技術創(chuàng)新下的煤礦采掘工藝方法

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摘要：當前煤炭能源在我國能源使用結構中仍占有較大比重，而煤炭的過度采掘會導致資源浪費、環(huán)境破壞、空氣污染等一系列問題，因此必須重視煤礦采掘工藝方法，努力創(chuàng)新，以更合理地進行煤炭資源的開發(fā)利用。就基于技術創(chuàng)新的煤礦采掘工藝方法進行討論、研究。

關鍵詞：技術創(chuàng)新；煤礦采掘；工藝方法

引言

經(jīng)濟快速發(fā)展增長以工業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展為支撐，這就使得我國不可再生資源消耗加快，長此以往便有可能面臨資源過度開采、不可再生資源枯竭等問題。因此，我國制定了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對能源消耗利用提出了進一步要求，相關工作人員必須要進行技術創(chuàng)新，尤其是消耗占比較大、污染較為嚴重的煤礦采掘行業(yè)，更要努力提升采掘工藝方法水平，積極響應國家號召。

1露天煤礦采掘工藝基本原則

1.1安全性原則

安全性原則是煤礦采掘工藝方法的首要原則，也是最基本的原則。在進行露天煤礦采掘工作時，無論以什么工藝方法進行采掘作業(yè)，保障工作人員的人身安全都必須始終擺在第一位，這也是任何工作開展進行的必要前提。如果工作人員的人身安全不能得到切實的保障，那么煤礦采掘生產(chǎn)作業(yè)便不能開展，否則可能會出現(xiàn)一些重大安全事故，危及到工作人員的人身安全。

1.2合理性原則

煤礦采掘還必須要遵守科學合理性原則，有計劃、有目標地進行煤礦的采掘工作，合理采掘長久利用，積極響應我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的號召，減少不可再生資源的浪費和消耗。在進行煤礦采掘作業(yè)過程中，相關管理部門要結合煤礦當?shù)氐膶嶋H情況，根據(jù)具體的采掘工作水平和地質(zhì)環(huán)境條件制定科學合理的采掘方案計劃，盡可能降低煤礦采掘的難度、減少煤礦采掘過程中的問題，杜絕重大事故的發(fā)生[1]。

1.3環(huán)保性原則

現(xiàn)階段環(huán)境友好型的生產(chǎn)發(fā)展模式還要求煤礦采掘工作要始終秉持環(huán)保性原則，盡可能減少采掘工程中對周圍生態(tài)環(huán)境造成的破壞。煤礦采掘工作會產(chǎn)生粉塵污染、噪聲污染、空氣污染以及廢料污染等，除了要對相關采掘工作人員采取必要的保護措施，還需要積極尋求更為環(huán)保的施工材料技術、更為科學新穎的施工工藝方法，最大限度地遵循環(huán)保性原則，為國家環(huán)境友好型模式的發(fā)展建設做出貢獻[2]。

2現(xiàn)階段我國露天煤礦采掘工藝特點

露天煤礦開采工藝的發(fā)展與煤層賦存條件及設備制造能力有直接關系。自20世紀80年代至今，我國的大型露天煤礦開采工藝在發(fā)展過程中主要體現(xiàn)出以下5個特點：（1）剝離工作通常以單斗汽車工藝為主要采掘工藝，包括安太堡、元寶山、伊敏河、霍林河及黑岱溝在內(nèi)的五大露天煤礦均以此工藝進行剝離作業(yè)，而后續(xù)建成的露天煤礦也紛紛效仿，運用單斗汽車工藝進行剝離作業(yè)[3]。（2）在各方面條件合適的情況下，針對表土剝離作業(yè)會采用連續(xù)工藝系統(tǒng)，這一工藝的應用以元寶山、布沼壩、黑岱溝及哈爾烏素較為著名，在該工藝的應用上較其他露天煤礦有更豐富的應用經(jīng)驗及更完善的處理方法。（3）半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)的應用具有普遍性，以當前我國露天煤礦開采工藝的應用現(xiàn)狀來看，即使是開采深度深入地下超過100m、生產(chǎn)能力達百萬噸級以上的露天煤礦，同樣廣泛應用了半連續(xù)開采工藝。（4）大型礦山在開采工藝上的選擇具有綜合性特點，即應用了綜合開采工藝系統(tǒng)。綜合開采工藝系統(tǒng)是指單個礦山應用的開采工藝數(shù)量達兩個及以上且擁有不通開采工藝同時運行的特點。（5）一些生產(chǎn)規(guī)模更大、生產(chǎn)條件更好且經(jīng)濟效益更高的礦山在開采運輸設備的應用上逐漸顯露出大型化的趨勢，安太堡與黑岱溝分別于2006年和2007年引入了斗容達50m3以上的單斗挖掘機，這與之前應用的斗容只有3~4m3的單斗挖掘機不可同日而語，運輸汽車載重也從20~32t提升到最高可達近200t的水平，在拉斗鏟倒堆工藝方面也體現(xiàn)了大型化的發(fā)展趨勢。綜合而言，即使開采設備及開采工藝系統(tǒng)有所發(fā)展，我國露天煤礦年采煤量在全國煤礦年采煤量中所占的比重依然不多，造成這一現(xiàn)象的原因有很多。首先是受地質(zhì)條件的影響，我國煤層賦存條件相對復雜，可以露天開采的煤礦在全國煤礦賦存情況中占比相對較少。其次，我國在生產(chǎn)制造能力方面也受到了一定限制，這主要體現(xiàn)在開采生產(chǎn)設備的制造能力方面，當前我國露天煤礦應用的大型開采設備中，國家自主研發(fā)生產(chǎn)的開采設備并不多，多數(shù)還是從國外引入的設備。最后則是開采相關決策方面受到的限制。受之前計劃經(jīng)濟時代的影響，我國在煤礦開采政策上對露天煤礦開采的重視度明顯不足，決策缺少相應的科學化及民主化。關于決策這方面的缺陷也有過實際案例：改革開放初期我國中部某煤田各方面條件均滿足露天開采需求，但由于露天開采不受重視，該煤田被劃歸為地下開采，最后導致煤田資源被大量浪費。由此可見，開采決策的科學化水平也是影響我國露天煤礦開采的關鍵因素。通過對我國煤礦賦存實際情況的調(diào)查來看，已探明適用于露天開采的煤礦儲量已達400億噸以上。為使這部分資源得到充分利用，提升我國煤礦資源的利用率，露天煤礦開采的重視程度及建設速度理應得到加強，尤其是在我國人口基數(shù)眾多、人均資源占有量遠低于世界平均水平的國情下，露天煤礦的建設對提升我國的綜合國力更有至關重要的意義[4]。

3基于技術創(chuàng)新的露天煤礦采掘工藝

露天煤礦尤其是大型露天煤礦，年煤礦開采量需要達到一個極高的水準，然而煤礦開采的同時也會開挖出數(shù)千萬立方米的土石方，對土石方的開挖勢必會占用煤礦生產(chǎn)的時間，從而導致煤礦開采效率下降。因此，露天煤礦采掘工藝必然需要進行技術創(chuàng)新，同時還要合理安排采礦作業(yè)、銜接好工程之間的關系，并確保采礦計劃及方案的合理性，以切實提升露天煤礦的開采效率。近年來隨著露天煤礦企業(yè)的發(fā)展，在采掘工藝上的技術革新也獲得了一定成效，主要體現(xiàn)在以下3個方面。

3.1運用組合臺階開采工藝

組合臺階開采工藝的創(chuàng)新與運用，是在連續(xù)工藝系統(tǒng)的基礎上被開發(fā)出來的。該技術的優(yōu)勢之一在于有效增加了輪斗挖掘機的采掘量，在開挖露天煤礦上部覆蓋的黃土時就用到了輪斗挖掘機，并輔以膠帶運輸機形成挖掘—輸送的連續(xù)工藝。這種工藝在運用到剝離作業(yè)中之后取得了較為顯著的效果，原本煤礦上方土層采用的是單斗—卡車的剝離工藝，而該工藝在施工過程中具有間斷性，且近年來煤礦上方土層受煤炭銷售情況、采場推進速度的影響，整體數(shù)量并不多，如果以電鏟采掘上方土層，不僅需要重新架設運輸?shù)缆罚渥鳂I(yè)成本也更高，在經(jīng)濟方面會為采場造成嚴重負擔[5]。因此，礦場提出以輪斗直接剝離上方土層的構想，并配備了兩臺皮帶車，從而實現(xiàn)了組合臺階開采，由輪斗挖掘機采掘上方土層的組合臺階開采方式，不僅有效提升了輪斗的開采量，還減小了單斗剝離的負擔。在此基礎上，還可根據(jù)實際情況增減膠帶移設步距，從而提升生產(chǎn)效率。

3.2進一步優(yōu)化采排關系

采排關系的優(yōu)化是露天煤礦采掘工藝技術創(chuàng)新的又一個方向。要優(yōu)化采排關系，通常需要考慮到不同階段采掘剝離量的綜合調(diào)整，以及排土運距的長短。排土運距越長，露天礦的剝離成本就越高；不同階段剝離量的差異越大，則施工難度及工作量就越大。采排關系優(yōu)化的關鍵是不能拘泥于原有的設計原則，應根據(jù)采掘深度的增加重新調(diào)整排土機的下排高度，使之能夠符合生產(chǎn)及作業(yè)需求，但需要建立在技術及安全性能夠得到可靠保障的前提下[6]。運距是指采場到排土場的運輸距離，作為優(yōu)化采排關系中的重要內(nèi)容，運距的合理調(diào)整能夠有效節(jié)省剝離運輸成本，還能縮短運輸時間，從而提升生產(chǎn)效率。原則上運距的數(shù)值越短，生產(chǎn)成本的控制及生產(chǎn)效率的提升效果就越明顯，但隨著露天礦場開采量的增加，剝離量也會逐漸上升，因此采場與排土場的運距應有一個盡量詳細的設置及控制，保證排土場不會影響采場的開采，而運距的控制也要在此基礎上進行。

3.3以拋擲爆破技術結合吊斗鏟倒堆工藝改擴建露天礦

拋擲爆破技術是指形成拋擲漏斗的爆破，也有揚棄爆破的說法。在進行爆破時，被破碎的巖石因爆破造成位移從而爆破漏斗，該技術是由國外引進的，在與吊斗鏟倒堆工藝進行結合后能將大量的剝離物填入采空區(qū)，這就可以大幅削減剝離量，從而實現(xiàn)剝離成本的大幅下降。此外，拋擲爆破技術具有大幅縮短工期的優(yōu)勢，因而能夠加快工程進度。在對露天礦進行改擴建時有效應用該技術，能使露天礦改擴建的成本大幅降低，如1956年甘肅白銀場露天礦利用1.5萬噸炸藥進行的大爆破，就屬于拋擲爆破技術的應用典范。在應用拋擲爆破技術時需要控制炮制方向、爆堆形狀、大小、密集程度及拋擲塊度組成等因素，對施工技術有很高要求。而且拋擲爆破技術屬于爆破技術的一種，具有較高程度的危險性，因此需要進行詳細設計，并做好相應的安全保護措施。一旦拋擲爆破技術應用得當，再加上與吊斗鏟倒堆技術的配合，就能夠大幅提升露天礦的采掘量。

4露天煤礦采掘工藝技術創(chuàng)新的方向

結合上述內(nèi)容及國內(nèi)露天煤礦實際生產(chǎn)情況來看，露天煤礦采掘技術的創(chuàng)新應明確創(chuàng)新的方向，而方向的確定具體包括以下3方面的內(nèi)容。

4.1圈定開采程度

開采程度的圈定是技術創(chuàng)新的理念基礎。對于煤礦而言，其賦存條件、開采深度應作為圈定開采程度的主要參考依據(jù)，有的煤田很可能存在部分儲量適合露天開采，另一部分儲量適合井下開采的情況（不滿足露天開采條件的一般都適用井下開采），因而需要對煤礦賦存成分進行劃分。當前普遍認為露天開采在技術要求、開采成本及安全系數(shù)上均優(yōu)于井下開采，因此在圈定開采程度時，應優(yōu)先進行露天開采程度的確定。然而開采程度的圈定并不是一成不變的，如果開采的深入及市場的變化使得露天煤礦部分開采成本下降，那么就可以按照比例擴大露天開采的程度，為給后期開采程度的提升創(chuàng)造基礎條件，對地面設施及排土場的布置應將露天采掘程度擴大的可能性作為考慮條件之一[7]。

4.2深入研究采掘工藝

露天礦的采掘工藝主要包含剝離、采煤兩方面，因此采掘工藝的研究也需針對這兩方面進行。露天礦采掘工藝會在很大程度上影響到煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益，所以對采掘工藝的研究與優(yōu)化應當引起企業(yè)的重視。通常對采掘工藝的研究主要圍繞以下幾點開展：工藝與煤層賦存條件是否匹配；工藝技術難度；主要開采設備的動力支持；運輸系統(tǒng)能否充分優(yōu)化；開采、運輸、排土設備的選型；主要設備與氣候之間的適應性及新工藝所帶來的性價比等。這些特點最終將體現(xiàn)在礦場的運營費用及總成本方面。采掘工藝應當具有靈活性，能夠隨露天煤礦的開采而加以調(diào)整，以適應不同開采階段的不同要求。

4.3運輸系統(tǒng)的調(diào)整

運輸系統(tǒng)的調(diào)整及優(yōu)化需要在確定采掘工藝之后進行，不同運輸系統(tǒng)具有不同的特點及適應性，如單斗—汽車的間斷式運輸系統(tǒng)就具有較強的適應性與可塑性，但在效率上并不是最突出的；而運用運輸膠帶機系統(tǒng)效率更高，但是否選用又取決于運輸距離、移設的方便程度（隨著采掘深入，采場剝離作業(yè)運輸?shù)攸c也會發(fā)生變化）。總之，需要根據(jù)露天礦場實際需求及經(jīng)濟性等因素，綜合考量運輸系統(tǒng)的選用，使之在保證生產(chǎn)效率的同時盡可能降低礦場整體運營成本。

5提高露天煤礦采掘工藝方法的建議

5.1加強煤礦開采技術創(chuàng)新

科技是第一發(fā)展力，在以后的煤礦采掘工作中，相關技術研發(fā)人員要積極努力進行新工藝方法的創(chuàng)新，有針對性地解決煤礦采掘工作中遇到的難題，不斷提高我國煤礦采掘行業(yè)的效率和水平，從而減少不可再生能源在開采過程中由工藝技術原因造成的損耗和浪費，促進我國煤礦能源行業(yè)穩(wěn)定長久的發(fā)展。

5.2提升工作人員綜合素質(zhì)

相關煤礦采掘工作人員作為主要采掘工作的執(zhí)行者，其綜合素質(zhì)的高低直接決定著煤礦采掘效率的快慢。因此，必須加強煤礦采掘工作人員的培訓，提升其綜合素質(zhì)和專業(yè)能力，使采掘工作人員掌握相應的知識和技法，快速高效地進行煤礦挖掘工作。同時，提升煤礦采掘人員的綜合素質(zhì)，有助于使其在具體工作過程中規(guī)范作業(yè)、安全生產(chǎn)，減少問題的出現(xiàn)，杜絕事故的發(fā)生。

5.3進行合理有效的施工監(jiān)管

此外，在實際的勞動生產(chǎn)過程中，煤礦采掘工作強度較大、工作內(nèi)容機械重復，很容易會使煤礦采掘相關工作人員滋生反感厭工情緒，也會有些自制力不強的工作人員偷懶懈怠，不進行安全規(guī)范的生產(chǎn)作業(yè)。這時候就需要相關管理部門進行合理有效的施工監(jiān)管，一方面要嚴格遵守煤礦采掘生產(chǎn)工作原則，堅決不能松懈偷懶，嚴格規(guī)范作業(yè)，杜絕安全事故的發(fā)生；另一方面，管理人員也需要站在煤礦采掘工作者的角度看待問題，盡可能科學合理地安排工作時常和工作內(nèi)容，使相關采掘工作人員能夠勞逸結合，始終以飽滿的工作狀態(tài)投入工作生產(chǎn)中。

6結語

煤炭資源的開采和利用關系著我國經(jīng)濟發(fā)展建設和人民群眾的日常生活，是我國不可或缺的重要能源物質(zhì)。所以，為保障國家能源供應，助力我國走上可持續(xù)發(fā)展道路，煤礦相關單位企業(yè)必須要積極創(chuàng)新采掘工藝方法并盡快推廣應用，以便于提高國內(nèi)資源開采利用效率，維持國家能源供應穩(wěn)定，從而增強我國生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益，推動我國煤礦行業(yè)健康、可持續(xù)的發(fā)展。

參考文獻

［1］王宏偉，張志偉.煤礦采掘工藝及方法綜述［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2017（2）：7.

［2］陳偉強.關于煤礦采掘的采礦工藝及方法研究［J］.科技與創(chuàng)新，2015（3）：137.

［3］董小平.淺析煤礦采掘中的工藝方法［J］.現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2016（10）：45-46.

［4］李浩.技術創(chuàng)新與應用煤礦采掘工藝方法分析［J］.內(nèi)燃機與配件，2016（9）：138-139.

［5］朱傳鵬.基于技術創(chuàng)新的煤礦采掘工藝方法探討［J］.區(qū)域治理，2018（8）：274.

［6］劉建忠.基于技術創(chuàng)新的煤礦機械采掘工藝方法研究［J］.礦業(yè)裝備，2017（6）：36-37.

［7］任建華.試論煤礦采掘中的采礦工藝及采礦方法［J］.中國高新技術企業(yè)，2017（4）：150-151.

作者：張拽 單位：國家能源集團公司準能黑岱溝露天煤礦