什么是煤炭开采

煤的开采

采煤向来是一项最艰苦的工作，当前正在花较大的力量来改善工作条件。由于煤炭资源的埋藏深度不同，一般相应的采用矿井开采（埋藏较深）和露天开采（埋藏较浅）两种方式。可露天开采的资源量在总资源量中的比重大小，是衡量开采条件优劣的重要指标，我国可露天开采的储量仅占7.5%，美国为32%，澳大利亚为35%；矿井开采条件的好坏与煤矿中含瓦斯的多少成反比，我国煤矿中含瓦斯比例高，高瓦斯和有瓦斯突出的矿井占40%以上。我国采煤以矿井开采为主，如山西、山东、徐州及东北地区大多数采用这一开采方式，也有露天开采，如内蒙古霍林河煤矿就是我国最大的露天矿区。

露天开采

移去煤层上面的表土和岩石（覆盖层），开采显露的煤层。这种采煤方法，习惯上叫剥离法开采，这是因为露出地面的煤已开采殆尽，有必要剥离表土，使煤层显露出来。此法在煤层埋藏不深的地方应用最为合适，许多现代化露天矿使用设备足以剥除厚达60余米的覆盖层。在欧洲，

褐煤矿广泛用露天开采，在美国，大部分无烟煤和褐煤亦用此法。露天开采用于地形平坦，矿层作水平延展，能进行大范围剥离的矿区最为经济。当矿床地形起伏或多山时，采用沿等高线剥离法建立台阶，其一侧是山坡，另一侧几乎是垂直的峭壁。露天开采使地面受到损害或彻底的破坏，应采取措施，重新恢复地面。美国有几个州和联邦政府的法律规定了恢复土地的措施，现在许多采掘企业已自愿执行这些规定。

矿井开采

对埋藏过深不适于用露天开采的煤层，可用3种方法取得通向煤层的通道，即竖井、斜井、平硐。

竖井是一种从地面开掘以提供到达某一煤层或某几个煤层通道的垂直井。从一个煤层下掘到另一个煤层的竖井称盲井。在井下，开采出的煤倒入竖井旁侧位于煤层水平以下的煤仓中，再装入竖井箕斗从井下提升上来。

斜井是用来开采非水平煤层或是从地面到达某一煤层或多煤层之间的一种倾斜巷道。斜井中装有用来运煤的带式输送机，人员和材料用轨道车辆运输。

平硐是一种水平或接近水平的隧道，开掘于水平或倾斜煤层在地表露出处，常随着煤层开掘，它允许采用任何常规方法将煤从工作面连续运输到地面。

1.2.2.1 井工开采主要特点分析

我国近90%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)，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。

在地表常温、常压下，由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用，转变成泥炭或腐泥；泥炭或腐泥被埋藏后 ， 由于盆地基底下降而沉至地下深部，经成岩作用而转变成褐煤；当温度和压力逐渐增高，再经变质作用转变成烟煤至无烟煤。泥炭化作用是指高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。腐泥化作用是指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程。腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。冰川过程可能有助于成煤植物遗体汇集和保存。

煤的开采是一项最艰苦的工作,当前正在花较大的力量来改善工作条件.由于煤炭资源的埋藏深度不同,开采方式一般相应地也有矿井开采(埋藏较深)和露天开采(埋藏较浅)之分.其中,可露天开采的资源量在总资源中的比重大小,是衡量开采条件优劣的重要指标,中国可露天开采的储量仅占7.5%,美国为32%,澳大利亚为35%矿井开采条件的好坏与煤矿中含瓦斯的多少成反比,中国煤矿中含瓦斯比例高,高瓦斯和有瓦斯突出的矿井占40%以上.中国采煤以矿井开采为主,如山西\山东\徐州及东北地区大数采用这一开采方式,也有露天开采,如朔州平朔煤矿——全国最大的露天煤矿.

三分之二以上的地下煤炭生产由使用连续采矿机械的房柱法开采。有钨合金钻头的连续开采机一面前一面从表面上破煤，然后再运输到等候接送的汽车上运送到输送带被转移到地面。采煤机前进一段距离，停止移动而后支撑被放入。这个过程反复，直到煤层开采完。不使用爆破手段。

另一种地下采煤方法，是长壁开采法，占了百分之二十左右的生产。这种方法使用横跨400至600英尺的煤层（长壁）的切割机。这台机器上有一个旋转缸钨钻头切下煤，而后煤炭送入输送系统，再由其带出来的矿井。屋顶由大型钢铁支持，附于机器。由于机器向前推动，屋顶支撑也前进。近80 ％的煤炭开采可使用这种方法。

　

煤的开采是一项最艰苦的工作,当前正在花较大的力量来改善工作条件.由于煤炭资源的埋藏深度不同,开采方式一般相应地也有矿井开采(埋藏较深)和露天开采(埋藏较浅)之分.三分之二以上的地下煤炭生产由使用连续采矿机械的房柱法开采。有钨合金钻头的连续开采机一面前一面从表面上破煤，然后再运输到等候接送的汽车上运送到输送带被转移到地面。采煤机前进一段距离，停止移动而后支撑被放入。这个过程反复，直到煤层开采完。不使用爆破手段。 另一种地下采煤方法，是长壁开采法，占了百分之二十左右的生产。这种方法使用横跨400至600英尺的煤层（长壁）的切割机。这台机器上有一个旋转缸钨钻头切下煤，而后煤炭送入输送系统，再由其带出来的矿井。屋顶由大型钢铁支持，附于机器。由于机器向前推动，屋顶支撑也前进。近80 ％的煤炭开采可使用这种方法。 其余百分之十一的地下生产，是由传统的采矿用的炸药法，爆 破后煤炭被移除。煤是重要能源，也是冶金、化学工业的重要原料。主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。①燃烧。煤炭是人类的重要能源资源，任何煤都可作为工业和民用燃料。②炼焦。把煤置于干馏炉中，隔绝空气加热，煤中有机质随温度升高逐渐被分解，其中挥发性物质以气态或蒸气状态逸出，成为焦炉煤气和煤焦油，而非挥发性固体剩留物即为焦炭。焦炉煤气是一种燃料，也是重要的化工原料。煤焦油可用于生产化肥、农药、合成纤维、合成橡胶、油漆、染料、医药、炸 药等。焦炭主要用于高炉炼铁和铸造，也可用来制造氮肥、电石。电石是塑料、合成纤维、合成橡胶等合成化工产品。③气化。气化是指转变为可作为工业或民用燃料以及化工合成原料的煤气。④低温干馏。把煤或油页岩置于 550℃左右的温度下低温干馏可制取低温焦油和低温焦炉煤气，低温焦油可用于制取高级液体燃料和作为化工原料。⑤加氢液化。将煤、催化剂和重油混合在一起，在高温高压下使煤中有机质破坏，与氢作用转化为低分子液态和气态产物，进一步加工可得汽油、柴油等液体燃料。加氢液化的原料煤以褐煤、长焰煤、气煤为主。

煤炭从地下挖出来，一个方法是煤炭是从地面向下挖竖井，把煤炭开采出来，然后再运到井上；另一个方法是从地面比较大面积的挖开，成为露天煤矿，然后把煤挖出来，这是浅层的煤矿挖煤的方法。