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採煤coal mining;excavate coal 把有價值的煤從地殼中挖掘出來

1簡介

煤礦床呈層狀賦存,分佈範圍廣,儲量大,煤質脆、易切割破碎,開採時常伴有水、火、瓦斯等災害威脅,與開採其他礦藏相比,採煤技術有一些不同的特點。開採方式分露天開採、地下開採兩類。通常採用機械化方法;少數用水力採煤;煤的地下氣化尚處於試驗階段。
自18世紀以來,隨著大工業對能源日益增長的需求,煤的生產能力大幅度增長。1770~1850年英國的煤炭年產量從620萬噸猛增到5000萬噸以上,約佔當時世界總產量的2/3,到1913年,達到2.92億噸的歷史最高水平。美國於1900年煤產量為2.45億噸,到1947年躍增到6.24億噸,曾在一個時期內保持世界領先地位。蘇聯在1916年煤產量只有3450萬噸,到1940年已近1.7億噸,自1958年以來一直保持世界第一位,從1975年起產量超過了7億噸。中國是發現和使用煤炭最早的國家之一(見中國古代採煤技術)。但在1949年以前,除1942年曾達到6200萬噸最高歷史紀錄外,一般年產量只有3000萬噸左右。1949年中華人民共和國成立以後,開發、建設了大批新井,改造擴建了原有礦井,使煤礦生產能力迅速提高,1983年初全國統一分配的煤礦552個,年產1000萬噸以上的礦區有10個,原煤產量超過了7億噸。

2技術發展

地下採煤 生產的發展,推動了採煤技術的進步,18世紀以來,地下採煤技術經歷過兩個發展階段:
①第一個發展階段 18世紀肇始於英國,使採煤從手工生產過渡到單一生產工序的機械化生產。首先以蒸汽為動力的提升絞車、水泵、扇風機,取代了轆轤提升、水斗戽水和自然通風。20世紀初到40年代後期,陸續出現了風鎬、電鑽、 鑿岩機、 鏈板輸送機、氣動裝岩機、電動裝載機、帶式輸送機、自動卸載礦車等採掘設備和大功率的電動絞車、水泵、扇風機等技術裝備,但採掘工作面仍以使用電鑽的爆破落煤技術和鑿岩機為主。中國自1875年起,相繼建立了基隆、開平兩個煤礦,實現了礦井提升、礦井通風、排水等幾個主要輔助生產工序的機械化作業,這是中國近代採煤工業的開始。
②第二個發展階段 採掘工作面從單一生產工序的機械化,發展為全部工序的綜合機械化。20世紀40年代後期至50年代,英國、蘇聯分別研製出用於地下長壁工作面的聯合採煤機,可同時完成落煤、裝煤兩道繁重工序的作業。與摩擦式或液壓式單體支柱,以及稍後研製出的可彎曲輸送機一起,構成了配套的普通機械化採煤設備(即普通採煤機組)。至60年代初,液壓自移支架取代了單體支柱,構成了綜合採煤機組,從而使工作面生產的採煤、裝煤、運煤、支護、採空區處理等所有工序,實現了連續、協調一致的綜合機械化。到1982年,採煤綜合機械化程度:聯邦德國為98%,英國為92%,蘇聯為67%,波蘭為77.8%。
礦井生產的日趨集中,生產規模的日益擴大,推動了礦井運輸、礦井提升等環節的進一步技術改造。一些裝備正朝著大型、強力、高速的方向發展。已出現了2000噸/時的鋼芯強力帶式輸送機,35噸的提升罐籠,有效載重達50噸的箕斗,以及每秒供風量為300米3的扇風機等。  在地下採煤方法方面,世界上大多數產煤國家採用長壁工作面採煤法(見壁式採煤法)。美國由於煤層平緩,頂板堅硬,適宜用連續採煤機開採,主要用工作面短的房柱法採煤(見柱式採煤法),效率高,但煤炭損失多。
露天採煤 19世紀70年代,出現了勺斗容積為3~4米3的動力鏟和以鐵道或汽車配合使用的采、裝、運設備,20世紀30年代,在軟岩露天礦發展了能力大、效率高的連續開採新工藝,50年代得到推廣。60年代以來,露天採煤規模、技術裝備發展迅速,各種工藝方式都已形成配套的設備組合和系列,單機設備能力不斷提高,並陸續出現了容量更大、生產能力更高的超重型裝備:斗容137米3、卸載半徑近100米的機械鏟;斗容168米3、卸載半徑為180米,並已用電子計算機監控的吊斗鏟;日產20餘萬米3的輪斗鏟;載重達200~350噸系列的自翻車和自卸汽車;以及帶寬3.6米,最長作業線98.65公里,最大生產能力每小時達48000米3的帶式輸送機等。系統工程和電子計算技術開始用於露天礦的單機控制、系統監控、全礦以至全公司的組織管理,使全世界露天採煤佔全部煤產量的百分比,由60年代的30%提高到1980年的40%,蘇聯為32.6%,美國達55.3%,中國也正在大力發展露天採煤。 採煤

3採煤過程

採煤機械
從國內煤機競爭態勢來看,中國煤機製造企業受計劃經濟時代影響發展緩慢,不僅技術水平較低,而且產品單一。雖然近年技術提升很快,但是與國外煤機巨頭相比,中國煤機裝備整機的可靠性和穩定性仍然不強,缺乏行業的頂尖品牌,在資金實力和技術研發能力上與國際先進水平還有一段差距,在露天煤礦採掘設備的生產方面與國外差距較大,大而不強是中國煤機行業當前的真實寫照。這就加重了我們採煤的成本,以及加大採煤中存在的風險。
國內煤機行業的兼并重組對於採煤行業還是有一定意義的,國內採煤機械的發展對提高採煤行業的效率有重要意義。

4基礎理論

岩石力學 和地壓控制理論一起,是指導採煤生產的重要理論基礎。隨著開採引起的圍岩岩體中應力重新分佈,使圍岩、煤體和各種人工支撐物產生變形、塌落、破壞、地表發生沉降等力學現象,直接影響井下巷道和地表建築物的穩定與作業安全。
19世紀後期,已有人試圖運用簡單的力學定理,建立各種假說,來解釋一些地壓現象。
20世紀30年代開始了以連續介質力學為理論基礎的研究。隨後,又開展了視岩體為連續介質各向異性體的研究,50年代后,開展了視岩體為非連續介質的弱面體研究、有限元法研究和極限平衡條件研究等。與此同時,相似材料模擬、光彈性模擬、數學模擬等各種研究方法和聲、光、電學儀器設備等實驗手段也獲得了顯著進展(見地壓觀測)。這些研究工作為更好地解決工作面支架設計、巷道維護、三下採煤以及具有衝擊地壓、煤、岩與瓦斯突出危險煤層的開採等各種實際問題,提供了理論基礎。
系統工程學 在煤礦開採應用方面的研究也取得顯著進展。首先在露天開採中應用,目前已擴展到地下開採,但都還處於初期階段。煤炭生產是個複雜的大系統,它是由採煤、掘進、運輸、提升、通風、排水、動力供應、地面生產系統等許多生產環節組成的,各環節間具有獨立性,在工藝技術上、材料上、動力上、信息上又具有相關性,在整體上互相依存又互相制約。運用運籌學、電子計算機等工具,對大系統的要素、組織結構、信息交換和反饋控制等進行分析研究,達到最優設計、最優控制和最優管理的目標,保證產量或成本費用最低,技術經濟指標最好(見計算機在採礦工業中的應用)。
礦山地壓及其控制,系統工程在採煤中的應用,以及其他有關學科理論研究上的進展,已促使煤礦設計、生產管理更好地和現代科學技術相結合,採煤學科的內容和體系進入了大幅度更新期。

5前景展望

煤礦開採技術,無論露天或地下,在目前已達到的高度機械化基礎上,正朝著生產過程的遙控、自動化方向發展。通過改進綜采設備的設計、選型、材質、製造工藝、檢驗方法和維修制度,將提高其生產能力和設備利用率。同時,在礦井提升、 運輸、 排水、通風、瓦斯監控等許多環節,將實現自動化、遙控。地下和露天煤礦都將實現電子計算機集中自動管理監控。有的國家已將機器人試用於井下回採工作面。水力採煤法如能在資源回收、煤泥處理、輔助運輸、通風系統等技術環節上,進一步改進和完善,也將是一種有發展前途的開採技術。

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