贵州煤炭开采技术现状与发展趋势分析.pdf

*国家自然科学基金资助项目(编号：52164007)；贵州省科技支撑计划重点项目（编号：黔科合支撑 2021 重点001号）。田守强（1982），男，高级工程师，550000 贵州省贵阳市。贵州煤炭开采技术现状与发展趋势分析*田守强1郑伟2（1.贵州省煤炭设计队；2.贵州理工学院矿业工程学院）摘要简述了贵州煤炭资源的分布情况，讨论了机械化、智能化采面、大倾角煤层、难采矿床机械化开采及快速掘进等技术现状。分析了贵州煤炭开采存在地质勘探准确度低、矿井开拓及开采系统不合理、巷道掘进速度慢和矿井灾害等问题，并对贵州煤炭开采技术中短期及长期发展趋势进行了展望。研究成果对贵州地区煤矿技术的发展有建设性意义。关键词煤炭开采机械化发展趋势优质产能DOI：10.3969/j.issn.1674-6082.2023.10.004Analysis on the Status and Development Trend of Coal Mining Technology in GuizhouTIAN Shouqiang1ZHENG Wei2（1.Guizhou Coal Design Team;2.School of Mining Engineering，Guizhou Institute of Technology）AbstractThis paper briefly described the distribution of coal resources in Guizhou，discussed thetechnical status of mechanized and intelligent mining face，large dip angle coal seam，mechanized mining ofdifficult mining deposits and rapid excavation，analyzed the problems of low geological exploration accuracy，unreasonable mine development and mining system，slow roadway excavation and mine disasters in Guizhou coal mining technology，and prospected the short-term and long-term development trend of Guizhoucoal mining technology.The research results have constructive significance for the development of coal minetechnology in Guizhou.Keywordscoal mining，mechanization，development trend，high quality production capacity现代矿业MODERN MINING我国是一个煤炭大国，煤矿的开采对我国的经济建设产生着巨大的影响1-2。贵州作为西南地区能源基地，同时担负着周边省份外调煤炭的任务，煤炭产量仍有一定缺口。随着科学技术的不断发展进步，许多高新技术也被应用到煤矿开采中去，煤矿开采技术水平得到大幅提高3-4。但目前，贵州省与省外煤矿主要差距在智能化采煤技术。贵州省煤矿智能化综采开采刚刚起步，尚处于技术探索、积累阶段，如何缩小智能化采煤技术，是2025年以前要解决的主要问题。因此，必须不断寻求解决问题的方法，掌握煤矿开采技术未来的发展趋势，才能促进贵州煤炭事业的发展5-6。1贵州省煤炭资源赋存情况和开采技术条件1.1贵州煤炭资源总体情况贵州省含煤面积占总面积的40%以上7-8，除东部部分地区属少煤、缺煤区外，省内86个县（市）中有74个县（市）产煤。相对集中于西部的盘州市、水城、六枝、织金、纳雍、金沙等县（市），其次在黔北的桐梓、仁怀、习水、遵义，中部的贵阳安顺一带，全省含煤面积约7.75万km2，其中上二叠统为省内主要含煤地层，含煤面积约 7.5 万 km2，占全省含煤总面积的96.8%。根据贵州省国土资源勘测规划院提供的全省煤炭资源储量资料，截至2018年底，在+2 000 m标高以浅，全省已勘探查明的煤炭资源储量总量1 917.915亿t，+1 000 m标高以浅预测资源量887.49亿t，仅次于晋、陕、蒙、新，居全国第5位，超过南方各省煤炭资源储量的总和。1.2贵州省煤炭开采技术条件贵州省煤炭资源赋存差异性较大。煤层倾角从近水平到急倾斜；煤层赋存从单一煤层至煤层群；煤层总第 654 期2023 年 10 月第 10 期Serial No.654October.202313现代矿业2023 年 10 月第 10 期总第 654 期厚度从薄煤层至厚煤层，甚至局部地段有特厚煤层9。贵州省煤炭资源煤层自燃发火倾向性包括、类，煤尘有爆炸性，黔北和黔西北煤层顶底板含水性强，少部分含煤区域属于低瓦斯，大部分含煤区域属于高瓦斯或煤与瓦斯突出。从以上分析，贵州省煤炭资源开采具有一定的挑战性。2贵州煤矿开采技术现状2.1机械化开采现状近年来，贵州省煤矿开采技术有了较大的提升，同时国家安全监管总局明确指出“机械化换人、自动化减人”，通过煤矿高效开采的相关政策实施，省内煤矿机械化、自动化程度大幅提升10，采煤机械化率已从2016年的62.1%提升到2019年底80%以上，矿井也由小煤矿粗放式开采向大型煤矿集约式开采转变，年产120万t以上的大型煤矿25处，产量占全省总产量的比重由24.6%提高到28.9%。2.2智能化采面开采现状2017年，贵州发耳煤业有限公司坚定“自动化减人，机械化换人”发展思路11，并与北京天地玛珂、兖州西安科技公司展开合作，进行智能机械化升级改造，建成了31004智能化综采工作面和矿井综合信息化管控平台、通风子系统、压风子系统、排水子系统、运输子系统、供配电子系统、工业视频监控子系统等7个辅助子系统智能化升级改造工作，发耳煤业由此成为了贵州省以及西南地区第一个智能化回采工作面，开启了贵州煤矿综采工作面的全新模式。截至2019 年 11 月，贵州省煤矿辅助系统智能化矿井达178个，预计将在2020年达到100%全覆盖，煤矿辅助系统智能化将走在全国煤矿前列12。2.3大倾角煤层开采现状目前，在大倾角煤层综合机械化开采技术方面，川煤集团公司走在了全国类似条件煤矿开采技术前列。20132014年，该公司自主研发的综采成套设备在绿水洞煤矿成功将急倾斜煤层综采适应平均倾角60，局部达到7211。经四川省科技厅成果鉴定，多项关键技术填补了我国综合机械化装备和开采技术空白，成果达到国际先进水平。2.4“关键4%”难采煤层机械化开采技术现状（1）55以上急倾斜煤层机械化开采。对于55以上急倾斜煤层，是采矿界公认的难采煤层，针对该类煤层开采机械化程度难以实现、工人作业环境恶劣、劳动强度大、生产效率低且存在着重大安全隐患等问题，目前省内均采用柔性掩护支架炮采工作面，尚无机械化开采实例。国内也无成熟的机械化开采案例，尚须进行技术攻关。（2）薄煤层开采现状。贵州省的煤炭资源丰富，储存量大，且赋存多样化，根据我国煤层厚度划分，厚度 0.81.3 m 属于薄煤层，小于 0.8 m 属于极薄煤层。薄煤层储量约占贵州省已探明煤炭储量的37%12。贵州省薄煤层开采机械化程度低、采高低，作业空间小，自动化程度低，工人跟机作业较为困难，劳动强度大，导致出现产量低、效率低、事故多、工人的工作环境恶劣。2.5快速掘进技术与装备研究贵州省贵州久泰邦达能源开发有限公司红果煤矿是省内首个装备快速掘进工作面的煤矿13，矿井一期工程5 500 m。为加快施工进度，减少岗位定员，选 用 中 国 铁 建 重 工 集 团 股 份 有 限 公 司 生 产 的ZTT4200矿用TBM（全断面岩石隧道盾构机）用于红果煤矿1300瓦斯治理巷掘进，该套TBM不仅可实现井下本地操控，亦可地面远程对掘进机姿态进行实时监控。同时，在绿色开采和无煤柱开采上均有不同程度的发展。2.6贵州煤矿开采存在的问题通过收集贵州煤炭资源赋存特点和开采技术条件相关资料，发现贵州省煤炭开采存在以下几个问题。（1）地质勘探准确度低。地质勘探资料是指导矿井建设和生产的第一手资料，部分矿井由于地质勘探准确度较低，导致勘探情况与实际情况存在较大出入，从而使制定好的采掘部署完全被打乱，造成采掘失调。（2）地质构造的影响。由于断层、褶曲及煤层变薄等影响，造成煤层赋存不连续，在生产过程中，导致回采煤量不足，频繁更换采面及掘进面，最终造成采掘失调。（3）矿井开拓、开采系统不合理。部分矿井（尤其是民营企业）水平、采区划分不合理，井田范围受限，为减少建井投资和缩短建设工期，导致矿井“三量”不足，采区服务年限短，矿井移交生产后即面临接替紧张，极易造成采掘失调甚至采区接替失调。（4）巷道掘进速度慢。掘进需要具有较强的超前性，从而使采面的正常接替能够得到有效保证。一方面，由于采煤机械化提升后，回采工作面推进速度加快，而巷道掘进由于受瓦斯灾害的影响，掘进进度慢，造成巷道掘进跟不上回采进度，造成采掘接替失调；另一方面是企业重采煤、轻掘进，导致掘进进尺较少，致使准备煤量不足，造成接替紧张。（5）矿井灾害的影响。矿井灾害（瓦斯、水、顶底板）是制约煤矿采掘的重要因素，这些隐患客观存在，是导致矿井采掘失调的重要原因，对煤矿正常生14田守强郑伟：贵州煤炭开采技术现状与发展趋势分析2023 年 10 月第 10 期产产生较大的影响，灾害治理不到位或灾害防治措施不合理，将直接导致巷道掘进或工作面回采无法推进，造成采掘失调。3贵州煤炭开采技术未来发展趋势3.1中短期发展趋势通过对贵州煤炭资源赋存情况、开采技术现状及存在的问题进行了系统分析，并根据贵州省煤炭中长期供需平衡的中短期目标14，结合供需平衡需求，本研究对提高释放优质产能的开采技术提供以下建议。（1）大力支持煤炭企业集约发展、规模化开采。“十四五”期间，贵州省煤矿多以3090万t/a的中型煤矿为主，集约化、规模化开采是贵州省煤炭开采的必然道路，建议出台相关政策，大力支持煤炭企业集约发展，提高煤炭企业在资金、技术、人才等方面的整体实力，保障企业可持续发展。（2）继续推进贵州省“两化”改造和智慧矿井建设。针对煤层赋存条件较好的矿井，从政策方面给予支持，继续推进“两化改造”，利用大数据、5G技术、井下机器人以及互联网信息技术等，逐步向智慧矿山推进。（3）引导煤炭企业优化采掘部署。继续推进具备条件的煤矿进行“两化”改造，改扩建矿井进行智能化和机械化建设，实现96%产能矿井完成100%智能化和机械化。20202025年，加快兼并重组保留矿井的勘探和建设工作，加快贵州省煤矿优化调整布局，调整生产力布局，优化资源配置，实现煤炭产业高质量发展。（4）建议联合相关部门规范井田划分。为了利于采用“N00工法”，建议在划分井田边界时，尽量规范化，避免锯齿状井田边界，为矿井规范化设计提供基础条件。（5）鼓励采用先进开采装备。随着贵州省煤体企业规模化和集约化，煤炭采掘速度越来越快，但大多数煤炭企业采掘装备水平相对落后，特别是快速掘进装备使用较少，建议出台相应政策，鼓励企业引进先进开采装备，比如盾构机、掘锚一体机等。（6）引导企业积极开采保护层，促进煤与瓦斯共采。贵州省 90%以上煤矿瓦斯抽采体积分数小于30%，根据贵州实际抽采情况，推荐使用区域卸压增透技术、定向长钻孔煤层瓦斯抽采技术、液态CO2相变致裂增透技术、低渗煤层水力割缝瓦斯抽采技术及松软煤层全程下套管注浆封孔瓦斯抽采技术等5种高效瓦斯抽采技术。3.2长期发展展望贵州省目前煤矿多以 3090 万 t/a 中型煤矿为主，由于煤矿本身的服务年限、开采技术条件难度增加、开采成本增高等因素限制，条件较差的矿井在2025年后陆续退出生产，需有序核准新建一批大中型煤矿项目；新建矿井必须符合安全、绿色、环保、高效发展，长期发展需要考虑到煤与瓦斯共采技术研究、推广“三下”开采技术研究、井下充填绿色开采技术研究、“一上”开采技术发展研究、保水开采研究、煤炭资源气化和液化开采技术研究和智慧矿山开采技术发展研究7个方面。4结语煤炭事业的发展对于贵州全省经济的发展具有重要作用，是贵州省经济发展的重要产业。而煤炭开采技术对于煤炭产业的发展具有重要的作用，因而要完善煤炭开采技术，如研究适应贵州省煤炭赋存条件的无煤柱开采方法和工艺，研究承压水的开采等技术、急倾斜煤层综合机械化开采等技术，研究和推广薄煤层机械化开采装备技术，继续深入研究无人/少人采掘工作面装备和技术，以此促进煤炭产业更好发展，满足当今社会的发展需求。参考文献1张志军.煤矿开采技术理论及工艺运用研究 J.矿业装备，2021（4）:30-31.2李小斌.浅谈我国煤炭开采技术的发展趋势 J.山东煤炭科技，2015（4）:24-25.3王国计.煤矿开采技术的发展趋势研究 J.科学中国人，2015（5）:24.4周兴邦.煤矿采煤工艺技术优化研究 J.内蒙古石油化工，2020，46（12）:100-101.5高银贵，孔皖军，陈永春，等.特厚煤层综放开采下工作面底板岩层破坏特征 J.能源环境保护，2021，35（6）:68-75.6蔡俊林.煤矿采煤方法和采煤技术的选择研究 J.当代化工研究，2021（10）:97-98.7郑功勋，李晓华，王晓东，等.基于AHP-SWOT分析的贵州煤炭产业发展研究 J.煤炭工程，2020，52（8）:188-192.8杨昌德.贵州省煤炭产业发展的对策建议 J.理论与当代，2016（11）:38-39.9石义，李向峰，刘影，等.贵州赫章法冲煤矿矿区煤炭勘查及开采方向 J.能源技术与管理，2015，40（3）:4-6，9.10 李鹏，赵勇川.贵州阿戛煤矿特大倾角煤层机械化采煤技术研究 J.内蒙古煤炭经济，2021（4）:40-41.11 邹勇，杨启军，何清锋.急倾斜中厚煤层综合机械化开采设备配套优化展望 J.能源与节能，2022（11）:56-58，71.12 徐晓乾，孟应芳，段正鹏，等.贵州省煤层气（瓦斯）开发适用性技术分析 J.煤田地质与勘探，2019，47（6）:8-13.13 张善魁，徐彬彬，胡志飞.TBM全断面岩石掘进机组装硐室设计及应用 J.内蒙古煤炭经济，2021（5）:187-188.14 衡献伟，李青松，付金磊，等.贵州煤炭工业科技创新进展及“十四五”时期发展方向 J.中国煤炭，2021，47（5）:13-19.（收稿日期 2022-12-13）15