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煤矿新技术与环境保护,湖南理工职业技术学院 宁齐元,内容,一、煤矿开采发展趋势 二、适应湖南乡镇煤矿的新技术 三、环境保护,一、煤矿开采发展趋势,发展目标：安全、高效、环保 发展方向： 1、各生产环节全机械化自动控制，全生产过程视屏监控； 2、煤层的气化、液化。,1、各生产环节全机械化自动控制，全生产过程视屏监控,这在国早已实现，在我国神华、潞安等大公司也已实现。 （1）、综采面的采、装、运、支、控全机械自动控制，各提升运输环节全采用皮带自动控制连续运输；掘进面采用大断面联合掘进机，掘、装、运自动控制。 （2）、全生产过程（所有人员操作和设备运转）视屏监控，瓦斯、co、温度、风速、风门、水位等全自动安全监控。,2、煤层的气化、液化,全世界都在研究，国家安监总局“十一五”安全生产科技发展规划中作为重点攻关项目进行研究，国家和一些大的公司（神华集团）也都成立了项目研究团队，目前正在研究之中。 煤层的气化、液化在理论上应能实现，但如何实现低成本、高效率、高利用率是关键。,二、适应湖南乡镇煤矿的新技术,总体来说，应用到煤矿开采上的新技术、新方法还是比较多的，但在我们湖南这样条件复杂的情况下应用的新技术和新方法不多，具体反应在如下几个方面： （一）、采煤方法 （二）、采煤工艺 （三）、掘进及支护技术 （四）、矿用设备 （五）、瓦斯抽放 （六）、水体探测 （七）、安全管理 （八）、抢险救灾,（一）、采煤方法,目前还没有新的采煤方法，但国家现已强制推行壁式采煤法。 湖南乡镇小煤矿目前大多数矿井还没有采用壁式采煤，基本是用已禁止的巷道式采煤。 小煤矿必须采用壁式采煤方法，采煤工作面必须形成全负压通风系统，至少保持两个畅通的安全出口，一个通到进风巷道，另一个通到回风巷道。 目前仍未采用壁式采煤方法的生产矿井要制定切实可行的整改方案，抓紧进行技术改造，并且必须在2009年底以前实现壁式开采。 对非煤与瓦斯突出矿井，确因煤层赋存条件限制不能采用壁式采煤方法的，必须按照管理权限经煤炭管理部门组织专家论证，报市级以上煤炭管理部门批准。煤与瓦斯突出矿井严禁采用非壁式采煤方法。,开采急倾斜煤层的煤矿要本着安全、技术先进、淘汰落后的原则选择采煤方法，不断提高机械化水平，合理布置采掘工作面和选择开采顺序，严格安全生产管理，确保安全生产。 要积极采用长壁采煤法、柔性掩护支架采煤法、水平分层(段)采煤法等采煤法。 要坚决淘汰仓储式采煤方法。2008年1月1日起，严禁使用仓储式采煤方法。 开采急倾斜煤层的采煤工作面必须形成全风压通风系统，至少保持两个畅通的安全出口，一个通到进风巷道，一个通到回风巷道。,壁式采煤法主要分： 1、走向壁式采煤法； 2、倾向壁式采煤法； 3、走向伪斜壁式采煤法。,1、走向壁式采煤法,条件： 近水平、缓斜、倾斜薄、中厚及厚煤层（35m），地质构造简单。 单一走向长壁采煤法采区巷道布置及生产系统 ：,采煤工艺,采（破）采煤（分机械和爆破采煤） 装将采下的煤装入运输机（有机械和人工） 运将煤炭运出采场（用刮板运输机运煤） 支支护采出空间（采用单体液压支柱与金属铰接顶梁或工字钢顶梁进行支护） 控控制顶板，处理采空区（一般采用完全垮落法管理顶板）,爆破采煤工艺,一. 爆破落煤 炮眼布置三种形式： 1）单排眼： 用于薄煤层、软煤 2）双排眼： 用于采高小的中厚煤层 3）三排眼： 用于煤坚硬或采高大的中厚煤层 炮眼角度要求 二.装煤与运煤 三.炮采工作面支护和采空区处理 1.炮采工作面支护 单体支架 2.采空区处理 全部垮落法,采煤工作面支架,1.支柱类型、结构与性能 1）木支柱（现不推广使用） 2）刚性金属支柱（现不使用） 3）摩擦式金属支柱（现不使用） 4）液压支柱 2.顶梁的种类 1）钢轨顶梁 2）木顶梁（现不推广使用） 3）金属铰接顶梁 HDJA 3.单体支柱的选择,采煤工作面支架,4、支架布置形式 1）齐梁式（常用） 2）错梁式 5、排距、柱距 排距一般为0.8m左右 柱距一般为0.60.8m左右 6、回柱放顶顺序 由下往上，由里（采空区）向外（煤壁） 7、作业形式 1）“两采一准”，采用“三五”控顶 2）“边采边准”，采用“三四”控顶,1运输大巷； 2采区石门； 3运输上山； 4轨道上山； 5上层煤区段运输平巷； 6、6上层煤区段回风平巷 7下层煤区段运输平巷； 8、8 下层煤区段回风平巷 9、9区段石门； 10溜煤眼； 11采区下部车场； 12采区煤仓； 13绞车房； 14采区变电所； 15采区风井,2、倾向壁式采煤法,1、仰斜开采 采面沿倾斜从下向上推进采煤。 适用：顶板稳定，煤质较硬；顶板淋水大；煤易自燃需注浆；临界角一般为 2、俯斜开采 采面沿倾斜自上向下推进采煤。 适用：煤厚， 大，煤松软易片帮，CH4大。 当 5 仰斜与俯斜相结合的形式。 3、倾斜长壁巷道布置与采煤系统：,3、走向伪斜壁式采煤法,1、采面呈伪斜直线布置，沿走向推进；水平分段密集切顶、档矸、隔离采空区与采面工作空间；采面分段爆破采煤，煤自溜。 2、适用范围：急倾斜薄及中厚煤层。 3、走向伪斜长壁巷道布置与采煤系统：,1-密集，2-人字溜煤眼，3-单边钢板溜槽，4-点柱,伪倾斜柔性掩护支架采煤法,伪斜柔性掩护支架采煤法 采面呈直线伪斜布置，沿走向推进，并用柔性掩护支架隔离采空区，工人在掩护支架下采煤 。 适用条件：急倾斜且地质条件单间、煤层与顶底板稳定的薄及中厚煤层。 1、巷道布置 2、采面布置 3、采煤系统,11,将掩护支护调斜成伪斜工作面，斜角为25 ,正常回采,1）接长掩护支架 采煤 溜煤眼上留巷拆支架 在回风巷接长掩护支架，超过上出口8 10m 2）采煤 炮采 打眼- 装药- 联线- 放炮（全采面一次爆破或分段爆破） 出煤（铺溜槽）- 调支架等。 3）拆支架 在采面下端将支架放平，并留出空间1.2m高，拆除支架,收尾,1） 在停采线一侧掘两条收尾上山 走向间距8 10m，用联络眼贯通 2）支架安装到收尾上山处，不再接长 3）随采煤下放前端支架，伪斜角逐渐变小，并拆除上端多余的支架，放平支架。 4）全部拆除支架,急倾斜鸡窝状复杂薄煤层采煤方法,1、斜坡短壁式采煤法 巷道布置（见斜坡短壁式采煤法示意图） 进、回风石门（两石门垂高约4050m左右）见煤后沿煤层走向布置进、回风平巷，进（运输）、回风平巷到采区或矿井边界后，沿煤层走向布置两至三组垂高35m的天眼（两个相距35m的天眼为一组，其中一个为溜煤天眼，一个为行人天眼，然后两个天眼在上部联通），每组天眼相距3050m左右；再从每组天眼的溜煤眼上部沿煤层伪倾斜方向（倾角30度左右）分别布置一沿煤上山与回风平巷相通，靠最边界的一条为溜煤上山，靠井底车场的上山为行人上山；然后在两上山之间沿煤层伪倾斜方向（与上山相反的方向）布置多条联络斜巷，联络斜巷之间的间距约2040m左右；最后在两联络斜巷之间布置开切眼，以形成斜坡短壁工作面，开切眼与上山平行，布置在行人上山的下部3m左右处，长度为2040m左右，沿伪斜方向向下推进。,急倾斜鸡窝状复杂薄煤层采煤方法,2、大块段壁式采煤法 巷道布置（见大块段壁式采煤法示意图） 进、回风石门（两石门垂高约4050m左右）见煤后沿煤层走向布置进、回风平巷，进、回风平巷到采区或矿井边界后，沿煤层走向布置三至四个天眼（两个天眼之间相距10m左右），靠边界（里面）一个为溜煤天眼，其余为行人天眼，再沿煤层倾斜方向按垂高8m左右布置45条联络平巷；这样将区段内煤层沿倾向划分为56个小块段，先将最下面一个块段按30度左右的伪斜倾角由里向外采至距运输平巷垂高3m左右停采，再对上面所有块段按上下两个相反的伪斜方向由里向外作业，并将上面所有块段自上而下依次回采（可采的块段均全部采完），上面所有块段齐头并进，总体上形成大块段壁式工作面。,（二）、采煤工艺,目前还没有新的技术应用到采煤工艺上，但国家现已强制推行回采工作面采用单体液压支柱进行支护。 采煤工艺：主要指采、装、运、支、控五大工序。 1、采煤（落煤）：采煤机，爆破，人工； 2、装煤：采煤机，人工； 3、运煤：刮板运输机，溜槽，人工； 4、支护：液压支架，单体液压支柱加金属绞接顶梁，单体液压支柱加工字钢，木支柱； 5、顶板控制（顶板管理、采空区处理）：垮落法，充填法，弯曲下沉法。,（三）、掘进及支护技术,巷道掘进应用了联合掘进机一次成巷的新技术，不需要打眼放炮； 煤巷支护应用了网锚新技术，即采用金属网加锚杆进行支护； 目前回采工作面没有应用新的支护技术； 但国家现已强制推行回采工作面上、下平巷采用金属支护，井筒和大巷采用锚喷支护；,（四）、矿用设备,1、提升运输： 已成功研制了长距离、大倾角强力运输皮带，可用于大型矿井； 应用了电脑程序自动控制立井箕斗提升系统； 2、应用了联合掘进机一次成巷的新技术； 3、应用了电脑程序自动控制主抽风机的风量和风压；,（五）、瓦斯抽放,研制了可弯曲钻头，应用可弯曲钻孔技术，孔内钻孔，增加瓦斯涌出通道，提高抽放效果。,（六）、水体探测,1、应用电磁波探测； 可以探测不同深度和不同距离，最大可探300500m深， 200300m远。 2、应用声波和震动波探测； 需在井下放炮进行探测，最大可探直径50m左右； 3、应用地质雷达仪进行探测，最大可探直径60m左右。,（七）、安全管理,1、应用可视监控系统，全面监控各生产环节； 2、应用 信息监控系统，进行多层次安全监控； 3、应用井下人员定位系统，对井下各工作人员的位置进行监控；,（八）、抢险救灾,从山西王家岭煤矿水灾事故抢救过程中，应用了许多新的技术： 1、生命探测仪； 2、机器人；,三、环境保护,1、保护环境：实行绿色开采； 即：煤层的气化和液化、不破坏地表开采（充填）、废物处理后排放。 2、环境治理：由于开采而对引发的环境问题进行治理； 即：采空区上部地表的治理、矸石的处理与治理、污水处理排放、废气处理排放（瓦斯利用）、煤尘处理、噪声处理、环境绿化等。,（一）、保护环境，实行绿色开采,1、煤层的气化和液化 将煤层进行气化和液化后再进行开采，这是煤矿开采与发展的方向，现正在研究。,2、不破坏地表开采 采用充填方法，应用充填技术，对煤层进行开采； 用泥、砂、矸石等为充填物，利用管路借助自重、风力、水力等进行输送，对采空区进行充填，确保对煤层开采后不影响地表，同时不存在矸石排放的破坏环境问题； 运送装置和充填方式，正在完善。,3、废物处理后排放 废水：井下水抽出地表经沉淀处理后再进行利； 废气：煤矿有毒有害气体并不多，如井下排出的废气中粉尘浓度过高的话，则必须进行降尘处理，目前一般情况下可进行直接排放，而抽排的瓦斯可利用于民用或工业用； 煤尘：由于转载而产生的煤尘或灰尘，可采用洒水降尘、机械吸尘等处理。 4、采用低噪音环保设备 地面主要有抽风机、压风机、绞车等。,（二）、环境治理,1、采空区上部地表的治理 对塌陷区进行充填，再进行复垦、复绿； 对渗漏的溪