煤炭井工矿开采工艺系统（采煤生产工艺）
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煤炭资源露天井工联合开采
我国已开发的露天煤矿大部分是倾斜或缓倾斜矿体，煤层埋藏由浅入深，根据矿山开采的经济技术要求，露天矿的开采范围仅限于整个矿体的上部，即开采浅部的矿体;深部不适合露天开采的矿体部分宜由地下开采来完成，对由多煤层组成的水平、近水平煤矿床，深部煤层采用露天开采从经济上不合理时，一般采用井工方法进行开采。[5]
前苏联最早针对厚大坚硬矿体的露天与井工联合采矿技术问题进行了较深入研究，提出了开采厚大矿体联合采矿基本方案，并在普里奥斯克利矿、南列金矿和安诺夫矿的开采设计中采用。该采矿工艺为露天坑底下部矿段的开采提供了一种安全、高效和低成本的采矿方法，是一种有发展前途的采矿新工艺。
在露天和井工开采的联合作用方面，我国传统做法大多是独立的井工开采，由地面进行斜井或竖井开拓，井工与露采没有联系，其缺点是:①露天境界内的煤炭储量减少，开采年限缩短或生产规模减小，也相对增加了征地成本;②在地表打井进行井工开采，与露天矿往往是相互独立的两个企业，增加了企业管理机构和人员;③井工矿运煤提升高度大，增加运煤成本。
当前我国深凹露天矿的开采条件越来越差、剥采比大、采矿综合成本增加，为实现煤炭资源合理持续健康发展，应考虑采用露天与井工联合采矿技术，以改善矿山经营效益，实现露天井工的联合开采。这也就使得露天井工联合开采作用下的岩体移动及变形问题日益成为学者们关注的重要课题。
煤炭资源井工开采
1.2.2.1 井工开采主要特点分析
我国近90%煤炭井工矿开采工艺系统的煤炭是通过井工开采生产的。井工煤矿开采必须从地面向地下开掘一系列井巷(图1-2)煤炭井工矿开采工艺系统，其生产过程是地下作业，自然条件复杂。开采的主要特点是需要进行矿井通风，存在瓦斯、煤尘、顶板、火、水五大灾害。[1，2]
图1-2 煤炭井工开采
(1)矿井通风。因为井工煤矿生产是地下作业，地面空气在进入井下并流经各作业场所的过程中，将掺入有害气体和矿尘，成分逐渐发生变化。同时，由于地热作用，人体和机械散热，水分的蒸发等，井下空气的温度和湿度都会显著增高，造成不良的气候条件，因此，要对矿井进行通风。
(2)瓦斯、矿尘灾害。在开采煤炭的过程中，要产生瓦斯和矿尘。瓦斯和矿尘在一定条件下会发生爆炸，造成人员伤亡和财产损失;矿尘还能使矿工患煤、矽肺病，给矿工带来痛苦。
(3)顶板灾害。在地下采掘过程中，由于矿山压力的作用，顶板会垮落。如果顶板管理工作出现漏洞，则会发生顶板事故。
(4)矿井火灾。矿井火灾也是煤矿生产中的主要灾害之一，一旦发生矿井火灾，不但会造成煤炭资源的损失，打乱各项工作的布置，还往往会造成瓦斯、煤尘爆炸，使灾害程度和范围扩大。
(5)矿井水灾。矿井在建设和生产过程中，地面水和地下水会通过各种通道涌入矿井。为保证矿井正常建设与生产，必须采取各种措施防止水进入矿井，或者将进入矿井的水排至地面，但当矿井涌水超过正常排水能力，或在采掘工作时挖透老塘积水或岩溶水等地下水体时，就会造成水害。
1.2.2.2 井工开采主要作业内容
(1)井工开采方法与工艺
采煤方法与工艺的不断完善是采矿发展的主题，采煤工艺的发展带动了煤炭开采各环节的变革。由于长壁开采是一种最经济的井工采煤方法，目前壁式采煤法在全球井工开采中普遍应用，占据着核心地位。
长壁采煤工艺中，针对缓倾斜、倾斜煤层，目前采用的采煤方法与工艺有缓倾斜薄、中厚煤层单一长壁综采，缓倾斜厚煤层倾斜分层长壁综采，缓倾斜厚煤层一次采全高长壁综采，缓倾斜厚煤层放顶煤长壁综采等。
目前长壁工作面向集中、高效方向发展，工作面长度不断增大。世界上第二条采高达7m的综采工作面已经于2010年12月在上湾煤矿建成。7m大采高重型综采工作面长319m，比神华神东煤炭集团公司补连塔煤矿第一个7m大采高工作面长18m，走向长度4231m，是目前世界上最长的大采高工作面。正常情况上每刀可割煤2700t，较6.3m采高综采工作面单刀多产300t，资源回收率提高14%，较6.3m采高工作面多采出煤炭100万t，资源回收率提高8%以上;2011年创造了126.5万t世界综采月单产纪录，综采年单产达到1400万t水平。
神华集团神东公司大柳塔矿，工作面走向长度2000～6200m，平均4100m，工作面长度240m，2002年综采工作面年产量达到874万t，超过了美国20英里矿保持的综采工作面年产649.43万t的世界先进水平;兖矿集团兴隆庄矿，综放一队产量达639.92万t，刷新综放工作面年产新纪录，薄煤层刨煤工作面单产已突破百万t大关。
针对厚及中厚急倾斜煤层，目前普遍采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法;针对急倾斜特厚煤层，采用水平分段放顶煤采煤法。倒台阶采煤法、巷道短壁小阶段采煤法在急倾斜煤层开采中也较多采用。新疆乌鲁木齐矿业集团碱沟矿开采84°急倾斜煤层，使用水平分层放顶煤工艺，工作面年产达45.9万t，刷新我国急倾斜工作面生产纪录。
我国是世界上应用水力采煤最早的国家之一，产量据世界前列，在倾角10°以上、煤层中厚以上、顶底板稳定的低瓦斯矿井有较好的应用前景，特别是在煤层厚度、倾角变化较大的不规则煤层中应用更能发挥其能力。
(2)技术装备
井工开采技术装备总体趋势是根据煤炭开采条件，以高产高效、减人增效、安全可靠为目的，向大型化、集约化、自动控制、无人工作面发展。
综采工作面:主要设备均实现机电一体化，具有自诊断功能和通讯功能，为工作面生产自动化，提高系统的开机率，保障系统的安全可靠运行及全矿井的自动控制及信息化管理奠定了基础。应用辅巷多通道快速搬家技术，从旧工作面采通，挂网，重型综采设备的回撤、搬迁，到新工作面的设备安装调试并达到试生产条件最快仅需7d时间，真正实现了快速、安全、优质、高效。许多工作面使用高电压(3300V或4160V)。
无人工作面:我国引进德国采矿技术公司(DBT)全自动化刨煤机综采系统(刨煤机、输送机及计算机远程控制技术)，其余配套设备均由国内各生产厂家协助制造。可适应35°以下薄及中厚煤层，工作面经济长度210m以上，生产能力900t/h，电机功率630kW，目前正在国内铁法煤业(集团)公司等矿山应用。
采煤机械:我国大柳塔矿引进的6LS 5型采煤机，装机总功率为1500kW，生产能力达2800t/h，电牵引调速;微机控制，采用先进的信息处理和传感技术，对采煤机的运行工况及各种技术参数进行采集、处理、显示、存储和传输，并通过编程对采煤机进行全面控制、监控和保护，以及实现采煤机电气系统的自动调节，截割电机功率自动平衡和机械故障自动查寻诊断等功能。螺旋钻机无人采煤技术在我国也较为成熟，在薄煤层开采中的发展前景十分广阔。日前，一种新型三钻螺旋钻式采煤机已在我国研制成功。该采煤机应用于薄煤层中，对提高煤层资源回收率效果明显。该机的一次采宽为1.9m，采深可达85m，适用于煤层厚度为0.5～0.9m，煤层倾角-15°～+15°，煤层走向倾角小于8°的各种硬度的薄煤层，其日产量可达250～350t。
液压支架:多采用大采高强力两柱掩护式支架，工作阻力达6000kN以上，最高达9800kN。
刮板输送机:要求大运量、长运距、大功率、长寿命、高可靠性，几乎所有的刮板机都使用双中链，刮板机功率达1790kW，小时输送能力可达2500t以上。
胶带输送机:要求长距离、大运量、大功率，以保证大煤流的运输畅通，有的工作面可以伸缩带式输送机的铺设长度已达5000m，运输能力为2000～3000t/h，带速达5m/s，装机总功率1125kW。桥式转载机输送能力达2500t/h，长度27m，电机功率315kW。
(3)采场围岩控制技术
国内大型煤矿采场多采用重型液压支架支护，巷道支护则以锚杆支护为主。中、小型煤矿回采面多采用单体液压支柱、金属支柱支护，巷道支护多以锚杆为主，砌碹、金属支架为辅。
针对坚硬顶板、破碎顶板、急倾斜、大采高、大采深采场等不同条件的支护技术和材料不断推出。耐炮崩、轻型化单体液压支柱和厚煤层巷道锚索、可伸缩锚杆陆续生产。
监测仪表趋于直观、轻便、小型化。
1.2.2.3 井工开采存在问题剖析
(1)采煤技术水平较低，技术装备较差，煤机制造技术落后[3]
与国外同行业相比，在机电一体化、智能化、自动化的控制技术，产品可靠性技术，数字集成技术与计算机辅助设计技术方面，仍然存在较大差距。
中、小型矿井落煤方式还以炮采为主，工作面走向长度偏短;采煤方法多为长壁工作面开采，全部陷落法管理顶板，因而对上覆岩层和地表的破坏较为严重。
在采煤机械化系统中，运输系统、采场围岩控制系统、巷道准备系统和辅助运输系统技术装备较差，功率及生产能力较小，机械化程度和工效普遍不高。
引进消化国外先进设备方面不够。在井下自救系统中，避灾系统、个人防护装备水平仍然很低，对瓦斯等重大灾害预测预报的仪器、仪表还不能完全达到要求，对安全事故的防治技术及装备不能充分有效防治灾害或最大限度减轻灾害。
(2)重大科技攻关课题难以实现，重大安全技术问题难以解决
目前，我国煤矿在“一通三防”(矿井通风，防治瓦斯、防治煤尘、防灭火)及防治水、矿井深部地压、冲击地压、高温害和支护等方面存在许多技术难题，严重威胁着煤矿安全生产，这些涉及行业技术发展共性的基础性和前瞻性重大科技工作课题，国家支持范围和力度与过去相比大大减少。重点煤炭企业下放后，受单个企业和科研院所经济实力限制，难以开展技术攻关。
煤炭地下气化技术和煤炭地下浆化(液化)技术，受经济成本等因素影响未能有效推广应用。
(3)专业技术人才面临青黄不接的状况
国有煤矿中，大专以上程度的技术人员仅占职工总数的3%，而个体煤矿相应技术人员的比例更低，该比例在发达国家则占60%以上。在近40个年产500万t以上的大中型煤炭企业中，工程技术人员不足2000人。由于煤炭行业安全的特殊性，地矿类专业学生比例逐年减少，据9所原煤炭高校的不完全统计，毕业生到煤炭行业就业的不到10%。某矿业集团近10年流失人才900多人，其中技术人才270人，10年内未进1名大学生。技术人员匮乏和层次低，使技术措施不到位，制约煤矿生产安全技术和管理水平的提高。
煤炭井工开采是什么意思?
1、利用井筒和地下巷道系统开采煤炭或其矿产品的开采方法。
2、 井工煤矿开采必须从地面向地下开掘一系列井巷，其生产过程是地下作业，自然条件比较复杂，开采的主要特点是需要进行矿井通风，存在瓦斯、煤尘、顶板、火、水五大灾害。
3、煤矿大致分为井工煤矿和露天煤矿。 露天煤矿煤层的地表覆盖层较浅，挖开地表层即可进行采煤，危险系数较低。井工煤矿煤层埋藏很深，必须掘进到地层中进行采煤，地下作业，危险系数高。
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煤矿开采有几大系统煤炭井工矿开采工艺系统：掘进、采煤、供电、通风、排水、提升运输、排矸、煤炭洗选等。先是掘进煤炭井工矿开采工艺系统，然后采煤，然后支护。其煤炭井工矿开采工艺系统他都是为这个服务的。
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采煤工艺过程由于煤层的自然条件和采用的机械不同，完成回采工作各工序的方法也就不同，并且在进行的顺序、时间和空间上必须有规律地加以安排和配合。这种在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合，称为采煤工艺。在一定时间内，按照一定的顺序完成回采工作各项工序的过程，称为采煤工艺过程。[1]工艺类型爆破采煤工艺爆破采煤工艺，简称“炮采”，用爆破方法破煤的采煤工艺。[4]炮采工艺系统的特点是采用打眼放炮方法进行破煤（爆破破煤）。此时，装煤变成了一项单独的工艺，可用机械装置或人工方法完成。在这种工艺系统中体力劳动工作量和强度都大大地增加了，产量和效率也相应地降低了，一般平均月产在9000t左右。但是，它所采用的设备简单，对复杂地质条件适应性强。因此，在我国仍大量采用，其产量占总产量的45%左右。炮采工作面支架布置形式与普采工作面支架布置形式基本相同，爆破破煤的生产过程包括打眼、装药、填炮泥、联炮线和起爆等工序。通常，在爆破中要求：保证进度，煤块破碎均匀，保持工作面煤壁平直，不留顶底煤，不破坏顶板，不崩倒棚子和崩翻输送机等。普通机械化采煤工艺普通机械化采煤工艺，简称“普采”，用机械方法破煤和装煤，输送机运煤和单体支柱支护的采煤工艺。[4]其特点是用采煤机械同时完成落煤和装煤工序，而运煤、顶板支护和采空区处理与炮采工艺基本相同。普通机械化采煤工艺系统是指在回采工作面中，利用滚筒式采煤机或刨煤机与单体支柱配套进行采煤的工艺系统。它与综采工艺的差别是支护、放顶工序需人工进行。因此，这种工艺系统的体力劳动量较大，在技术经济效果上，以及安全程度上都远不及综采工艺系统好。在一般机械化工作面中，单体支柱可使用金属摩擦支柱或单体液压支柱。使用金属摩擦支柱时，通常称为普通机械化采煤工艺，简称为普采工艺。使用液压支柱时，与摩擦支柱相比，其力学性能，支护与控制顶板的效果都较好，而且往往配用大功率的采煤机和输送机，是一种高档次的普通机械化。所以亦俗称为高档普采采煤工艺。无论是在哪种普采工作面中，单体支柱的布置形式很多，可以因顶板条件不同而异。综合机械化采煤工艺综合机械化采煤工艺，简称“综采”，用机械方法破煤和装煤，输送机运煤和液压支架支护的采煤工艺。[4]它是指回采工作面中采煤的全部生产工序如破煤、装煤、运煤、支护和管理顶板等过程都实现了机械化。此外，顺槽中的运输也实现了相应地机械化，以便充分发挥综采设备的生产效能。综合机械化采煤工作面是指用采煤机、可弯曲刮板输送机和自移液压支架等主要设备组合配套，进行生产的回采工作面。螺旋钻采煤工艺螺旋钻采煤工艺，用螺旋钻机破煤、装煤和运煤的采煤工艺。[4]水力采煤工艺水力采煤，简称“水采”，利用水力或水力-机械开采和水力或机械运输提升的水力机械化采煤技术。水力采煤工艺，水力采煤各生产环节有机组合的总称。[4]水力采煤是利用水枪射流破煤，借助于一定的坡度使碎煤随水从采垛（采面）中流出，沿巷道以“无压水力运输”方法运到煤水仓中，再由井底煤水仓用煤浆泵把煤与水混合而成的煤浆提升到地面。图示为水采矿井的生产工艺流程图。显然，水力采煤使一般机械化采煤的多工序、多环节的生产过程得到了简化。水力采煤工艺系统是指由采垛（回采工作面）破煤，将煤浆运到采区煤水仓的生产工艺系统，简称为水采工艺系统。[2]水利采煤工艺流程图使用现状由于开采条件和煤矿所有制的多样性以及地区资源赋存条件和经济发展的不平衡，我国长壁工作面的采煤工艺主要有爆破采煤工艺、普通机械化采煤工艺和综合机械化采煤工艺三种，其中综合机械化采煤工艺是采煤技术发展的方向。在我国煤矿中，国有重点煤矿以综采为主，地方国营煤矿以普采和炮采为主，而乡镇煤矿则以炮采为主。工艺特点普采工艺特点：普采将采煤和装煤这两道工序改为由浅截式滚筒采煤机或刨煤机来完成，使工作面采煤工作实现了机械化，产量有了较大的提高，而且与综采相比，设备投资减少了2/3；但支架的架设和回撤工作仍为繁重的人工劳动，在顶板管理方面还显得比较薄弱。[3]综采工艺特点：综采是采煤技术发展史上的一次重大变革，它使采煤工作面的采煤与顶板管理等各工序都实现了机械化。尤其是近年来研制出了大功率、大滚筒采煤机和大采高液压支架，使综采可在厚度5.0 m左右的煤层中一次采全高以及在特厚煤层中进行放顶煤开采，其适用范围越来越广，简化了矿井的生产系统，便于集中管理。其主要特点是：高产、高效、安全、低耗。[3]炮采工艺特点：由于炮采工作面采煤和支护这两项主要工序基本上依靠的是繁重的人工劳动，所以工人劳动强度大、支护工作不安全、日产量及劳动生产率低、材料消耗量大。但在地质构造复杂区域仍需使用，因此，其使用范围较为广泛。[3]水力采煤工艺特点：水力采煤使一般机械化采煤的多工序、多环节的生产过程得到了简化。它具有流程单一，设备简单，劳动强度低，效率高，安全性好等显著优点，还有煤损大，电耗高等缺点。[2]
