煤炭工业技术现状及趋势20070912(太原)

煤炭工业发展新技术
二十一世纪人类将进入“知识经济”时代，信息科学、材料 科学和环境科学将取得新的突破和进展，科技创新、科技革命的 浪潮将引发新的产业竞争。煤炭作为重要的能源产业，煤炭科技 发展令人瞩目，煤炭科技将在以下领域取得新的进展： 1. 煤炭资源综合勘探与矿井地质保障技术 在资源勘探至煤矿开采的全过程中加强开采地质条件评价工 作，使煤田地质研究与煤矿开采紧密结合。重点发展三维地震高 分辨率和三维三分量地震勘探技术，查明3-5m落差的断层，控制 落差小于1/2煤厚的小断层等小构造。推广和完善采空区三维地 震勘探和多维多分量地震勘探技术，重点攻克资料处理和解释技 术，提高勘探精度，加快研制或引进适合于矿井作业和实时处理 的矿井物探仪器。以信息复合技术和GIS技术为核心，建立高产 高效矿井（工作面）地质条件预测评价系统，实现对矿井开采地 质条件的综合评价和量化预测，为综采设计、设备选型和生产决 策提供地质依据。 1
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（5）煤炭地下气化技术 煤炭地下气化技术作为一种化学“采煤”方法，较 适合遗留煤柱和难开采煤层，以及劣质煤、高硫煤、 “三下”压煤等煤层的开采，可提高煤炭资源利用率； 在环境方面如减少矸石堆放、减小地面沉陷等具有一定 的优势；将煤转化成煤气销售，可增加产品的附加值， 提高企业的效益。随着研究的深入，目前煤炭地下气化 技术所遇到的气量、气质不稳定，地下气化的控制问题， 低热煤气的利用问题会逐步得到解决。
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优化巷道布置，减少矸石排放的开采技术
改进、完善现有采煤方法和开采布置， 以实现开采效益最 大化为目标，研究开发煤矿地质 条件开采巷道布置及工艺技术 评价体系专家系统，实现开采方法、开采布置与煤层地质条件 的最优匹配。 总结推广神华集团大柳塔矿、潞安漳村矿实行全煤巷布置单 一煤层开采，矸石基本不运出地 面，生产系统大大简化，分别 实现无轨胶轮、单轨吊辅助运输一条龙，从井口直达工作面， 同时实现了综采与综掘同步发展，生产效率大幅提高的经验的同 时，重点研究高产高效矿井 开拓部署与巷道布置系统的优化， 简化巷道布置，优化采区及工作面参数，研究单一煤层集 中开 拓，集中准备、集中回采的关键技术，大幅度降低岩巷掘进率， 多开煤巷，减少出矸率 ；研究矸石在井下直接处理、作为充填 材料的技术，既是减少污染的一项有力措施，又简化 了生产系 统，有利于高产高效集中化开采，应加紧研究。 17

2. 煤炭地质信息化工程
大力发展计算机信息技术，逐步提高煤田地质工作 计算机化和地质成果信息化水平，为煤炭资源的合理勘 探开发战略和煤炭工业的宏观决策提供动态信息。发展 煤炭3S技术，建立地球信息产业基地；开发煤炭地质 计算机辅助系统，建立煤炭资源、环境地质、工程地质 和灾害地质动态监测系统和管理信息系统；研制煤炭地 质、资源信息、灾害监测与救援网络服务系统，实现煤 炭资源、煤质信息、灾害监测与救援等网络化和社会化， 进而构成“数字矿山”和“数字地球”的一个有机组成 部分。
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（3）缓倾斜薄煤层长壁开采。主要研究开发：
体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机 、 刨煤机；研制适合刨煤机综采的液压支架；研究 开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技 术。

（4）缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综 采。应进一步加强完善支架结构及强度，加 强 支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变 形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究，提 高 支架的可靠性，缩小其与中厚煤层(采高3m左右) 高产高效指标的差距。 13
（2）开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技




术”，主要解决以下技术难题。 硬顶板控制技术，研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术， 主要通过岩层定向水力 压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技 术，使直接顶能随采随冒，提高顶煤回收率，且基本 顶能按一 定步距垮落，既有利于顶煤破碎，又保证工作面的安全生产。 硬厚顶煤控制技术，研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚 顶煤的快速处理技术，包括高压 注水压裂技术和顶煤深孔预爆 破处理技术，使顶煤体能随采随冒，提高其回收率。 顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术，研制 既有利于顶煤破碎和顶板控制， 又有利于放顶煤的新型液压支 架，合理确定后部输送机能力。 两硬条件下放顶煤开采快速推进技术，研究合适的综放开采 回采工艺，优化工序，缩短放煤 时间，提高工作面的推进度， 实现高产高效。5～5.5m宽煤巷锚杆支护技术，通过宽煤巷锚 杆 支护技术的研究开发和应用，有利于综采配套设备的大功率和重 型化，有助于连续采煤机 的应用，促进工作面的高产高效。
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1 采煤方法和工艺 （1）采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。 采煤工艺的发展将带动煤炭开采 各环节的变革，现代采煤工艺 的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使 采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发强力、高效、安全、 可靠、耐用、智能化的采 煤设备和生产监控系统，改进和完善 采煤工艺。在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样 化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤工艺理论。我国长壁采 煤方法已趋成熟，放顶煤采煤的应用在不断扩展，应用水平和理 论研究的深度和广度都在不断提高，急倾斜、不稳定、地质构造 复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间，主要方向是 改善作业 条件，提高单产和机械化水平。 开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠 性的高产高效矿井开采技术。以提高工作面单产和生产集中化为 核心，以提高效率和经济效益为目标，研究开发各种条件下 的 高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产 系统和开采布置，生产过 程监控与科学管理等相互配套的成套 开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进 工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的 11 程度和水平。
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深矿井开采技术
深矿井开采的关键技术是：煤层开采的矿压控制、 冲击地压防治、瓦斯和热害治理及深井通 风、井巷布 置等；需要攻关研究的是：深井围岩状态和应力场及分 布状态的特征；深井作业 场所工作环境的变化；深井 巷道(特别是软岩巷道)快速掘进与支护技术与装备；深 井冲击地 压防治技术与监测监控技术；深矿井高产高 效开采有关配套技术；深矿井开采热害治理技术 与装 备。
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4、新型开采技术与工艺 采煤方法和工艺是煤矿开采技术的主要研究 方向之一。 （1）矿井集约化开拓布置技术。随着生产 集约化和自动化程度的提高，煤电企业联合进程 的加快，在地质条件允许的矿区，可以走一井一 面的集约化生产模式；而在地质条件不允许的矿 区，也可以走多井生产，一井出煤的模式，可大 量减少地面设施和简化生产流程、降低管理成本。

（5）各种综采高产高效综采设备保障系统。要实
现高产高效，就要提高开机率，对“支架 -围岩”系统、 采运设备进行监控。今后研究的重点是：通过电液控制 阀组操纵支架和改 善 “支架-围岩”系统控制，进一步 完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的 自 动采集系统；乳化液泵站及液压系统运行状态的检 测诊断；采煤机在线与离线相结合的“油 -磨屑”监测 和温度、电信号的监测；带式输送机、刮板输送机全面 状态监控。
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（2）短壁开采工艺技术。随着大规模粗放性开采，适合长 壁开采的煤炭资源日益减少，但长壁开采后的残留煤柱、不能布 置长壁的残采煤区、不规则块段等煤炭储量却在逐年上升，一些 城市和村镇的建筑物下、铁路下、水体下（以下简称“三下”） 压煤量也很大。另一方面，处于矿区煤田的边缘地带、小的地质 构造附近、露天煤矿边坡下压煤，均不能用正常的长壁开采技术 来回收，据统计，仅山西晋城煤业公司凤凰山煤矿不规则块段煤 炭储量就达0.8亿t，全国范围内达近百亿吨，目前的做法是弃之 不采，白白丢掉，这个资源的浪费是惊人的。因此，短壁开采技 术在我国将有很大的发展空间。为满足即适应短壁开采，又可快 速掘进的需求，将需要开发出能够进行横轴与纵轴切割方式互换 的用于半煤岩巷道掘进和煤巷快速掘进掘进机；短壁开采离机遥 控操作系统、连续运输系统及短壁工作面通风安全问题等。
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“三下”采煤技术
提高数值模拟计算和相似材料模拟等，深入研究开 采上覆岩层运动和地表沉陷规律，研究满 足地表、建 筑物、地下水资源保护需要的合理的开采系统和优化参 数，发展沉降控制理论和 关键技术，包括用地表废料 向垮落法工作面采空区充填的系统；研究与应用各种充 填技术和 组合充填技术，村庄房屋加固改造重建技术， 适于村庄保护的开采技术；研究近水体开采的 开采设 计、工艺参数优化和装备，提出煤炭开采与煤矿城市和 谐统一的开采沉陷控制、开采 村庄下压煤、土地复垦 和矿井水资源化等关键技术。
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6、综合机械化采煤工作面无人自动化生产技术
在工作面采煤机、刮板输送机、液压支架等设备实现单机自 动控制功能的基础上，采用红外线引动、位置速度检测、计算机 集中控制等方式，使采煤机、刮板输送机、液压支架等设备自动 完成割煤、运输、液压支架移设和顶板支护等生产流程，实现了 工作面自动化生产。工作面顺槽计算机还可以通过矿井通讯线路、 光纤等介质经Intranet网络和矿井及上部管理层实现信息交流与 通讯控制。目前，德国DBT公司已经研究开发的以液压支架PM4 电液控制系统为基础的全自动化无人刨煤机综采工作面成套设备 已经投入生产应用；英国Long-Airdox公司、美国Joy公司也研 究开发了具有自动化功能的滚筒采煤机综采工作面计算机控制系 统。澳大利亚正在研制远程控制全自动无人长壁工作面开采技术。
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（3）薄煤层开采技术与装备。在我国薄煤层资源不仅分布 广泛，且煤质较好，一些省区薄煤层储量比重很大，如四川省占 60%，山东省54%，黑龙江省占51%，贵州省占37%，其他产煤 省份如山西、内蒙、河北、吉林等也有丰富的薄和较薄煤层资源。 搞好薄煤层机械化开采对于煤炭资源保护和利用，对于延长矿井 开采寿命和实现高效开采都具有重要意义。纵观国外薄煤层采煤 机、刨煤机的发展情况，大功率高可靠性薄煤层采煤机、刨煤机 是采煤机械发展的一个趋势。国外薄煤层采煤机总装机功率已超 过500kW，刨煤机总装机功率已达2′400kW。我国的 MG200/450-WD型采煤机功率为450kW，刨煤机最大功率为 2′200kW，相比之下有较大的差距。 （4）深部矿井开采矿压控制、冲击地压预测和防治、深部 矿井瓦斯、水害和热害治理技术。