王家臣中國礦業(yè)大學(xué)(北京)2013-03煤炭科學(xué)開采內(nèi)涵及思考1我國煤炭資源開采特點(diǎn)我國煤炭開采的主要問題科學(xué)采礦的內(nèi)涵科學(xué)采礦技術(shù)進(jìn)展急需解決的問題提綱21.我國煤炭開采特點(diǎn)ThedistributionofcoalresourceinChina3.8%40.1%40.6%4.5%5.8%2.6%2.6%3與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度、水資源豐度呈逆向分布高瓦斯、突出礦井多，50%多煤層開采，反復(fù)擾動地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，機(jī)械化困難、安全難度大水患威脅嚴(yán)重煤炭資源賦存特點(diǎn)4煤炭生產(chǎn)特點(diǎn)產(chǎn)量大,12年達(dá)37.4億t,占世界煤炭產(chǎn)量51%開采強(qiáng)度大(2500萬t/a)地下開采比例大,達(dá)90%，礦井?dāng)?shù)量多:1.5萬處多種所有制并存不同所有制、不同地區(qū)技術(shù)差別大煤炭產(chǎn)量持續(xù)大幅度增加(近2億t/a)5U.S.A60%India62%Australia70%Canada91%Russia62%SouthAfrica50%Thecoalproductionratioofthesurfacetotheundergroundminingintheworld6

大型基地建設(shè)取得成效。2010年14個大基地產(chǎn)量達(dá)28億噸，占全國煤炭產(chǎn)量的87.5%內(nèi)蒙古、山西、河南、貴州、山東、安徽、河北、新疆等八省區(qū)的年煤炭產(chǎn)量超過億噸，總產(chǎn)量23.5億噸，占全國的72.53%TheCoalProductionduring“EleventhFivePlan”Coaloutput(0.1billion)Increaseratio7國有重點(diǎn)煤礦68.75億噸State-operatedcoalenterprise鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦52.36億噸Smallcoalenterprise國有地方煤礦17.93億噸Localstate-operatedcoalenterprise“十一五”期間各所有制煤炭產(chǎn)量累計(jì)82、我國煤炭開采的主要問題傷亡事故多,安全形勢嚴(yán)峻資源回收率低機(jī)械化程度不均衡環(huán)境修復(fù)與再造需要加強(qiáng)行業(yè)總體收入不高9我國煤礦事故起數(shù)由2005年的3306起下降到2010年的1403起，下降了57.6%；死亡人數(shù)由2005年的5983人下降到2010年的2433人，下降了59%；煤炭百萬噸死亡率由2.811下降到0.749，下降了73%。Thesafetysituationperyearduring“EleventhFivePlan”AccidentEventsFatalitiesFatalitiesper1000thousandtonsofcoal2011年百萬噸死亡率0.56410十一五期間不同所有制的煤炭產(chǎn)量、死亡人數(shù)和百萬噸死亡率11“十一五”期間全國各省市煤礦死亡人數(shù)12MostDangerousProfessionsintheU.S.

(fatalitiesper100,000workers)- Fishermen&Crabbers(111.8)- Loggers(86.4)- Pilots&FlightEngineers(66.7)- Iron&SteelWorkers(45.5)- Oil&GasProduction(43.9)- Farmers&Ranchers(38.4)- CoalMiners(29.9)-Roofers(29.4)-ElectricalPowerLineInstallers/Repairers(29.1)- TruckDrivers(26.2)- Refuse&RecyclableMaterialCollectors(22.8)- Police&PatrolOfficers(21.4)

Source:USLaborStatistics13143.科學(xué)采礦的內(nèi)涵科學(xué)采礦:是一個抽象概念，但有其具體內(nèi)涵：（1）安全生產(chǎn)，主要安全指標(biāo)達(dá)到或接近先進(jìn)采煤國家水平，或者好于全國其它基礎(chǔ)行業(yè)；（2）機(jī)械化或自動化開采以提高生產(chǎn)效率和改善作業(yè)條件，工人作業(yè)不但安全，還應(yīng)舒適；（3）提高煤炭及伴生資源采出率，最大限度地節(jié)約或采出地下資源及伴生資源，滿足或高于國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；（4）煤礦開采必須在全國或地區(qū)環(huán)境容許的承載能力之內(nèi)，且對開采擾動造成的環(huán)境損害進(jìn)行修復(fù)；（5）清潔、節(jié)約、可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)零排放。15科學(xué)采礦的實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)有序開采、科學(xué)開采煤礦企業(yè)內(nèi)有序開采、科學(xué)開采由國家有關(guān)部門負(fù)責(zé)由企業(yè)內(nèi)部負(fù)責(zé)164.科學(xué)采礦技術(shù)進(jìn)展4.1特厚煤層開采（1）大采高開采(≥6m)工作面月產(chǎn)150萬噸、采高7米、支架阻力20000KN水平17ZF15000/28/52shieldsupportfortop-coalcaving（2）放頂煤開采(≥12m)特厚煤層軟煤層急傾斜特厚煤層近距離煤層合層綜放工作面月產(chǎn)150萬噸(≥6m)18美國支架工作阻力逐年增加最近的25年來,美國支架工作阻力平均每年增加20短噸（177.8KN），目前最大支架工作阻力達(dá)到1330短噸（11827KN）（3）支架工作阻力迅速增加大工作阻力支架有利于控制頂板下沉和提高支架可靠性，有利于防止煤壁片幫和端面漏冒；因此,在經(jīng)濟(jì)和礦井條件允許情況下，普遍趨向采用大阻力支架，在近10年來支架工作阻力增加了一倍，平均每年以1000KN的速度增加,目前達(dá)到20000KN的水平。194.2充填開采充填方式固體重量濃度工藝技術(shù)優(yōu)點(diǎn)工程應(yīng)用強(qiáng)度成本（1）矸石充填100%簡單、耐久﹤1MPa低（2）高水材料20%流動性好﹤1.5MPa高（3）膏體充填80%~84%強(qiáng)度大﹤4MPa較高（4）高濃度膠結(jié)75~80%流動性好、強(qiáng)度大﹤5MPa較高工作面最高月產(chǎn)煤炭8萬噸（1）地面塌陷（2）堅(jiān)硬頂板控制（3）底板破壞與突水20214.3自動化開采與遠(yuǎn)程控制224.4煤與瓦斯共采234.5大傾角綜采（1）工作面先移排頭架，自下而上移架（2）移排頭架，間隔交叉移架，互為依托12345123451234512345工作面綜采可以達(dá)到60°煤層24塌陷區(qū)治理難點(diǎn)土地貧瘠干旱缺水根系拉傷增加養(yǎng)分吸收節(jié)約水分利用修復(fù)根系功能菌根生態(tài)功能微生物復(fù)墾試驗(yàn)示范基地建設(shè)以簡單的微生物技術(shù)取代大規(guī)模整地工程技術(shù)，因地制宜布設(shè)示范區(qū)4.6微生物復(fù)墾25向日葵在生長3個月后，接種菌根效果顯著，開花期提前2周，花盤明顯增大（種植2年均有此規(guī)律）對照接菌265.急需解決的問題5.1提高特厚煤層開采回收率27（1）煤柱留設(shè)與無煤柱開采沿空掘巷引起的煤幫應(yīng)力重新分布掘巷后掘巷前窄煤柱護(hù)巷引起的煤幫應(yīng)力重新分布掘巷后掘巷前一般煤柱寬度20~30m，占煤損的10~15%。建議沿空留巷，充填材料護(hù)巷，無煤柱開采（2）盡可能加大工作面長度和可采長度800~1000ft/70%601~800ft/13%1001~1200ft/11%＜601ft/2%＞1200ft/4%2005年美國長壁工作面長度統(tǒng)計(jì)最大1450ft(442m)平均978ft(298m)2005年美國長壁工作面可采長度統(tǒng)計(jì)最大16000ft(4877m)平均8629ft(2629m)29（3）確定合理采高與工藝方法大采高放頂煤合理采高，以提高回收率為目標(biāo)頂煤回收率是關(guān)鍵大同朱羅系煤體三維網(wǎng)絡(luò)平朔煤體三維網(wǎng)絡(luò)Beacher’sModel工作面回收率30頂煤跟蹤儀31工作面鉆孔安裝頂煤跟蹤標(biāo)簽工作面埋深/m傾角/°f=割煤高度/m頂煤厚度/m放煤步距/m頂煤回收率/%1337~53023.53.59.70.853.22337~53124.04.09.30.858.33104~12222.52.53.50.683.34200~25023.03.04.20.869.65420~546452.52.58.51.268.56480~510122.52.58.81.068.532（4）放頂煤開采的采選綜合效益最大化采煤與選煤回收率與含矸率的關(guān)系放頂煤開采工作面回收率與含矸率的關(guān)系33放頂煤開采工作面采選綜合效益最大化數(shù)學(xué)模型煤層A煤層BR—工作面可采儲量;Rws—工作面含矸率。345.2提高充填開采效率和降低開采成本（1）充填開采的目的農(nóng)田下村莊下水體下鐵路與道路下堅(jiān)硬頂板沖擊底板破壞突水（2）建立不同充填開采目的的技術(shù)準(zhǔn)則（3）建立充填開采支架圍巖關(guān)系及控制目標(biāo)5.3礦區(qū)科學(xué)規(guī)劃和有序開采（1）考慮環(huán)境、水資源的承載能力（2）保證煤炭及伴生資源的回收率（3）先易后難，保障安全開采條件（4）改善作業(yè)條件5.4開采的安全保障（1）礦井條件（2）安全技術(shù)與裝備（3）安全管理（4）安全監(jiān)察與監(jiān)管（5）人員素質(zhì)避免3人以上事故減少死亡事故365.5提高工資成本（1