试论房柱式采煤法在井下采煤中的应用_段亚东.pdf

试论房柱式采煤法在井下采煤中的应用段亚东(皖北煤电集团黑龙沟煤矿托管项目部，陕西榆林719302)摘要:房柱式是煤矿开采常用的一种技术，具有技术难度低、成本易于控制等特点。因此，在很多煤矿，房柱式采煤是较好的开采方式。矿井的自动化程度越来越高，常规的煤炭采掘方法已经无法满足需要，必须大力引进新的、先进的煤炭采掘技术。本文对井下采煤技术问题进行讨论与剖析，提出了一种新型的房柱式采煤技术。关键词:房柱式采煤法;井下采煤;应用中图分类号:F4063;TD823文献标识码:B文章编号:10080155(2023)02016003我国是产煤大国，煤炭在能源消耗构成中占有很大比例。因此，推动煤炭技术发展是非常紧迫的课题。矿井技术是推动我国煤炭工业发展的重要因素。近年来，煤矿生产取得了很大进步，但开采技术仍处于较低水平，且开采效果不佳，存在一定的安全风险，需及时采取相应对策进行改善。在科学技术飞速发展的今天，煤炭生产逐步走向机械化，而在这一背景下，房柱式采矿技术出现。本文就房柱式采煤技术在矿井开采中的应用进行了探讨。当前，国内大多数煤炭资源开发采用了房柱式采煤技术。房柱式开采是煤矿生产中常用的开采技术，具有技术难度低、成本易于控制等特点，因此，在很多煤矿中，房柱式开采是一种较好的开采方式。随着采矿深度的增加、科技水平的提高，房柱式采矿已被广泛采用。对井下采煤技术的现状及存在的问题进行讨论与剖析，提出了一种新型的房柱式采煤技术。1 矿井开采现状近年来，我国煤矿生产规模不断扩大，但煤矿开采技术的发展还无法与世界水平接轨，煤矿生产效益低下，存在一定的安全风险。为此，应加大对煤矿采掘技术的研发与革新，以提高煤矿技术水平和生产效益，满足人民日益增长的需求1。目前，煤矿开采工作存在诸多问题，如矿井数量多、环境条件恶劣、采煤技术落后、安全隐患严重、采煤技术水平低下等，这就需要转变和优化煤矿的采掘模式，采取先进的采矿技术，以适应社会对煤炭的需要。在此背景下，不要单纯地追求产量和提高经济效益，从只着眼于发展规模和经济效益转变为在技术上多下功夫。科技和经济水平不断提高，煤矿的开采技术水平也逐步提高。如果采用新技术和新的装置，可以有效地克服传统房柱式采煤方式带来的各种弊端，从而实现资源的循环利用和安全生产。对煤矿生产出现的问题进行剖析，提出解决措施和建议，以期为我国煤矿发展做出有益贡献。新原料、新技术、新设备的应用将成为煤炭工业未来发展的重点2。2 矿井开采技术问题21 采煤安全问题难以解决目前，我国煤矿普遍存在“一通三防”的潜在危险，面临安全问题。社会和经济快速发展，对资源的需求量也在快速增长，使煤炭产业的竞争日益加剧，导致煤矿开发变得更加困难，许多企业更加注重生存和发展。在社会和经济不断发展的背景下，人民的生活和消费水平不断提高，对能量的需求量也在日益增长。矿井的主要问题包括矿井的灾害性预报仪器不符合要求、灾后系统的应用水平低、防护装备的使用率低等。井下员工的自我保护意识差，各种防治技术和装备不能及时有效地防范、控制和减轻灾情，造成了矿井安全事故3。22 煤炭开采技术存在难题国内煤矿开采技术发展不均衡，水平相对落后，机械化水平与开采效率不高，部分煤矿开采仍然以爆破为主。目前，矿井开采大多采用常规机械开采设备，费用昂贵、故障率高，严重制约了矿井发展。在国外同行业，自动化控制技术相对成熟，国内的可靠性技术研究、数字集成技术与 CAD 技术与之相比仍存在距离。我国对煤炭资源的关注度较高、矿井技术发展较快，煤炭采掘工艺也在逐步完善。受到经济条件及其他综合因素影响，煤层气化技术、煤层泥浆化技术未能得到推广，使煤矿开采技术研究更加艰难。我国日益关注煤矿的安全管理，煤炭开采技术已远远不能适应矿井的安全需求。技术问题一直没有得到解决是煤矿开采的一个重要问题4。061DOI:10.13487/ki.imce.0232133 房柱型采矿新技术煤层开采一般采用柱式采煤法、巷柱式采煤法等，这均属于柱式采煤法。在此过程中，以“房柱”取代原有的采场或顶棚。在煤体内开挖一组煤巷，将之称为“煤房”，煤房的左右两侧由联络巷相连，形成一组煤柱，煤柱可以留下，但不能开采，以支持煤体，被称为“房”;当有必要进行部分或所有回采时，将其从柱体中抽出，即井筒开采，这是一种较完善的开采方法。也可以等到煤矿采掘完毕，再按要求将煤柱尽可能地挖出，这被称为“房柱”。房柱式采矿方法在国内已得到了普遍应用，但其采掘方法比较烦琐，至今尚无一套成熟、可靠的工艺方案进行现场操作。从装备上来看，柱系统的开采方法有两类:传统的钻孔爆破和高自动化的持续开采。一种是利用钻机进行钻井，另一种利用开放式或刮板运输机进行开采，二者都是在矿井下进行的5。传统的煤巷爆破法与传统的井筒爆破技术完全相同。矿井的开挖深度增大，巷道截面增大，顶板出现了较大的破碎，故采取了持续式采煤机进行回采。我国的煤炭企业，特别是乡村地区的煤炭企业，大多采用自动化程度较低的柱系统。部分中小煤矿和乡镇煤矿仍在使用手工钻孔爆破，其开采效益不高。近几年，我国大型现代煤矿引进了连续式采煤设备和其他辅助设备，使煤矿的机械化水平得到了显著提高。31 采煤工艺根据不同的输送模式，将采煤工艺分为不连续输送和连续输送两种。着是煤炭从地下运到地表的重要环节，其工作效能会对煤矿生产有很大影响，是一种持续的采煤机梭车工艺6。本研究由两个或三个采煤器轮流进行。不连续性运输工艺体系包括一套持续式采煤机、一套锚杆机、两辆梭式或电瓶式运输机、一套进料机、一套电动机车、一套充电设备和足够的电瓶。不连续式采煤技术主要用于中、厚煤层和厚煤区，也可用于厚度较薄的煤层。连续采煤机间断运输工艺多在薄煤区使用，在中厚煤层中的使用也有增长趋势。以煤矿采煤为主，通过几条皮带传送至皮带运输机。32 采煤方法第一种，块状煤柱房柱式采煤法。煤屋之间有通道与邻近的煤屋相连。该方法通常由 4 5 个以上的煤室构成，进行一次挖掘。回采过程采用了沿巷道支护方式，选择支撑式放顶法，采用水力顶梁托顶方式进行采矿。煤层的宽度为 5 7m，而室内煤柱则为 15 25m，由联络巷贯通其间相隔的一定间隔，形成一根长方形的煤柱。在采矿过程中，煤炭仓库基本上处于完好状态，无需维修7。在开采厂房时，其工艺程序及参数与房型开采相同，只要将煤仓挖到预定距离，就能将其内部煤柱收回。发生顶裂时，必须采取支撑措施，在回采过程中设置多个采掘或单采掘，将其与采空区分隔，并对其进行再次填充。煤室内留有不同形状的煤柱，采煤时煤柱作为暂时支撑，采完煤房后，有计划地回收所留的煤柱，如果顶板稳定，则可直接回收全部煤柱;反之，应该保留一些煤柱。根据煤柱的尺寸和岩体条件，采用袋式、外进式、劈柱式三种方法进行采煤。第二种，“旺格维利”开采技术。针对高瓦斯、低渗透率煤层，利用该技术进行煤炭采掘十分有效。随着采掘深度的加大，传统的房柱式采煤方法会出现地压加剧、采收率降低等问题，澳大利亚率先在“旺格维利”煤层上发现了“旺格维利”采煤工艺。第三种，充填材料填充的技术。该技术可提高煤层的开采效率与煤矿生产品质。与传统的房柱式开采相比，新工艺只在采掘工艺中添加了一种新原料，利用吸水性、泡沫、快速固化、高效的新型有机化学原料，交替使用由煤房组成的人造支撑物，以重复打开采煤柱，但其巷道布局和开采工艺仍保持着原来的开采模式。在矿井下开采煤炭，及时填充剩余煤炭，形成一个人造支架，再打开煤柱进行连续开采。采用常规的房柱型采煤方式，在采空区进行回采时，宜采用 6m 煤室、6m煤层。在房柱式巷道布置的狭窄空间中，6m 的煤层全部回采后进行充填，再用 6m 煤柱进行二次房柱开采，直至全部开采结束，并对较短的煤层进行彻底封堵。这在原理上可以使煤炭资源得到充分利用。新的采空带轮换式填充工艺可以避免无顶操作，减少了微风扩散，改善了工作条件。该充填体结构具有良好的柔性，可防止开采后出现采空区较多的顶板，减少工作面的坍塌，保障工作人员的人身安全8。4 房柱式采矿技术的使用状况及评估房柱式采煤法的最大优点是设备投资要求不高，建设周期短，速度快;工作面推进速度快，可实现快速开采。该装置的操作和调配比较灵活、方便;工作面布置较为紧凑合理等。巷道所受压力较低，巷道的后期养护和支护措施比较简单，顶板支护采用锚杆即可达到要求;对工作面推进速度较为缓慢、地质条件复杂的煤层而言，该采煤法能获得良好的效果。在开采过程中碰到的多数情况都是各层巷道，故矸石量比较少。由于该方法对围岩的扰动比较大，故在对煤柱进行留设时要根据具体情况而定，以确保工作面在正常推进和回采期间不会出现冒顶事故。此外，这种方式无需外运矸石，可直接井下加工，不仅提高了环境效益，还能有效地提高开采效率。如何以房柱式采矿技术提高采矿效益、提高采矿安全性仍有待进一步探讨和研究。近年来，科技进步使房柱式采煤方法在矿井的使用日161益增多。本文对房柱式采矿技术提到的新型填料进行研究，提出了一种新的方法，可以克服难题9。41 房柱式采煤法适用条件开采深度较浅，通常在 300500m 以上，为较稳固的中厚层或薄层。倾斜度在 100 以下时，最好靠近水平煤层;煤体分布较为平稳，无明显波动，地质结构相对单一。地面平整，不能被浇透。气体含量较小，不容易产生火焰。42 房柱式采煤法评价房柱式开采技术的优点是设备投资少、建设期短、速度快、开采效率高。本装置操作灵活，便于迁建，可以减少对生态环境的冲击和损害。巷道内压小，维护简单，支护简单，可以使用锚杆支护，降低了煤矿能耗，提高了煤矿产量，增加了企业的经济效益。煤矿多为煤巷，其矸石量很小，可以不运输，能在矿井中进行处理，以减少污染。在回采过程中，可以使用单个水力支杆或金属支座来支持和保护，从而提高开采的安全性。工作效能相对较高，在中小煤矿更为明显。目前，国内大部分矿井以房柱式开采为主。房柱式开采方法存在以下问题:采空率偏小，70%75%;通风状况不佳，进风和回风并列布置，导致大量的通风结构严重漏风;持续的产量和设备的使用效率都很低下。此外，在采场和煤柱的回收过程中，存在多个串口10。5 结语我国是一个拥有大量煤炭的国家，煤炭是国民经济基础能源，是推动工业技术进步的重要因素。在煤炭生产技术日趋成熟的今天，出现了很多新的采矿技术，并被广泛推广和使用。本文就房柱式采矿方法在矿井应用中出现的各类问题进行了剖析，提出了解决办法。参考文献:1 刘曾辉关于煤矿井下采煤机智能综采控制系统的探讨 J 冶金管理，2022(17):8082 2 文玉煤矿采煤方法与采煤技术的选择及其影响因素 J 矿业装备，2022(04):122123 3 曹波采煤机惯导与超宽带融合定位方法研究D 中国矿业大学，2022 4 李强煤矿开采中的井下采煤技术和采煤工艺分析 J 矿业装备，2022(01):1213 5 范建国倾斜长壁采煤法在亿欣煤业的应用J 能源与节能，2021(11):196197 6 张文龙煤矿井下采煤技术存在的问题及对策J 能源与节能，2021(09):140141+156 7 贾燕辉自动化技术在煤矿井下采煤中的应用J 能源与节能，2021(08):218220 8 王勇强井下采煤技术及采煤工艺选择分析J 当代化工研究，2021(05):141142 9 魏明飞井下采煤机自主综采截割控制技术的应用研究 J 自动化应用，2020(08):128129+132 10 张海彦房柱式采煤法在井下采煤中的应用分析 J 内蒙古煤炭经济，2017(10):127128作者简介:段亚东(1978)，男，安徽涡阳县人，本科，工程师，研究方向:采矿工程。261