薄煤层高产高效开采技术创新研究

2022-10-30

引言

经济建设飞速发展的背后离不开能源的供给。在地球不可再生资源濒临枯竭的紧张局面下, 我国虽然大力提倡以可再生资源替代不可再生资源, 发展新型能源等缓解措施, 然而短时间内, 对煤炭等传统资源还是有巨大的需求量。对于中厚煤层的不合理开采造成的浪费以及无法弥补, 因而, 对于薄煤层的开采方法, 我们应该及时创新, 尽可能地最优化利用薄煤层, 达到高产、高效开采薄煤层的目标。

一、薄煤层的开采现状

薄煤层是指厚度低于1.3米的煤层。我国的薄煤层质量好、分布广、开采条件好、数量多。在我国, 薄煤层可开采量大约占煤炭总量的20%, 大约有60亿吨。其中, 四川、山东、山西等都占有相当多的薄煤层储量。而且在煤炭储量逐渐下降之后, 人们对煤炭的需求量不断上涨, 对煤炭的保护、节约意识越来越强, 日益了解了煤炭的重要性, 因此对薄煤层的高产高效开采也越发重视。自70年代之后刨煤机以及滚筒采焦机的出世改变了薄煤层开采的方式, 在一定程度上提高了薄煤层的开采量[1]。

我国对薄煤层的开采主要采用长壁采煤法。但是不同于在高效模式开采下的中厚煤层那样产量高, 由于受到地质环境以及开采技术的限制, 薄煤层开采量反而日趋减少, 生产方式也长期落后。虽然在很多煤炭储量大的煤矿已经引进了许多先进的科技设备, 培养了大批的专业人才, 但是在很多薄煤层储量大的地方产量却仍然很提不上去, 造成了许多资源、投资和时间上的浪费[2]。

二、薄煤层开采中存在的问题

1. 机械化水平落后, 开采效率低

煤炭开采的机械化成本高, 开采空间狭小, 因而很多地区薄煤层没有引进先进的开采技术, 仍然靠人工水平来维持。而且在这种人工的开采方式下, 劳动力的工作强度大, 工作环境的安全系数低, 无法达到安全高效的开采要求。在很多采高在1米以下的环境中, 人员的行走都很艰难, 如果要采用机械化采煤方式就得采用设计更好、成本更高的采煤设备, 很多的现实条件都限制了机械化水平的提高。

薄煤层受地质构造以及地区环境变化等因素制约, 很多地区对薄煤层的开采都要随时勘测地形, 对侵入岩、断层以及其他特殊情况地区的开采都无法深入。除此之外, 还有薄煤层中厚度的不断变化也使得长壁采煤法的开采无法发挥其水平。因而薄煤层虽消耗的时间多, 出产量却比较低。另一方面, 由于薄煤层开采的生产方式落后, 仍然采用传统的巷道掘进手段, 在打眼、装煤方面上仍沿袭以前人工放炮、人工搬运的手法, 不仅拖延了巷道掘进的速度, 也降低了薄煤层开采的效率。

2. 薄煤层矿区管理失当, 投入多产出少

我国为了更加安全、高效的开采薄煤层, 在科技设备的引进和全方位的研究中投入了大量的人力、物力、财力, 增加了薄煤层开采的成本。然而由于效率低下、机械化水平低等原因导致产量少, 造成了投入与产出无法同向增长的现象。根据数据统计与研究表明, 虽然薄煤层综采投入的设备以及资金与中厚煤层综采相比不相上下, 但是薄煤层综采的出产量和出产率连中厚煤层综采的一半都不及, 经济效益方面就更是如此。

虽然有刨煤机等先进设备投入到薄煤层的开采中去, 但是对于许多复杂地质来说, 这些设备并不适用。在很多地质结构复杂的地区, 薄煤层的开采仍然处于低水平状态。而由于对此方面的研究经费要求高, 研究难度大等一系列问题, 目前对复杂地质薄煤层的开采方法仍然没有一个非常清晰的认识, 很多煤矿在对这个方面的重视也还远远不够[3]。

三、薄煤层高产高效开采的具体措施

1. 创新薄煤层综采的科学技术

先进的煤炭综采设备可以优化开采方式, 提高开采效率, 便于管理。目前我国的薄煤层综采技术主要有滚筒采煤机、刨煤机、螺旋钻采煤机。他们都有着各自独特的特点。应根据各自煤矿的实际情况以及具体的开采地点加以选择。这些设备的问世改变了以往落后的生产方式, 提高了巷道掘进的速度和薄煤层开采的效率。

滚筒采煤机

薄煤层滚筒采煤机是基于中厚层煤层滚筒采煤机演变而来, 因而在性能、实用性、可靠性等方面有很好的保障, 而且在适用性、效率等方面都在中厚煤层滚筒采煤机上有了很大程度上的创新与发展。薄煤层滚筒采煤机在各个薄煤层煤矿中迅速得到普及, 其原因主要有: (1) 滚筒采煤机不需要底部的托架结构, 不需要巩固液压螺母, 不需要安装抽屉式部件等特点使其结构容易操作, 机身的安装也非常简单, 并且改变了以往采煤机体型庞大的缺点, 更加适应了薄煤层的采高; (2) 滚筒采煤机较以往采煤机的功率更大, 远程控制技术的范围更广, 对薄煤层开采地区的地质结构要求也更低; (3) 小型煤矿在薄煤层的机械化综采上更加适合使用滚筒采煤机。

刨煤机

刨煤机自从德国出世就成为了薄煤层开采的新星, 迅速在薄煤层煤矿中得到推广。自从四十年代第一辆刨煤机的出现, 目前使用刨煤机开采的煤炭量已经占据煤炭出产总量的半数以上, 在其日产量超5000吨的背后, 其主要的优点有: (1) 刨煤机在薄煤层综采的自动化程度高, 甚至在极薄煤层中也一样适用; (2) 刨煤机可以长时间连续运作, 工作时间长, 能最大化的利用刨煤机, 而且刨煤机机身结构也很简单, 易于操作和维修; (3) 刨煤机在工作时引起的煤尘相对少, 维护了工作环境, 保护了工作人员的健康, 因而得到了更多人的青睐。

螺旋钻采煤机

螺旋钻采煤机由前苏联所研发, 并于1979年试验成功并推广。我国新汶矿业集团在2003年引进了两台螺旋钻采煤机, 取得了单台达5800吨的优良成绩。我国发改委在2004年指出螺旋钻采煤机的高效率、高安全系数以及高资源开采率的有点适合应用于我国的薄煤层区, 螺旋钻采煤机值得在全国薄煤层煤矿中使用。螺旋钻采煤机值得推广的原因有: (1) 螺旋钻采煤机采用无人工作采煤技术, 它可以开采缓倾斜薄煤层, 甚至可以将采高降低到0.4米, 它也适用于对松软煤层的开采, 解决了松软煤层开采技术上的一大难题; (2) 螺旋钻采煤机的成本较低, 投资较少, 适用于众多小型煤矿; (3) 使用螺旋钻采煤机的工人以及设备都在支撑稳固的巷道内, 而且也可以将瓦斯充分释放出来, 因此人员以及设备的安全系数相对较好; (4) 使用螺旋钻采煤机的开采面积高, 可以充分提高煤炭的开采率, 最大的优化煤炭资源[4]。

2. 科学管理薄煤层矿区

(1) 稳固巷道

安全是生产建设的根本要求。对于煤炭开采来说, 安全事故频发, 安全隐患众多, 煤炭坍塌屡见不鲜, 因此巷道支护显得尤为重要。巷道的有效支护不仅可以有效地保障生产、生命的安全, 还可以保障巷道的畅通, 从而快速推进薄煤层的开采, 提高开采效率, 达到安全、高效开采的目的。提高工作人员的安全意识在煤炭开采中也相当重要, 应积极宣传加强稳固巷道的防范意识和安全意识。

(2) 防控瓦斯量

瓦斯爆炸是许多矿井事故的主要原因之一。为保证薄煤层开采工作的安全, 应及时通风来排走瓦斯, 控制瓦斯的聚集;井下应及时防控火源, 杜绝使用明火;也可以通过在地面向火区注入氮气, 以降低火区附近的氧气浓度和煤炭温度;同时也要加强工作人员对瓦斯的巡检, 提高工作人员的职业素质和安全意识, 加大宣传和培养工作人员井下工作的, 及时防控工作区瓦斯量的超限, 保障开采作业的安全。

(3) 保护输送机的安全

刮板输送机的下滑是薄煤层综采过程中易发的事故之一, 它的下滑也会连带着支架的下滑, 从而使薄煤层的开采陷入了瘫痪的局面, 也不利于工作生产的安全。为了有效改善这一现象, 我们往往通过利用伪斜方式来布置它的位置, 在布置位置的时候也要注意合理控制其超前量, 同时保证刮板输送机的工作面有一个合理的倾角, 以免巷道中输送机的数量过多, 阻碍煤矿生产和开采的推进。

结语

总而言之, 煤矿的开采离不开高超的科学技术来进行合理的开采和严密的监控设备、管理制度来保障安全的环境。在薄煤层的开采中应借鉴中厚煤层开采的先进经验, 不断完善中厚煤层开采中技术上存在的不足。同时, 也要抓紧薄煤层自身的特殊性, 具体问题具体分析。虽然我国积极引进了许多先进的采煤机, 但是薄煤层的开采目前在国内外仍然是一个尚待解决的课题, 各国都还没有找到相当完备成熟的开采机械及开采工艺。采煤机的研究应坚持贯彻大配小标以及“最高配置”的理念及思想, 在吸收他人先进结构的基础之上, 努力提高采煤机的地方实用性及可靠性。

摘要：中国虽有地大物博的天然优势, 但也有人口基数大, 人均消耗多等重大难题。更严重的是对于煤炭等不可再生资源, 面临着人们的需求大, 供给不足等难题。为避免资源将要枯竭等现象, 推行资源节约以及技术创新应运而生。对于煤炭的开采已经不能再停留在简单的肆意挖掘上了, 尤其是在中厚煤层被迅速开采之后。薄煤层的高产高效开采是缓解能源紧张、减少资源浪费的重要途径, 开采技术的创新研究也是研究中的重中之重。本文主要说明薄煤层的开采现状以及创新高产、高效开采技术的方法。

关键词：薄煤层,现状,开采技术,创新研究