煤矿开采技术与掘进支护技术的分析

王芳林

(山西忻州神达栖凤煤业有限公司，山西 忻州 036700)

引 言

煤矿行业对于我国社会经济各方面发展有着巨大的作用，许多行业都需要使用煤炭资源，因此其发展离不开煤矿行业的支持。随着我国经济的快速发展，以及人口的增加，煤炭资源的需求量不断加大。结合我国煤矿开采行业现状进行分析，发现开采条件都较为恶劣，地质情况也十分复杂，这些自然环境因素给煤矿的开采带来较大的阻碍。因此，需要不断的优化煤矿开采等技术，不断更新煤矿开采设备。对于掘进支护技术，其操作要更加符合规范，让煤矿的开采工作能够更加顺利实施，提高开采的可靠性及安全性[1]。要想让煤矿行业能够持续健康发展，就要不断更新优化相应的技术及设备，为煤矿行业发展提供保障。

1 煤矿开采技术现状

煤矿开采企业在开展工作时，要使企业效益得到保障，就要提高开采效率，而先进的开采技术是开采效率提高的基础。但目前相关开采技术还不够成熟，需要不断优化完善，不断进行创新。我国部分地区的煤矿开采企业，在进行煤矿开采时所用技术仍然沿用传统的技术，无法满足现有社会经济发展的需求。同时，煤矿开采率不高，安全事故频发也是亟需解决的问题。煤矿开采工作的难度较高，并且开采过程较为复杂，要提高开采的效率，提高开采工作的安全性，就需要突破技术及设备上的难题，从根本上解决实际问题。此外，部分煤矿开采企业以高回报为目标，只注重企业的经济效益而忽视了资源的合理安排，造成十分严重的浪费现象，反而对企业的发展带来不利的影响。同时，煤矿的开采还会对生态环境造成一定程度的破坏，使得地下水资源逐渐减少，破坏周围植被，对空气也会造成污染，不符合我国可持续发展理念。从这一角度出发，不断创新开采技术，优化开采流程，最大限度的降低环境污染及资源浪费[2]。

2 煤矿的开采条件

煤矿开采技术选择，要以具体的开采条件为依据。我国的天然气资源储量不高，石油资源的形势也较为紧张。现阶段，煤炭资源是我国的主要能源。尽管煤炭资源较为丰富，但仍需对外进口以满足市场需求。2015年—2020年，煤炭进口量连续五年上涨。我国2020年进口煤炭总量约3.04亿t，同比增长1.49%,如图1所示。现阶段，我国矿井开采以浅层煤层为主，开采矿井通常具有表土薄、煤层多、等特点。矿井开采通常是以井下开采为主，露天开采的情况较少。随着我国科学技术的发展，煤矿开采技术得到了优化，逐渐缩小着与发达国家采矿业的差距。

图1 2014年—2020年我国煤炭进口量

3 煤矿开采技术分析

3.1 全面考察并结合煤矿开采的实际情况

在实际的开采过程中，保障开采效益最大化的基础上，要不断优化开采方式。如何使得开采方式与开采区域的地质条件以及企业资源条件相协调，就要合理的进行技术评价，完善巷道的布置，让巷道的布置更加集中，从而提高工作面参数的准确度。合理布置巷道等措施可以降低煤矿开采过程中的岩巷掘进率[3]。

3.2 地下深矿井开采技术分析

地下深层矿井进行开采作业时，结合实际情况，合理设置矿井巷道。对矿井的抗压能力、通风环境等方面也要予以足够的重视。在巷道掘进过程中，可以对煤矸石进行科学处理，将其进行粉碎充当尾矿的填充材料，不仅可以减少填埋材料的运输费用，还能够降低煤矿填充作业的费用，进而提高煤矿开采企业的企业效益。

3.3 关于刨煤机分析

在煤矿开采作业中，刨矿机的使用较为广泛。在实际作业中，刨矿机能够提高煤矿的开采效率，提高采矿的效果。运用刨矿机技术还能够对开采工作进行一定程度的简化，利用无极绳进行矿井牵引工作，在进行分割采煤作业时能够转化为机械采煤的模式。运用刨矿机还能够有效的降低人工成本，提高企业的经济效益。

3.4 保水开采分析

保水开采是指利用地面注浆工艺技术，避免在开采过程中地表及地下水受到破坏。尤其是开采煤层这一环节，由于受到上覆岩层结构很容易被破坏，进而在一定程度上影响地下水系，甚至严重时还会形成地下漏斗。因此，保水开采技术的运用是十分必要的，在恢复地下水位的基础上，能够对上覆岩层的松软岩石结构进行压实，保证其能够有效形成安全的隔水带。

3.5 机械化放顶采煤法分析

当开展煤矿开采作业时，对于较厚的煤层可以使用机械放顶采煤法。在煤矿开采时，设置一个长壁工作面，再对煤层做松动处理，之后将顶层落下的煤进行粉碎，并将其运出。受到煤层形式不同的影响，机械化放顶采煤法的的使用方法也有所不同。

3.6 炮采技术分析

炮采技术就是利用爆破的手段，将矿岩从矿体中剥落下来，同时结合单体支柱支护等技术进行放顶、支护等一系列工作。炮采技术的工作面简单，所需要的设备主要为煤电钻、输送机等，设备也较为简单。该技术手段的适应性较强，能够应用于各种作业环境当中，同时该技术的投入相对较小，具有支护简单、工作面布置灵活等优势，但其也有着局限性。在顶板的管理上，难度较大，同时其安全系数较低，在爆破过程中容易出现瓦斯中毒这一类安全事故。运用炮采技术进行开采作业，开采的效率相对其他技术手段来说不高，煤矿的产量较低，因此在现阶段，该技术较多应用于部分小型的煤矿开采企业。随着科学技术的不断发展，煤矿开采技术的更新优化，该技术逐渐被采煤行业淘汰。

4 煤矿开采技术及工艺的发展方向

4.1 壁式体系煤矿开采技术

璧式体系煤矿开采技术的运用，给煤矿开采作业带来许多方面的优势，能够提高煤矿开采的单位产量，提高煤矿的采出率，并且具有工作效率高，适用性强等特性。我国煤矿储存极不均衡，同时储存条件也十分复杂，煤矿开采作业在复杂的自然环境条件下具有一定的难度。在我国，缓斜煤层的储存量与开采量之比大约为80%，综合采煤程度低于50%，我国的厚煤层储量也十分丰富，从厚煤层开采出来的煤炭量，大约占开采总量的45%。在厚煤层进行开采作业时，运用长壁体系的开采技术，其效果十分显著，能够提高开采效率及资源回收率。因此，壁式体系中的长壁综采成为我国煤矿开采行业主要的发展方向[4]。

4.2 推进开采设备的创新发展

现代煤矿开采作业主要依赖各类开采设备，除了根据实际情况合理推动相关技术的发展之外，在未来的发展中，煤矿企业需将重点放在煤矿开采技术及工艺、开采设备的研发和创新方面。从中国煤矿行业发展角度来说，首先需重视对采煤设备，诸如输送机及采煤机等功率的提升，研发大功率采煤设备，并对中国煤层地质构造的特点进行全面分析，根据煤层的不同类型，结合具体的采煤条件，研究设计与其相适应的采煤设备及相应的辅助设施。此外，在对采煤设备进行优化的基础上，机面的高度也需要得以控制，避免出现安装困难的情况。煤矿开采的相关设备研发，要重视节能环保，不仅要考虑设备的能源利用率，还需要重视设备运作时对周围环境的影响，要保证采煤系统整体的流畅性，实现煤矿行业的健康发展。

5 在煤矿开采中的掘进支护技术应用

目前，我国煤矿以井工开采为主，这就要求对巷道必须进行支护。所谓的煤矿支护技术就是在煤矿开采的过程中，在巷道中打锚杆(锚索)或架棚对巷道进行加固的一种施工技术。而井工煤矿巷道支护主要以锚(索)网为主，它具有效率高、支护强度高、施工方便，实用大断面掘进巷道支护等优点。 这一技术在煤矿开采技术中有着极为重要的作用，以广泛应用。这就要求有关部门能够对此有着足够的重视，从而有效提高巷道围岩的稳定性，有效确保煤矿开采作业的安全。

5.1 临时支护U钢法

当进行采煤作业时，工作环境的安全性要予以高度重视，尤其是采煤作业过程中，当遇到应力集中区或工作面通破碎带时，容易引发巷道或工作面垮塌事故，严重威胁开采过程的施工安全。为了能够有效避免此类状况状况的发生，就需要充分利用支护技术。对出现断层的部位进行临时支护，可以使用U型钢架在原支护基础上来进一步加固围岩，能够起到较好的保护作用。在实际操作过程中，将U型钢架与锚杆支护二者结合利用，能够大大提高巷道的支护强度。

5.2 直接破顶法

直接破顶法即利用掘进机，对矿井断层顶部进行冲击，最终留下较为稳定的顶板围岩，接着利用锚网进行支护施工。当开采环境中的顶岩板较为脆弱时，进行开采作业时容易出现岩石碎裂的现象，这一问题会给支护作业的开展造成影响，使其难得有效开展。

5.3 后退卧底法

在实际的采矿作业中，当利用掘进支护技术进行加固时，假如出现了下移问题，在保证安全性的基础上可以使用后退卧底法进行开展作业。首先对断层落差进行观察，判断其是否超过2.5 m，断层的实际状态是否坚固，再利用锚网支护的方式进行补充作业，进一步加强煤矿巷道的安全性及可靠性。

5.4 综合机械化掘进技术

华北地区煤层赋存稳定且较厚 井工煤矿煤巷掘进已基本实现了综合机械化掘进技术(简称综掘)。煤矿综掘作业时使用到的主要设备、机具有：掘进机、可伸缩带式输送机、气动锚杆机等。掘进机对于整个煤矿开采作业来说十分重要，其性能直接影响掘进作业的效率。所以，在选购掘进机时，要根据煤岩性质和地质条件合理选择掘进机型号。在煤矿巷道掘进中，大部分掘进机都是悬臂式掘进机，具有破岩能力强、稳定性高等一系列优势。综掘工艺效率高，巷道成形好，安全可靠，月进尺可达500 m～1 000 m。

6 掘进技术中的重点及要点问题

6.1 掘进技术难点分析

煤矿开采的作业环境十分复杂，给矿井开采作业带了许多风险及问题。持续的煤矿开采作业，会使得矿井顶板岩石应力呈现出上升趋势，同时矿井顶部底板更加容易出现破碎等问题，给掘进作业带来阻碍。此外，薄煤层在矿井中所占比例较大，给煤矿开采管理工作带来一定的难度。

6.2 分析矿井地质条件对煤矿区域方面的影响

地质环境因素是煤矿开采过程中值得重视，复杂的地质环境给开采作业带来一系列不利的影响，在实际的开采作业中，容易出现断层等现象。煤层内部无论是水文环境，或是地质条件都较为复杂，需要选择高应力的软岩深层矿井帮助定位。

7 结语

随着社会经济的不断发展，增加了对煤炭资源的需求，给煤矿行业带来了新的发展机遇。另一方面，煤矿行业内的竞争愈发激烈，给煤矿企业带来了更大的挑战。在此市场环境下，要从创新的层面入手，不断研发优化煤矿开采技术以及掘进支护技术，坚持可持续发展理念，为煤矿行业的发展带来新的生机与活力。