煤炭科學(xué)技術(shù)論文發(fā)表(2)
煤炭科學(xué)技術(shù)論文發(fā)表
煤炭科學(xué)技術(shù)論文篇二
我國(guó)煤炭開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀與實(shí)例分析
摘要：煤炭是我國(guó)最主要的能源結(jié)構(gòu)成分，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。文章介紹了煤炭開(kāi)采過(guò)程中的兩個(gè)重要理論：圍巖破裂的松動(dòng)圈理論和頂板控制的關(guān)鍵層理論;其次，從巷道支護(hù)和煤層開(kāi)采兩方面講述了我國(guó)煤炭開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀和取得的成就;最后，對(duì)司馬煤礦1210工作面進(jìn)行實(shí)例分析，介紹了該工作面的煤層地質(zhì)情況、采掘方式、技術(shù)改進(jìn)和防水工藝等。
關(guān)鍵詞：煤炭開(kāi)采技術(shù);巷道支護(hù);松動(dòng)圈;關(guān)鍵層
中圖分類號(hào)：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374(2012)03-0155-02
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2010年一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭的比重分別為77.4%和68.6%，煤炭在當(dāng)前甚至是將來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)仍將是我國(guó)的主體能源。隨著煤炭科技的發(fā)展，我國(guó)的煤炭開(kāi)采也將不斷地向著安全、高效、高利用和綠色開(kāi)采發(fā)展。
一、理論研究
(一)松動(dòng)圈理論
天然巖體是一種特殊的非均質(zhì)非線性材料，在各向應(yīng)力作用下，巖體處于長(zhǎng)期的平衡狀態(tài)。在地質(zhì)巖體內(nèi)開(kāi)挖巷道，圍巖處于近似的二向應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力出現(xiàn)重分布，直至達(dá)到另一個(gè)平衡狀態(tài)為止。在此期間巷道圍巖內(nèi)部出現(xiàn)一個(gè)破裂區(qū)，通常稱為松動(dòng)圈。董方庭教授提出的松動(dòng)圈理論，為我國(guó)煤礦巷道的開(kāi)挖和支護(hù)設(shè)計(jì)提供了很好的依據(jù)。
(二)關(guān)鍵層理論
通常采煤工作面頂板分三個(gè)巖層：垮落帶、裂隙帶和緩沉帶。錢鳴高院士基于理論分析和眾多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了巖層控制的關(guān)鍵層理論，認(rèn)為：在采場(chǎng)覆巖層中存在著多層巖層時(shí)，對(duì)巖體活動(dòng)全部或局部起控制作用的巖層稱為關(guān)鍵層，關(guān)鍵層的斷裂將導(dǎo)致全部或相當(dāng)部分的上覆巖層產(chǎn)生整體運(yùn)動(dòng)。繆協(xié)興又對(duì)采動(dòng)覆巖中關(guān)鍵層的復(fù)合效應(yīng)作了深入的分析，認(rèn)為當(dāng)覆巖中存在兩層以上堅(jiān)硬巖層時(shí)，無(wú)論上部或是下部堅(jiān)硬巖層都將對(duì)下部或上部堅(jiān)硬巖層的采動(dòng)變形和破斷產(chǎn)生影響，也即對(duì)采動(dòng)覆巖變形、破斷和移動(dòng)全過(guò)程產(chǎn)生影響。兩個(gè)硬巖層之間的復(fù)合效應(yīng)主要與其間距有關(guān)，當(dāng)間距與堅(jiān)硬巖層厚度沒(méi)有量級(jí)差別時(shí)，復(fù)合效應(yīng)最明顯。
二、技術(shù)發(fā)展
(一)支護(hù)技術(shù)
碹體支護(hù)是我國(guó)最早的支護(hù)方式之一，在早期地質(zhì)條件較好的巖體中廣泛應(yīng)用。隨著煤炭開(kāi)采的增加和地質(zhì)條件的復(fù)雜性與差異性，簡(jiǎn)單的碹體支護(hù)漸漸不能支撐巖體的高應(yīng)力。錨桿支護(hù)，利用圍巖自身來(lái)承載壓力，彌補(bǔ)了被動(dòng)支護(hù)的諸多不足，開(kāi)創(chuàng)了圍巖主動(dòng)支護(hù)的先河。然而在我國(guó)山東和安徽等地區(qū)部分巖層，高應(yīng)力、高地溫、巖體破碎較為普遍，地質(zhì)條件更為復(fù)雜，單一的支護(hù)方式無(wú)法滿足支護(hù)條件。耦合支護(hù)理論的提出，根據(jù)實(shí)際情況，同時(shí)采用兩種或多種不同的支護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)了完美的互補(bǔ)，更好的支護(hù)圍巖。比如李沖等針對(duì)深井軟巖巷道地壓大、變形大、難支護(hù)的特點(diǎn)，提出了各種支護(hù)之間以及支護(hù)體與圍巖之間耦合的錨索-網(wǎng)殼襯砌耦合支護(hù)技術(shù)，并在曲江礦運(yùn)輸大巷進(jìn)行運(yùn)用，得到了很好的支護(hù)效果。
(二)開(kāi)采技術(shù)
炮采技術(shù)在我國(guó)煤炭開(kāi)采中最早得到應(yīng)用和普及，其施工方便、成本低，但是開(kāi)采效率低下、安全系數(shù)差。隨著我國(guó)科技實(shí)力的漸漸提升，綜合機(jī)械化采煤得到了很好的發(fā)展，在大大提高采煤效率的同時(shí)，更加保證了工人的人身安全。所謂綜合機(jī)械化采煤技術(shù)，即在整個(gè)采煤過(guò)程中機(jī)械化率達(dá)到95%或以上。綜合機(jī)械化采煤過(guò)程中的機(jī)械通常包括液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和膠帶輸送機(jī)等，其中采煤機(jī)和液壓支架起著極其重要的作用。
針對(duì)許多特殊的煤層地質(zhì)情況，我國(guó)的煤炭科研工作者通過(guò)不斷的研究和實(shí)踐，攻破了一個(gè)又一個(gè)難題。如孫春東等，針對(duì)陽(yáng)邑煤礦8號(hào)煤層(大青煤)和9號(hào)煤層(下架煤)層間約1.02m極近距離的特點(diǎn)，采用常規(guī)錯(cuò)距理論和巖層移動(dòng)理論進(jìn)行分析，研究了上部工作面采空區(qū)走向形成的穩(wěn)壓區(qū)和減壓區(qū)范圍，并計(jì)算得出了上、下煤層工作面聯(lián)合開(kāi)采最佳走向錯(cuò)距范圍，使極近距離聯(lián)合開(kāi)采得以順利實(shí)施。任艷芳等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和數(shù)值模擬的方法，對(duì)神東煤田某煤礦綜采工作面淺埋煤層(平均埋藏深度約80m)進(jìn)行分析，得到了長(zhǎng)壁工作面圍巖應(yīng)力場(chǎng)特征驗(yàn)證了上覆巖層中可形成承壓拱結(jié)構(gòu)，為煤層的順利開(kāi)采提供了保障。專家和技術(shù)人員的科學(xué)研究和不斷努力，使我國(guó)的煤炭開(kāi)采技術(shù)站在了世界的前列。
三、工程實(shí)例分析
潞安集團(tuán)司馬煤礦位于我國(guó)山西省長(zhǎng)治市境內(nèi)，井田面積約29.49平方公里，可采儲(chǔ)量近1億噸。其1210工作面，開(kāi)采煤層屬下二疊統(tǒng)山西組下部的三號(hào)煤層。該煤層賦存穩(wěn)定，煤層較厚且賦存結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。煤體以黑色、塊狀為主，粒狀次之，亮煤為主，夾鏡煤條帶，煤質(zhì)為貧瘦煤。煤層厚度為7m，傾角約平均7°。工作面直接頂為粉砂巖，深灰色，中厚層狀，含大量煤屑，產(chǎn)較多植物化石，局部地段為沙質(zhì)泥巖。直接底為砂質(zhì)泥巖，灰黑色，致密，局部具滑感，斷口參差狀，含大量植物化石。老底為細(xì)砂巖，白灰色，中厚層狀，礦物成分以石英為主，含白云母碎片、巖屑及鐵錳質(zhì)，分選較好。
1210工作面地質(zhì)情況較好，采用綜合機(jī)械化采煤技術(shù)，更加提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。開(kāi)采過(guò)程中根據(jù)實(shí)際地質(zhì)傾斜情況，采用仰采的方式，由下往上開(kāi)采。放頂煤開(kāi)采技術(shù)，采3m，放頂煤4m。綜采過(guò)程中引進(jìn)MXG-300/700A電牽引采煤機(jī)，性能優(yōu)越，系統(tǒng)采用PLC控制，更加自動(dòng)化，易操作，更加適合傾斜煤層開(kāi)采。針對(duì)采煤過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)組滾筒離合器雖然掛上但是無(wú)法鎖定的情況，該礦技術(shù)人員通過(guò)分析原因并進(jìn)行大量觀測(cè)，對(duì)采煤機(jī)離合器進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)之后使用更加方便、安全，同樣也增加了采煤效率。
1210工作面煤層直接充水含水層為山西組砂巖裂隙含水層，該含水層賦水性一般較弱。1210工作面回采范圍內(nèi)地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，在向斜及背斜轉(zhuǎn)折端會(huì)造成煤層及頂板列隙發(fā)育，回采至該處時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)涌水增大現(xiàn)象。針對(duì)這種情況，該礦采用注漿防水和主動(dòng)加固圍巖的方法，工作面內(nèi)加強(qiáng)排水設(shè)施管理及工作面排水能力，預(yù)防因頂板突然垮落造成工作面涌水量增大的情況，保證工作面正?；夭伞?/p>
四、結(jié)論與展望
科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，近年來(lái)我國(guó)的煤炭開(kāi)采技術(shù)穩(wěn)步提升，本文從理論與技術(shù)發(fā)展兩個(gè)角度分別講述了我國(guó)當(dāng)前的煤炭技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，又通過(guò)以潞安集團(tuán)司馬煤礦為例進(jìn)行分析，說(shuō)明了技術(shù)進(jìn)步和科技能力在煤炭開(kāi)采中的重要性。但是，隨著我國(guó)煤炭淺部資源的漸漸枯竭，很快將進(jìn)入一個(gè)深部開(kāi)采時(shí)期，深部開(kāi)采將面臨更多的問(wèn)題，如高應(yīng)力、高地溫、巖石流變和圍巖大變形等，加大科技投入，提高技術(shù)能力是永恒不變的準(zhǔn)則。同時(shí)，近年來(lái)地球溫室效應(yīng)日益顯著，地下水資源幾近枯竭，綠色開(kāi)采、保水開(kāi)采、提高煤炭使用效率將成為我國(guó)煤炭開(kāi)采和利用的重要方向。
參考文獻(xiàn)
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基金項(xiàng)目：中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(項(xiàng)目編號(hào)：JX111744)。
作者簡(jiǎn)介：王文龍(1986-)，男，山東濟(jì)寧人，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院碩士研究生，研究方向：煤炭開(kāi)采和巷道支護(hù)。
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