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煤礦安全開(kāi)采技術(shù)創(chuàng)新研究

蘭寶軍（百色百礦集團(tuán)有限公司，廣西 百色市533000）

煤礦是我國(guó)重要能源之一，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，大大帶動(dòng)了煤礦產(chǎn)業(yè)中采礦技術(shù)的完善。但在煤礦開(kāi)采的實(shí)際過(guò)程中，仍存在諸多尚未解決的問(wèn)題，比如井下開(kāi)采的安全問(wèn)題，越來(lái)越多井下事故的發(fā)生說(shuō)明了煤礦安全開(kāi)采技術(shù)的不完善。本文主要從煤礦開(kāi)采導(dǎo)致安全事故發(fā)生的原因入手，對(duì)礦山壓力測(cè)試進(jìn)行分析，以此來(lái)提高煤礦開(kāi)采的安全性，在一定程度上，避免地面淪陷現(xiàn)象的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤礦開(kāi)采量的提高。

煤礦安全；開(kāi)采技術(shù)；安全生產(chǎn)

1 前言

一般情況下，煤礦開(kāi)采是在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行的，需要對(duì)巷道進(jìn)行挖掘，在開(kāi)采過(guò)程中存在諸多危險(xiǎn)因素，且煤礦開(kāi)采工作要在近千米的深度下進(jìn)行，盡管現(xiàn)階段開(kāi)采技術(shù)得到一定程度的改善，但煤層還是遭到了不同程度的破壞，由此可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采質(zhì)量的提高對(duì)避免安全事故的發(fā)生具有重要意義?？蓪?duì)煤礦開(kāi)采環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)，并在礦區(qū)填充些許實(shí)物，以此來(lái)避免開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生地面塌陷事故，造成人員傷亡。

2 煤礦開(kāi)采與事故發(fā)生的因果關(guān)系

制約煤礦安全開(kāi)采的技術(shù)障礙：

現(xiàn)階段，對(duì)煤礦安全開(kāi)采技術(shù)具有一定制約作用的因素主要有：

（1）缺少對(duì)安全預(yù)防基礎(chǔ)理論方面的研究。目前，資金和勞動(dòng)力直接限制了煤礦開(kāi)采工作的開(kāi)展，相關(guān)研究學(xué)者并未對(duì)此進(jìn)行針對(duì)性研究。導(dǎo)致安全事故頻繁發(fā)生的主要原因就是瓦斯，瓦斯泄露的危險(xiǎn)系數(shù)較大，產(chǎn)生的危害也最嚴(yán)重，但在對(duì)瓦斯運(yùn)動(dòng)規(guī)律方面的研究并未取得一定成效，從而無(wú)法保障井下開(kāi)采的安全。

（2）探測(cè)技術(shù)發(fā)展較為落后。對(duì)煤炭勘探產(chǎn)生影響的主要因素就是煤層深度，實(shí)際開(kāi)采和生產(chǎn)情況和預(yù)計(jì)之間存在一定偏差，且勘測(cè)到的基本為煤層中的淺層部分，目前的開(kāi)采技術(shù)無(wú)法對(duì)較深的煤層進(jìn)行挖掘。

（3）礦區(qū)井下瓦斯的抽放率較低。雖然我國(guó)礦產(chǎn)資源較為豐富，但由于受到地形的影響，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，導(dǎo)致大部分煤礦資源還未得到完全開(kāi)采。其中，煤炭的主要組成部分為石炭二迭紀(jì)煤層，其瓦斯含量較多，導(dǎo)致煤層過(guò)軟，透氣效果較差，從而對(duì)煤層內(nèi)瓦斯的排放造成一定難度。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，針對(duì)煤炭企業(yè)實(shí)行集約化管理，煤礦開(kāi)采的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，瓦斯等危險(xiǎn)性較大的流動(dòng)場(chǎng)給煤炭的開(kāi)采造成較大難題，是煤礦生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的主要安全隱患。

3 以礦山壓力理論為指導(dǎo)的煤礦安全開(kāi)采

3.1 礦山壓力理論的相關(guān)定義

礦山壓力理論主要是指根據(jù)礦山壓力的現(xiàn)象，在對(duì)礦山壓力進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)巖石覆蓋層的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況進(jìn)行闡述，并發(fā)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有利于對(duì)煤礦開(kāi)采程序?qū)嵭欣碚摽刂?，該理論的提出能夠?yàn)槊旱V開(kāi)采提供有力保障，并對(duì)采礦場(chǎng)的支護(hù)效果進(jìn)行完善，從而保障煤礦開(kāi)采安全性的提高。

3.2 工程理論與先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合

和發(fā)達(dá)國(guó)家相比而言，我國(guó)在煤炭開(kāi)采方面較為落后，具有一定的局限性，煤礦開(kāi)采過(guò)程中安全事故和地表塌陷現(xiàn)象頻繁發(fā)生。煤礦開(kāi)采安全事故發(fā)生的主要原因在于開(kāi)采前未能對(duì)巖層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析，就展開(kāi)大規(guī)模的回采工作，由此可見(jiàn)，應(yīng)將先進(jìn)技術(shù)積極應(yīng)用到煤礦開(kāi)采過(guò)程中，降低安全事故的發(fā)生率，提高煤礦開(kāi)采的安全性。有效掌握巖石覆蓋層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有利于工作面長(zhǎng)度和高度的合理確定，并通過(guò)有效的開(kāi)采步驟，實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采工作的安全性和高效性。

我國(guó)的地形和地質(zhì)成分較為復(fù)雜，且在煤礦開(kāi)采過(guò)程中機(jī)械化水平不高，在煤礦開(kāi)采技術(shù)管理方面存在一定缺陷，因此，在煤礦開(kāi)采的過(guò)程中，可將礦山壓力理論作為主要支撐，巖石動(dòng)力學(xué)作為基礎(chǔ)，通過(guò)現(xiàn)代化信息技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)煤礦開(kāi)采體系進(jìn)行完善，并運(yùn)用智能化和可視化技術(shù)，對(duì)煤礦開(kāi)采地區(qū)的地形和地質(zhì)進(jìn)行勘查，并在勘查的基礎(chǔ)上，制定詳細(xì)的開(kāi)采計(jì)劃，再將煤礦開(kāi)采的相關(guān)工作落實(shí)到位。

4 運(yùn)用煤礦填充開(kāi)采技術(shù)提高煤礦開(kāi)采的安全性

4.1 常用的不遷村的采煤方式

大量的煤礦資源隱藏在村莊下，這些煤礦資源不易被開(kāi)采，造成資源浪費(fèi)，不利于礦井的生產(chǎn)，現(xiàn)階段，可采用不遷村的方式來(lái)開(kāi)采村莊下的煤礦資源，主要采用條帶開(kāi)采或填充開(kāi)采的方法。

條帶開(kāi)采主要是指煤礦開(kāi)采在基礎(chǔ)工藝的指導(dǎo)下，條帶主要起到間隔作用，能夠有效避免地面發(fā)生沉降現(xiàn)象，從而提高煤礦開(kāi)采量，但該方法的缺點(diǎn)在于煤礦采出率較低，并會(huì)造成大量煤礦資源的浪費(fèi)，生產(chǎn)效益不高。在運(yùn)用填充開(kāi)采時(shí)，是在采空區(qū)填充大量的實(shí)物，用實(shí)物將煤礦置換出來(lái)，不僅能夠避免地面塌陷現(xiàn)象的發(fā)生，還能實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采量的提高。

4.2 煤礦填充開(kāi)采的工藝

現(xiàn)階段，在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，主要采用水砂填充開(kāi)采和膏體填充開(kāi)采的方法。

4.2.1 水砂填充開(kāi)采

該方法被普遍應(yīng)用到填充開(kāi)采中，并取得較好的開(kāi)采效果，但水砂填充技術(shù)的使用流程較為復(fù)雜，不能運(yùn)用機(jī)械，因此，具有較高的開(kāi)采成本，且經(jīng)濟(jì)收益不理想。

4.2.2 膏體填充開(kāi)采

這種開(kāi)采方式主要是將礦井周?chē)姆勖夯?、工業(yè)爐渣等廢棄物制作成膏狀的物體，在一定壓力作用下，通過(guò)運(yùn)輸管道將其運(yùn)送至井下，用來(lái)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行填充。膏體填充要根據(jù)井下的實(shí)際情況，進(jìn)行部分填充或完全填充。在選用粉煤灰等材料時(shí)，應(yīng)確保這些材料的顆粒不宜過(guò)大，若材料顆粒過(guò)大，應(yīng)及時(shí)采取處理措施，膏體填充物是由不同的成分構(gòu)成的，應(yīng)經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確配置后，才能保證膏體流動(dòng)的有效性。

5 提高安全生產(chǎn)的開(kāi)采技術(shù)的創(chuàng)新策略研究

5.1 注重基礎(chǔ)理論研究與技術(shù)研發(fā)的應(yīng)用

開(kāi)展研究的關(guān)鍵動(dòng)力就是科學(xué)可靠的基礎(chǔ)理論，有利于提高煤礦開(kāi)采的安全性，降低或消除各種潛在隱患的存在，對(duì)瓦斯保障事故發(fā)生的機(jī)理問(wèn)題、火災(zāi)水害和煤塵等災(zāi)害的預(yù)測(cè)及防治問(wèn)題、瓦斯抽放和利用問(wèn)題、無(wú)人開(kāi)采和機(jī)械開(kāi)發(fā)等技術(shù)問(wèn)題的研發(fā)和革新具有重要意義。

5.2 大力推廣與普及機(jī)械化開(kāi)采的進(jìn)程

保障井下煤礦開(kāi)采的安全性具有一定難度，加大機(jī)械化的推廣力度是未來(lái)煤礦開(kāi)采的主要趨勢(shì)，比如液壓支架的使用能夠有效避免頂板事故的發(fā)生，綜采過(guò)程不需要爆破穿孔等。

5.3 提高煤礦機(jī)械制造設(shè)備的創(chuàng)新能力

加大煤礦開(kāi)采機(jī)械設(shè)施的創(chuàng)新力度，并將自發(fā)研發(fā)核心技術(shù)作為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化水平的有效提高，首先要制定有效的技術(shù)戰(zhàn)略，投入一定資金，將重點(diǎn)放在核心技術(shù)的研發(fā)上，比如對(duì)采煤機(jī)的創(chuàng)新和研發(fā)，應(yīng)對(duì)快牽引、超大功率等重點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行保障時(shí)，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)電控和滾筒齒輪使用周期的延長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)一體化的目標(biāo)。

5.4 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)水平的提高

創(chuàng)建智能自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)交互式的人機(jī)對(duì)話(huà)、無(wú)線電遙控、數(shù)據(jù)的采集和傳輸、故障診斷和警告等，能夠?qū)崟r(shí)在線對(duì)礦區(qū)機(jī)械故障和安全隱患情況進(jìn)行檢測(cè)，并及時(shí)排查預(yù)警，從而實(shí)現(xiàn)安全質(zhì)量的有效提高。

6 井下開(kāi)采的技術(shù)方案

筆者根據(jù)自身從事煤礦開(kāi)采多年的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，主要針對(duì)地面存在建筑物的區(qū)域進(jìn)行煤礦開(kāi)采時(shí)所需的開(kāi)、開(kāi)采技術(shù)作以下介紹：①在條件允許的前提下，選擇自上而下的方法，對(duì)第一、第二層煤層進(jìn)行有序開(kāi)采；②針對(duì)頂板管理的填充可選擇進(jìn)行全部填充，再將矸石打碎并裝袋砌筑后進(jìn)行填充；③在條件允許的情況下，可在兩個(gè)工作面上實(shí)行試開(kāi)采，并在地面建筑物的周邊設(shè)置相應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)，并定期觀測(cè)建筑物的沉降數(shù)據(jù)，并將觀測(cè)結(jié)果記錄下來(lái)；④正式展開(kāi)煤礦開(kāi)采工作的前提是建筑物地表移動(dòng)數(shù)值不超過(guò)地表允許移動(dòng)的值，并根據(jù)地表建筑物的保護(hù)類(lèi)別，對(duì)其進(jìn)行定期檢查。

7 總結(jié)

煤礦開(kāi)采技術(shù)和安全措施的落實(shí)情況直接對(duì)礦工生命和財(cái)產(chǎn)安全造成影響，礦工企業(yè)應(yīng)對(duì)此予以高度重視，從而促進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。煤礦安全作業(yè)的有力保障就是高水平的開(kāi)采技術(shù)、科學(xué)合理的規(guī)劃、高水平的工作人員、完善有效的制度、及時(shí)的救援等，這些都是保障開(kāi)采作業(yè)能順利開(kāi)展的基礎(chǔ)和核心。井下開(kāi)采安全還關(guān)系到礦區(qū)開(kāi)采作業(yè)的質(zhì)量，因此，為了保障煤業(yè)企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，相關(guān)部門(mén)或企業(yè)應(yīng)對(duì)煤礦安全開(kāi)采技術(shù)的研究予以重視。

[1]嚴(yán)達(dá)永.試論煤礦安全開(kāi)采技術(shù)[J].科技致富向?qū)В?011（4）：312.

[2]項(xiàng)一凡.試論煤礦開(kāi)采技術(shù)存在的問(wèn)題及對(duì)策[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2015（29）.

[3]宋振騏.關(guān)于煤礦安全開(kāi)采決策關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)研究的建議[J].煤炭學(xué)報(bào)，1994（1）：1～4.

[4]賀 峰.煤礦開(kāi)采安全事故原因分析及對(duì)策研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（33）：64.

TD823.2

A

2095-2066（2016）22-0057-02

2016-6-18

蘭寶軍（1973-），采煤工程師，本科，主要從事煤礦安全管理、技術(shù)管理工作。