1、专题部分提高煤炭资源采出率的技术与实践1.煤炭资源开发的重要性我国煤炭资源储量丰富，煤炭资源总量约为5570Gt，居世界第3位，但人均占有量仅为世界人均占有量的1/2。煤炭在我国能源消费结构中占主体地位，据专家预测，未来20a，煤炭在我国一次性能源消费中占50%以上，随着国民经济的持续快速发展，能源需求持续增长。我国资源人均占有量少，同时，我国资源利用呈现产出率低、利用效率低、综合利用水平低、再生资源回收率低的现象。煤炭资源是国家的宝贵则富，是不可再生资源，要合理开采利用煤炭资源，提高资源利用效率。因此，合理开采、综合利用煤炭资源，提高煤炭资源的采出率，意义十分重大。在我国煤炭供应中，采出率较
2、低的中小煤矿的煤炭供应仍然占据着很大的比重。在目前我国煤炭回采率现状的基础上，根据近年来各煤矿提高煤炭资源采出率的技术与实践，并对存在问题的解决方法研究。现分析提高煤炭资源采出率的的方法。2.提高煤炭采出率的基本技术途径2.1加强矿井地质工作矿井在生产过程中，往往由于采区或工作面的断层、陷落柱等地质构造不清，造成大量的煤炭损失。只有对开采矿区的地质构造、水文地质条件、煤层赋存状况充分了解，才能科学合理地设计和选择采煤方法，因此要求矿井不仅在矿井建设前期要做好地质勘探工作，而且在矿井生产过程中，也要随时做好地质补充勘探工作，采用先进的物探技术，才有可能减少损失，提高煤炭资源采出率。1.深入研究煤
3、层赋存规律，加强地质预测预报，加强地质找煤煤层赋存情况是确定开拓方式、采煤方法的重要依据。地质勘探阶段难以用有限的网距准确控制煤层形态和煤层厚度变化情况。生产中应在勘探阶段提供的地质成果基础上，不断收集新的第一手资料，及时综合分析对比和判断，查明开采区域构造形态特征、煤层在构造中的展布特征和煤层变化规律，具体找出煤层增厚、压薄、倒转规律，测定煤层分叉、尖灭、增厚，变薄，开采技术界线，总结给生产部门，从而指导巷道设计，防止可采块段丢失，可减少损失，提高煤炭资源采出率。加强地质找煤可有效地提高资源采出率。开采初期受到构造认识上的限制，采煤方法又比较落后，部分块段资源采出率较低，有的甚至丢失可采块段
4、，随着开采活动的深入，原始资料收集得多，对原构造复杂的老采区的零星可采边角块段应重新评价和认识，指导老采区复采，可提高矿井资源采出率。2.大力推广高分辨率采区地震勘探技术该勘探技术基本上能控制和搞清钻探手段不能控制的落差小于30m以下的中小断层、小型褶皱、隐伏的火成岩墙、陷落柱以及煤层露头风化带深度，采空区和火烧区范围及其积水等情况，可为高产高效机械化采煤设计、生产提供较为完整、可靠的地质资料。目前高分辨率采区地震勘探技术是一种先进、可靠的勘探技术，确实是一条多快好省的办法。因此，建议煤炭企业应进一步推广应用高分辨率采区地震勘探技术。2.2改近采煤方法在世界采煤技术突飞猛进发展的今天，很多煤矿
5、仍采用落后的采煤方法。一些难采煤层因为没有合适的采煤方法而放弃开采。采煤方法不正规必然带来煤炭资源的大量丢失。为提高煤炭资源采出率，需改近采煤方法。1.合理选择采煤方法各矿区应根据地质条件、煤层赋存情况的不同，选用合适的采煤工艺，努力推广机械化采煤。对中厚（1.3-3.5m）煤层提倡综合机械化开采。煤厚大于3.5m而小于4.5m时，优先采用大采高一次采全高综采技术；对于5.0m左右煤层，随支架设计和制造水平提高及现场对大采高管理技术的掌握，不应一味考虑综放，而应推广一次采全高；煤厚大于5.0m时，宜在综合考虑生产效率和煤炭资源采出率基础上择优采用分层综采技术，采用综放开采技术；对于10m以上的
6、厚煤层，应先沿顶板采一层并铺设底网，再沿底板进行综放开采，铺网能起到隔矸的作用。2.积极推广长壁大采高和综放开采技术长壁大采高（5m以下厚煤层）综采和长壁综放开采（5m以上厚及特厚煤层）技术是近20年来迅速发展起来的两种长壁综采技术，该技术解决了厚及特厚煤层开采在技术和管理上存在的问题，使采准巷道工程大大减少，运输系统简化，管理集中，工作面单产高、效率高，生产成本下降（较分层开采成本一般降低10%，有的降低达18%），经济效果好。凡有条件的矿井应积极推进壁式采煤方法。对于薄及中厚煤层，一般按煤层全厚一次采出，即整层开采。对于厚煤层，可把它分成若干个中等厚度(23m)的分层进行开采，即分层开采，
7、也可采用放顶煤整层开采。无论是整层开采还是分层开采，依据不同的倾角，按采煤工作面的推进方向进行长壁式采面布置，而壁式中，每一类采煤方法用于不同的地质条件及技术条件时，又有很多变化。3.重视薄煤层综采技术装备的发展煤矿生产中出现因所谓薄煤层工作面单产低、效益差而弃薄采厚浪费资源的问题，现对薄煤层采用综合支架，机械化采煤已有成熟技术。我国在迅速发展中厚、厚及特厚煤层各类大功率、大运量、强力型、高可靠性的高效新型综采装备的同时，应重视并加快薄煤层综采装备的研制。这也是高产高效矿井（特别是多薄煤层地区）建设所必须解决的具有普遍性的问题。2.3煤柱留设合理由于各矿井的地质条件、地压、开拓方式、采煤方法、
8、采掘速度不同，同一个井田内，各采区的自然情况也不一样，所以，煤柱应根据围岩条件、巷道使用寿命、用途具体分析。应加强开拓方式和采煤方法的研究，依靠科技进步，努力改进采煤方法，提倡倾斜长壁开采，适当加大工作面的长度和宽度，加大采高，努力推广机械化采煤、无煤柱和小煤柱对拉工作面开采，同时辅之以小采队采出边角余煤。1.采区煤柱回收一般煤层回采都会留设不小于30m的采区轨道、胶带大巷护巷煤柱，当采区结束时，好多矿井都采取了煤柱摊销的办法将此部分储量报销。实际上此部分煤柱是可以回收的，通过回收采区煤柱，既实现了资源最大限度地利用，也可延长矿井服务年限。一些衰老矿井在几十年的回采过程中，由于采煤方法的变革、
9、地质条件的变化，必然遗留大量的永久性煤柱和边角煤，造成井田在厚度和面积上的损失。对于这些丢失的煤炭资源，在矿井关闭以前应尽可能地回收。按照一些老矿区的经验，充分利用现代科学技术对地质复杂地区进行认真研究，挖掘矿井资源潜力，加大边角煤的开采，利用矿井永久煤柱和呆滞煤量，增加实际可采储量，延长矿井寿命，实现矿井资源采出率的提高。实践证明，对于资源已近枯竭的衰老矿井，应以科技为先导，加强技术管理，深挖资源潜力，优化开采设计，加大资源回收，积极推广新的采煤工艺，这是提高矿井寿命、延长服务年限的有效途径。2.推广无煤柱开采，提高资源出率我国生产矿井每年的掘进总进尺中，采区巷道进尺约占70%以上，而绝大部
10、分采区巷道长期以来一直沿用保留煤柱的方法维护，如果推广沿空留巷或沿空掘巷无煤柱开采技术，就可以减少大量的煤炭损失，可有效地延长采区、水平和矿井的寿命。据资料介绍，一个年产0.6Mt的矿井，如采区巷道实现无煤柱护巷后，矿井采出率可提高10%以上，巷道的掘进率和维修费用约降低30%左右。2.4充分解放“三下”压煤井田范围内常常有水体下、建筑物下、铁路下压煤，充分解放“三下”压煤是减少储量积压浪费、延长矿井服务年限的一项重要技术措施。一般矿井都采取了比较保守的留设保护煤柱的方法而将此部分储量长期呆滞。对于水体下、铁路下压煤可根据矿区煤层赋存条件、岩层移动规律，以及相关矿井三下开采经验，根据评估结果考
11、虑进行开采。对于建筑物下，如果是村庄可考虑村庄搬迁解放压煤，如果是废弃的工业园地，则可通过买断解放压煤。1.采用宽条带技术高效开采建筑物下压煤开采村庄下压煤是全国普遍存在的难题。我国还有2000个左右压煤村庄。由于村庄的压煤，造成开拓布置不合理、接替紧张和煤种搭配不理想。宽条带小变形与大采高中小采出率。在传统条带开采方法的采出条带宽度设计中，对采出宽度限制较严。采出宽度一般不大于开采深度的七分之一。它要求条带开采后的地表下沉盆地内不出现波浪形起伏，即静态“零”变形，使井下生产效率得不到提高。采动过程中，“零”变形并不存在。即使不出现静态变形，动态变形仍然存在；因此，引入“小变形”概念。该技术提
12、出了在保证地面构筑物安全前提下，允许出现小于构筑物抵抗能力的小变形。这样，就放宽了采出条带宽度的限制，既能保证构筑物的安全，又能充分发挥生产效率。该法基于减少村庄采动损害前提下，克服了传统条采对采宽的过分限制，能实现村庄群下压煤的高效开采。2.深化近水体煤层开采技术研究近水体采煤分为河流下、水库和湖下、含水层下、岩溶体下、海下和承压水体下采煤。只要按照因地制宜、综合治理的防治水方针，通过对水文地质条件及防治方法研究，近水体压煤还可能得到进一步的解放。扩大铁路下压煤试采范围对于矿区铁路专用线，由于线路的运输量小，行车速度慢，技术标准较低，压煤开采比较容易。至今，开滦、阜新、北票和平顶山等矿区已在
13、矿区铁路专用线下安全采出了大量煤炭，并在兖州、鸡西、鹤岗等矿区成功进行了铁路下放顶煤综采试验。在一般采矿地质条件下，我国铁路支线下的采煤问题，技术上也已基本解决。对铁路干线，由于过往车辆多、维护间隔短、要求高，在鸡西矿区林密铁路干线下已进行了采煤试验；在本溪彩屯煤矿进行了沈丹铁路干线下采煤试验。应总结和推广开采经验，扩大铁路下压煤试采范围。2.5优化开拓巷道布置构造复杂矿井因受千姿百态的构造形态限制，开拓系统巷道布置应因地制宜合理设计，首先应深入研究掌握设计范围内地质构造特征和煤层赋存特点，然后经过各有关专业人员分析对比，选择最佳方案进行设计。煤巷布置取代岩巷布置、矸石井下处理，都可减少煤炭资
14、源的损失。2.6研究断层、边角煤回收与残采技术对于复杂地质条件下的断层、边角残余块段煤柱应探索断层等地质构造与水灾害、煤与瓦斯突出间的关系，减少断层煤柱留设，同时，可能采用联合开采方法，采用灵活性大、适应性强的高效开采技术，合理配采，减少永久煤柱。3.煤矿典型新安煤矿提高煤炭采出率的方法与实践3.1提高开采上限解放呆滞煤量新安煤矿主采煤层3煤位于第四系厚松散含水地层下，浅部工作面开采受第四系含水、沙层威胁。根据矿井设计，需要留设50m防沙安全煤柱，造成大量的煤炭呆滞。与天地科技公司合作，通过科学研究、论证并获得上级批准，提高开采上限，仅留20m防沙安全煤柱，解放呆滞煤量26Mt以上。自投产以来
15、，开采了3103(1)，3101(1)，3105(1)，3107，3103(2)等5个工作面(见图1)，多采煤炭0.65Mt。通过提高开采上限，增加了采区采出率，获得了巨大的经济效益和社会效益。图1采区工程平面3.2利用巷探、钻探探明地质构造矿井地质构造较复杂，尤其是走向北北东和北西西的两组断层落差大部分1030m，且相互切割，严重影响工作面的合理布置。然而井田大部分位于微山湖区，地面钻探难度大。为此，在不影响采掘接续的情况下，在掘进工作面的同时利用巷探、钻探等手段，探测下区段工作面的地质构造。近两年通过该方法，探明和基本探明了F1(H=035m)，F2(H=030m)，F3(H=030m)，
16、F6(H=020m)，F31031(H=56m)，F31032(H=58m)，F31021(H=720m)，F30123(H=38m)，F31092(H=47m)等10余条严重制约和影响工作面划分和布置的断层，为优化设计提高煤炭采出率提供了可靠的地质资料。3.3提高设计与开采技术水平提高采出率1.留设小阶段煤柱设计留设小阶段煤柱，一般35m。可减少区段之间的煤柱损失。如310(1)，3101(1)，3105(1)等3个工作面间煤柱皆为4m。2.增加工作面倾斜长降低煤炭损失工作面斜长一般按150m设计，随着综采设备生产能力及综采管理水平的提高，将工作面增加到160180m，减少了区段煤柱，降低了端头顶煤损失率。例如:3103(2)，3上106和3109工作面端头顶煤损失率分别降低了0.44%，0.27%，0.17%。3103(2)
