu)化方法，對(duì)應(yīng)于功能不同的優(yōu)化程序，如：機(jī)采形式與設(shè)備的選型；放頂煤開(kāi)采與分層開(kāi)采的比較；回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類(lèi)；回采方向與區(qū)段平巷留設(shè)方式的確定；回采巷道布置方案的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。4 結(jié)束語(yǔ)本文主要針對(duì)煤炭開(kāi)采技術(shù)中的部分問(wèn)題進(jìn)行了研究，在采煤方法敘述中，主要闡述了采煤工作面的破煤和采空區(qū)處理技術(shù)。上行開(kāi)采技術(shù)是近年來(lái)較為熱門(mén)的研究方向，本文對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，解釋了冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶三帶的由來(lái)。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)在煤炭開(kāi)采中扮演著越來(lái)越重要的角色，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助決策在很多大礦井已經(jīng)不新鮮，本文亦對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了包含數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)和方法庫(kù)的采煤決策支持系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和