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摘 要:科学技术的进步和经济的发展,带动了我国煤矿行业的进步,采煤技术也有了进一步的提升。煤矿的质量和数量与采煤技术有直接的关联,两者呈正相关,采煤技术也有其难点有待攻克,本文从井下倾斜开采技术入手,简介井下倾斜开采技术的应用难点,并结合部分实例探讨煤矿开采技术的应用和难点的解决。
关键词:井下开采 倾斜开采技术 难点分析
作为推动我国工业发展的主要因素之一,我国的煤炭资源的重要性不言而喻。煤炭直接关系着我国工业的发展进程,煤炭资源的消耗量巨大。同时,部分煤矿企业过于追求效益和利润,无节制地开采、使用资源,随着高科技设备、技术的普及,煤矿资源逐渐供不应求,甚至出现了严重的资源枯竭问题。以往的井下开采技术较为落后,采掘工艺主要以回采为主,效率过低。本文通过研究倾斜开采技术,确定采掘工作面,为提高开采效率,保证开采安全中的难点提出建设性意见。
一、我国井下开采技术现状
1.井下开采技术的主要特点
煤矿开采技术主要有井下开采和露天开采两种主要方法,与后者相比,前者在技术方面有较为独特的几个特点。
1.1深度较大
煤矿的井下开采与普通开采较为不同,由于煤矿埋藏较深,储备量也与一般矿物有所差异,因此井下煤矿开采在深度方面远超露天煤矿,从国际范畴来看,世界上大部分井下开采的煤矿数量均大于一般煤矿。
1.2开采技术有根本区别
井下开采的技术与一般煤矿有本质区别,一般而言,井下开采使用较多的是专门应对深处开采的技术方案,常见的有长壁、放顶煤等开采方法;对于露天开采而言,主要技术是挖渣,两者除了在开采技术方面有所区别,在煤矿的产出量和生产效率等方面也有不同。煤矿开采的技术方案只有与高新科技相关联,才能提高采矿效率,保证采矿安全。
井下开采技术主要是定向开采,即在钻探器中安装斜向器并反复核对、计算,确定在钻探时斜向器与孔底的方位正确,不会出现与预定线路错位的情况,若有偏差,应及时矫正。钻探器进入孔底后,可以将斜测仪逐渐向下推送,在螺杆钻中的定向接头处与之衔接,相关人员可通过监视器对进钻方向进行确认和定位,同时对比原角度,最后打压、开泵、造斜钻进。
2.井下开采技术的常用方法
2.1长壁开采技术
长壁开采技术相对于传统开采技术较为先进、效率较高,该技术在美国已经得到了广泛的应用,成为了主要采矿技术,从其生产效率、产量等方面来看,该技术为目前最优,其优势在于能够大幅度提高煤矿产量和生产效率,总的来说有如下几点。
第一,长壁开采技术能够于面积较大的地域实施,进而能够有效降低反复、连续开采强度,也能减少采煤设备准备盘区的时间。目前长壁开采技术的效率较高,连续采煤技术的挖掘效率只有前者的约10%,所以应用长壁开采技术,能够确保煤矿挖掘的产量需求。第二,煤矿运输方式有所转变。通过研究可知,我国目前大部分煤矿已经放弃传统的轨道运输,改为长壁开采运输技术,能够与相对较高的煤炭生产要求相适应。
2.2房柱式开采技术
房柱式开采技术中包含了巷柱式以及柱式开采,上述开采技术较为传统,有如下特征:回采工作面周围或者两侧的煤柱可用来作为支撑,将采空区顶板进行固定。该方法有其明显优势,例如工作面不大,可以接受多个工作面同时采矿的要求,在采矿过程中可利用串联的方法实现彻底通风。
二、井下倾斜开采技术的应用难点
1.某矿区现状
本次研究的煤矿区属于丘陵地带,有急倾45°-75°的角度,地下水的主要来源为大气降水,该区域的含水层组成成分有:演示、砂砾、粘土等,厚度在21m以下。共有6组采矿井对煤矿进行采挖,已探明的煤矿总量为5.0亿吨,井田面积为30平方千米,最高年产量为176万吨,主要采煤层有煤3和煤4,属于较为普遍的小井群开采。在矿区较浅的区域,有大量粘土岩、细砂岩等,各个岩层之间排列紧密,同时该区域内部有较多的洞窟,其中含有积水。该矿区工作面回采第4煤层,该煤层的构造为单斜向,煤层平均厚度为15.9m,倾斜长度为45m,因此,使用井下倾斜开采技术能够实现最高效的开采。
2.井下倾斜技术的应用及其难点探析
2.1采掘过渡区的维护难点及解决方案
采掘过渡区属于井下倾斜开采中急需解决的难点之一,若没有处理好过渡区的问题,工作面的区域冒顶、抽顶很容易引发重大安全事故。因此可知,井下倾斜开采技术的有效实施与否,直接关系到上述问题能否及时解决。本次研究中,针对煤矿区的实际开采,将设备的头部、尾部等重要部位进行了优化,例如将其结构完善,确保采掘过渡区顶板的维护效果,那么运输设备就能够与相应的机器更好衔接。解决该问题的主要方法为:选用型号合适的支架保护设备的端头,圆弧衔接直接在工作面上使用。该方法可以有效规避接头台阶的问题,确保端头、支架能够较为顺利地衔接、过渡。
2.2设备端头部分的技术难点及其解决方案
对于井下倾斜开采技术而言,端头部分的支护难点较为明显,该难题直接关系到煤矿开采效率,端头三角区更是亟待解决的一大难题。该部分若没有较好的受力性能,相关人员就无法针对三角区的问题而实施维护,本次研究中将工作面的端头变更为支架和衔接构造,就可以促使端头收到保护和支撑。主要解决措施:运输通道与煤层顶板同向,通风口安置于底板,圆弧过渡应用在运输通道与工作面之间,这样的目的是为了煤矿能够顺利运输,还能通过圆弧过渡将运输设备下滑的现状解决,防止塔接受到冲击,最终提升煤矿开采效率。
3.井下倾斜开采技术的核心问题
3.1顶煤采放技术分析
在井下倾斜开采的实际工作中,顶煤采放属于较为关键的一个环节。针对倾斜角度较大的矿井,若顶煤采放垮塌,设备会有所下滑;此外,若没有较为完好的支护技术,也就无法确保较高的回采率。上述问题决定了倾斜开采在顶煤采放中的应用难点。开采时需充分了解顶煤的特征,逐步记录、综合其数据和规律,最终选择最好的技术,针对不同的倾斜角度使用不同的放煤次序。
3.2支架防护技术分析
使用倾斜开采技术时重力较大,其法向分量、切向分量与实地倾斜角度直接相关,且分量会引发支护系统的变化,法向分量有所提升,切向分量有所下降,那么开采工作面的支架防护系统就不会承担过高的重力,反之,外部荷载提升,支架就容易倾斜、下滑;此外,支架接顶也是较常见的难点,确保支架稳定、不倾斜,是技术的关键所在。实际施工过程中,需要相关工作人员及时、准确预报矿压,放顶煤不能过多,才能确保支架的稳定性,阻力作用更加明显,也能起到正常支撑的作用。移动支架不能分多次,否则还会出现支架过于零散,作用不明显等难题。
结束语
综上所述,对倾斜开采技术而言,目前还有较多难题有待解决。而在实际开采过程中,相关人员需要及时对当地的区域条件进行考察和综合分析,依据其实际问题制定对应的技术流程,确保在开采地段特征较为复杂的背景下回采率的提升,能够更高效地运用设备深入勘探;同时还需注意,在井下倾斜开采时,支架有一定几率下滑,因此在实际施工时应该确保支架的正常使用,避免该问题影响煤矿生存率,准备和生产环节也能够迅速衔接;若开采区域地质条件较为复杂,那么回采技术的应用更加重要,采取多种回采技术并综合分析,才能从根本提高煤炭的回采率,避免煤矿资源的巨大浪费。
参考文献:
[1]鲜保安,夏柏如,张义等.应用U型井开采倾斜构造煤层气的钻采技术研究[J].探矿工程-岩土钻掘工程,2010,37(8):1-4,9.
[2]Thierno Amadou Mouctar Sow,任凤玉,陈晓云等.弓长岭井下矿采准巷道破坏形式及其支护技术研究[J].采矿技术,2012,12(5):37-39.
[3]穆安营.浅议井下急倾斜煤层采煤方法的概况分析[J].商情,2010,(24):114.
关键词:井下开采 倾斜开采技术 难点分析
作为推动我国工业发展的主要因素之一,我国的煤炭资源的重要性不言而喻。煤炭直接关系着我国工业的发展进程,煤炭资源的消耗量巨大。同时,部分煤矿企业过于追求效益和利润,无节制地开采、使用资源,随着高科技设备、技术的普及,煤矿资源逐渐供不应求,甚至出现了严重的资源枯竭问题。以往的井下开采技术较为落后,采掘工艺主要以回采为主,效率过低。本文通过研究倾斜开采技术,确定采掘工作面,为提高开采效率,保证开采安全中的难点提出建设性意见。
一、我国井下开采技术现状
1.井下开采技术的主要特点
煤矿开采技术主要有井下开采和露天开采两种主要方法,与后者相比,前者在技术方面有较为独特的几个特点。
1.1深度较大
煤矿的井下开采与普通开采较为不同,由于煤矿埋藏较深,储备量也与一般矿物有所差异,因此井下煤矿开采在深度方面远超露天煤矿,从国际范畴来看,世界上大部分井下开采的煤矿数量均大于一般煤矿。
1.2开采技术有根本区别
井下开采的技术与一般煤矿有本质区别,一般而言,井下开采使用较多的是专门应对深处开采的技术方案,常见的有长壁、放顶煤等开采方法;对于露天开采而言,主要技术是挖渣,两者除了在开采技术方面有所区别,在煤矿的产出量和生产效率等方面也有不同。煤矿开采的技术方案只有与高新科技相关联,才能提高采矿效率,保证采矿安全。
井下开采技术主要是定向开采,即在钻探器中安装斜向器并反复核对、计算,确定在钻探时斜向器与孔底的方位正确,不会出现与预定线路错位的情况,若有偏差,应及时矫正。钻探器进入孔底后,可以将斜测仪逐渐向下推送,在螺杆钻中的定向接头处与之衔接,相关人员可通过监视器对进钻方向进行确认和定位,同时对比原角度,最后打压、开泵、造斜钻进。
2.井下开采技术的常用方法
2.1长壁开采技术
长壁开采技术相对于传统开采技术较为先进、效率较高,该技术在美国已经得到了广泛的应用,成为了主要采矿技术,从其生产效率、产量等方面来看,该技术为目前最优,其优势在于能够大幅度提高煤矿产量和生产效率,总的来说有如下几点。
第一,长壁开采技术能够于面积较大的地域实施,进而能够有效降低反复、连续开采强度,也能减少采煤设备准备盘区的时间。目前长壁开采技术的效率较高,连续采煤技术的挖掘效率只有前者的约10%,所以应用长壁开采技术,能够确保煤矿挖掘的产量需求。第二,煤矿运输方式有所转变。通过研究可知,我国目前大部分煤矿已经放弃传统的轨道运输,改为长壁开采运输技术,能够与相对较高的煤炭生产要求相适应。
2.2房柱式开采技术
房柱式开采技术中包含了巷柱式以及柱式开采,上述开采技术较为传统,有如下特征:回采工作面周围或者两侧的煤柱可用来作为支撑,将采空区顶板进行固定。该方法有其明显优势,例如工作面不大,可以接受多个工作面同时采矿的要求,在采矿过程中可利用串联的方法实现彻底通风。
二、井下倾斜开采技术的应用难点
1.某矿区现状
本次研究的煤矿区属于丘陵地带,有急倾45°-75°的角度,地下水的主要来源为大气降水,该区域的含水层组成成分有:演示、砂砾、粘土等,厚度在21m以下。共有6组采矿井对煤矿进行采挖,已探明的煤矿总量为5.0亿吨,井田面积为30平方千米,最高年产量为176万吨,主要采煤层有煤3和煤4,属于较为普遍的小井群开采。在矿区较浅的区域,有大量粘土岩、细砂岩等,各个岩层之间排列紧密,同时该区域内部有较多的洞窟,其中含有积水。该矿区工作面回采第4煤层,该煤层的构造为单斜向,煤层平均厚度为15.9m,倾斜长度为45m,因此,使用井下倾斜开采技术能够实现最高效的开采。
2.井下倾斜技术的应用及其难点探析
2.1采掘过渡区的维护难点及解决方案
采掘过渡区属于井下倾斜开采中急需解决的难点之一,若没有处理好过渡区的问题,工作面的区域冒顶、抽顶很容易引发重大安全事故。因此可知,井下倾斜开采技术的有效实施与否,直接关系到上述问题能否及时解决。本次研究中,针对煤矿区的实际开采,将设备的头部、尾部等重要部位进行了优化,例如将其结构完善,确保采掘过渡区顶板的维护效果,那么运输设备就能够与相应的机器更好衔接。解决该问题的主要方法为:选用型号合适的支架保护设备的端头,圆弧衔接直接在工作面上使用。该方法可以有效规避接头台阶的问题,确保端头、支架能够较为顺利地衔接、过渡。
2.2设备端头部分的技术难点及其解决方案
对于井下倾斜开采技术而言,端头部分的支护难点较为明显,该难题直接关系到煤矿开采效率,端头三角区更是亟待解决的一大难题。该部分若没有较好的受力性能,相关人员就无法针对三角区的问题而实施维护,本次研究中将工作面的端头变更为支架和衔接构造,就可以促使端头收到保护和支撑。主要解决措施:运输通道与煤层顶板同向,通风口安置于底板,圆弧过渡应用在运输通道与工作面之间,这样的目的是为了煤矿能够顺利运输,还能通过圆弧过渡将运输设备下滑的现状解决,防止塔接受到冲击,最终提升煤矿开采效率。
3.井下倾斜开采技术的核心问题
3.1顶煤采放技术分析
在井下倾斜开采的实际工作中,顶煤采放属于较为关键的一个环节。针对倾斜角度较大的矿井,若顶煤采放垮塌,设备会有所下滑;此外,若没有较为完好的支护技术,也就无法确保较高的回采率。上述问题决定了倾斜开采在顶煤采放中的应用难点。开采时需充分了解顶煤的特征,逐步记录、综合其数据和规律,最终选择最好的技术,针对不同的倾斜角度使用不同的放煤次序。
3.2支架防护技术分析
使用倾斜开采技术时重力较大,其法向分量、切向分量与实地倾斜角度直接相关,且分量会引发支护系统的变化,法向分量有所提升,切向分量有所下降,那么开采工作面的支架防护系统就不会承担过高的重力,反之,外部荷载提升,支架就容易倾斜、下滑;此外,支架接顶也是较常见的难点,确保支架稳定、不倾斜,是技术的关键所在。实际施工过程中,需要相关工作人员及时、准确预报矿压,放顶煤不能过多,才能确保支架的稳定性,阻力作用更加明显,也能起到正常支撑的作用。移动支架不能分多次,否则还会出现支架过于零散,作用不明显等难题。
结束语
综上所述,对倾斜开采技术而言,目前还有较多难题有待解决。而在实际开采过程中,相关人员需要及时对当地的区域条件进行考察和综合分析,依据其实际问题制定对应的技术流程,确保在开采地段特征较为复杂的背景下回采率的提升,能够更高效地运用设备深入勘探;同时还需注意,在井下倾斜开采时,支架有一定几率下滑,因此在实际施工时应该确保支架的正常使用,避免该问题影响煤矿生存率,准备和生产环节也能够迅速衔接;若开采区域地质条件较为复杂,那么回采技术的应用更加重要,采取多种回采技术并综合分析,才能从根本提高煤炭的回采率,避免煤矿资源的巨大浪费。
参考文献:
[1]鲜保安,夏柏如,张义等.应用U型井开采倾斜构造煤层气的钻采技术研究[J].探矿工程-岩土钻掘工程,2010,37(8):1-4,9.
[2]Thierno Amadou Mouctar Sow,任凤玉,陈晓云等.弓长岭井下矿采准巷道破坏形式及其支护技术研究[J].采矿技术,2012,12(5):37-39.
[3]穆安营.浅议井下急倾斜煤层采煤方法的概况分析[J].商情,2010,(24):114.