【正文】 戰(zhàn)略所必須的關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān) ， 立足于煤炭工業(yè)工程實際問題的解決 ， 重點從事中長期研究開發(fā)和技術(shù)儲備 ， 跟蹤產(chǎn)業(yè)科技前沿 ，開發(fā)有自主知識產(chǎn)權(quán)的以煤礦開采技術(shù)及配套裝備為主導(dǎo)的核心技術(shù) ， 占領(lǐng)技術(shù)制高點。 采煤方法和工藝 采煤方法和工藝的進步和完善始終是采礦學(xué)科發(fā)展的主題。采煤工藝的發(fā)展將帶動煤炭開采各環(huán)節(jié)的變革 ， 現(xiàn)代采煤工藝的發(fā)展方向是高產(chǎn)、高效、高安全性和高可靠性 ，基本途徑是使采煤技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合 ， 研究開發(fā)強力、高效、安全、 可靠、耐用、智能化的采煤設(shè)備和生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng) ， 改進和完善采煤工藝。在發(fā)展現(xiàn)代采煤工藝的同時 ， 繼續(xù)發(fā)展多層次、多樣化的采煤工藝 ， 建立具有中國特色的采煤工藝?yán)碚摗Ｎ覈L壁采煤方法已趨成熟 ， 放頂煤采煤的應(yīng)用在不斷擴展 ， 應(yīng)用水平和理論研究的深度和廣度都在不斷提高 ， 急傾斜、不穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等難采煤層采煤方法和工藝的研究有很大空間 ， 主要方向是改善作業(yè)條件 ， 提高單產(chǎn)和機械化水平。 （ 1） 開發(fā)煤礦高效集約化生產(chǎn)技術(shù)、建設(shè)生產(chǎn)高度集中、高可靠性的高產(chǎn)高效礦井開采技術(shù)。以提高工作面單產(chǎn)和生產(chǎn)集中化為核心 ， 以提高效率和經(jīng)濟效 益為目標(biāo) ，研究開發(fā)各種條件下的高效能、高可靠性的采煤裝備和工藝 ， 簡單、高效、可靠的生產(chǎn)系統(tǒng)和開采布置 ， 生產(chǎn)過程監(jiān)控與科學(xué)管理等相互配套的成套開采技術(shù) ， 發(fā)展各種礦井煤層條件下的采煤機械化 ， 進一步改進工藝和裝備 ， 提高應(yīng)用水平和擴大應(yīng)用范圍 ， 提高采煤機械化的程度和水平。 （ 2） 開發(fā)“淺埋深、硬頂板、硬煤層高產(chǎn)高效現(xiàn)代開采成套技術(shù)” ， 主要解決以下技術(shù)難題。硬頂板控制技術(shù) ， 研究埋深淺、地壓小的硬厚頂板控制技術(shù) ， 主要通過巖晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)系?？茖W(xué)生畢業(yè)設(shè)計 5 層定向水力壓裂、傾斜深孔爆破等頂板快速處理技術(shù) ， 使直接頂能隨采隨冒 ， 提高頂煤回收率 ， 且基本頂能按 一定步距垮落 ， 既有利于頂煤破碎 ， 又保證工作面的安全生產(chǎn)。硬厚頂煤控制技術(shù) ， 研究開發(fā)埋深淺、支承壓力小條件硬厚頂煤的快速處理技術(shù) ， 包括高壓注水壓裂技術(shù)和頂煤深孔預(yù)爆破處理技術(shù) ， 使頂煤體能隨采隨冒 ， 提高其回收率。頂煤冒放性差、塊度大的綜放開采成套設(shè)備配套技術(shù) ， 研制既有利于頂煤破碎和頂板控制 ， 又有利于放頂煤的新型液壓支架 ， 合理確定后部輸送機能力。兩硬條件下放頂煤開采快速推進技術(shù) ， 研究合適的綜放開采回采工藝 ， 優(yōu)化工序 ， 縮短放煤時間 ， 提高工作面的推進度 ， 實現(xiàn)高產(chǎn)高效。 ， 通過寬煤巷錨桿支護 技術(shù)的研究開發(fā)和應(yīng)用 ， 有利于綜采配套設(shè)備的大功率和重型化 ， 有助于連續(xù)采煤機的應(yīng)用 ，促進工作面的高產(chǎn)高效。 （ 3） 緩傾斜薄煤層長壁開采。主要研究開發(fā) :體積小、功率大、高可靠性的薄煤層采煤機、刨煤機 ； 研制適合刨煤機綜采的液壓支架 ； 研究開發(fā)薄煤層工作面的總體配套技術(shù)和高效開采技術(shù)。 （ 4） 緩傾斜厚煤層一次采全厚大采高長壁綜采。應(yīng)進一步加強完善支架結(jié)構(gòu)及強度 ， 加強支架防倒、防滑、防止頂梁焊縫開裂和四連桿變形、防止嚴(yán)重損壞千斤頂措施等的研究 ， 提高支架的可靠性 ， 縮小其與中厚煤層 (采高 3m左右 )高產(chǎn)高效指標(biāo)的差距。 （ 5） 各種綜采高產(chǎn)高效綜采設(shè)備保障系統(tǒng)。要實現(xiàn)高產(chǎn)高效 ， 就要提高開機率 ，對“支架 — 圍巖”系統(tǒng)、采運設(shè)備進行監(jiān)控。今后研究的重點是 :通過電液控制閥組操縱支架和改善“支架 — 圍巖”系統(tǒng)控制 ， 進一步完善液壓信息、支架位態(tài)、頂板狀態(tài)、支護質(zhì)量信息的自動采集系統(tǒng) ； 乳化液泵站及液壓系統(tǒng)運行狀態(tài)的檢測診斷 ； 采煤機在線與離線相結(jié)合的“油 — 磨屑”監(jiān)測和溫度、電信號的監(jiān)測 ； 帶式輸送機、刮板輸送機全面狀態(tài)監(jiān)控。 采煤技術(shù)的發(fā)展方向 （ 1） 現(xiàn)代化開采技術(shù)的地質(zhì)保障系統(tǒng) 以大功率可靠性長壁綜采技術(shù)為核心的一礦一面大型 高產(chǎn)高效礦井的建設(shè) ， 是當(dāng)今世界煤炭工業(yè)的發(fā)展方向。目前 ， 我國機械化采煤量已超過 %， 其中 ， 綜采超過 %， 隨著采煤機械化、自動化程度的提高及新的采煤方法的采用 ， 已經(jīng)出現(xiàn)了一批高產(chǎn)高效礦井 ， 形成了一礦一面的格局。國有重點煤礦的全員效率顯著提高 ， 目前已出現(xiàn)年產(chǎn) 400萬 t 的綜采面。但是 ， 總體而言 ， 我國綜采面的平均效率仍不高 ， 這與沒晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)系?？茖W(xué)生畢業(yè)設(shè)計 6 有可靠的地質(zhì)保障系統(tǒng)有很大關(guān)系。長期以來 ， 國內(nèi)在煤礦建設(shè)以前缺乏系統(tǒng)的工程地質(zhì)條件評價 ， 不能滿足綜采所要求的高精度的地質(zhì)資料 : 如煤厚變化、頂?shù)装宓刭|(zhì)條件、小的斷層、 陷落柱及其它地質(zhì)異常問題 ， 造成工作面布置的主觀性 ， 使我國綜采工作面設(shè)備總體使用效率低 ， 綜采面開機率僅為 30%左右。因此 ， 利用現(xiàn)有的高新技術(shù)成果 ， 研究精確地質(zhì)構(gòu)造探測的新理論、新方法 ， 研制新的探測儀器 ， 是保證綜采發(fā)揮最大潛能的前提條件。主要應(yīng)做好以下幾方面的研究。 ① 推廣三維地震勘探的技術(shù)成果 ， 進一步深入研究 ， 獲得高精度探測地質(zhì)構(gòu)造的技術(shù) ， 形成一套綜合研究巖性、裂隙及含水層等問題的資料綜合處理系統(tǒng) ， 為選擇綜采采區(qū)奠定基礎(chǔ)。 ② 開展探測理論的基礎(chǔ)研究 ， 結(jié)合煤礦開采技術(shù)中的上覆巖層動態(tài)變化特點及規(guī)律 ， 運用新興的邊緣學(xué)科的新理論、新方法 ， 研究頂板冒落、瓦斯突出、沖擊地壓等煤礦災(zāi)害現(xiàn)象的發(fā)生機理 ， 并找出可定量化探測、預(yù)報這些現(xiàn)象的新方法 ， 如聲、光、電、超聲波、化學(xué)元素等方法與這些現(xiàn)象的相關(guān)關(guān)系 ， 從而使礦方能有效地采取相應(yīng)措施。 ③ 運用新的電子計算機技術(shù)、新材料技術(shù) ， 研制適合于井下使用的探測儀器 ， 精確實時探測煤厚、夾矸厚、層位和工作面較大范圍內(nèi)的不同方位、落差的小斷層、陷落柱等。 （ 2） 采煤工藝的高新技術(shù)應(yīng)用 回采工作面是煤礦生產(chǎn)的核心 ， 采用新技術(shù)、新設(shè)備對傳統(tǒng)的開采方法、工藝形式的改造 ， 是煤礦實 現(xiàn)高產(chǎn)、高效、安全的關(guān)鍵。近年來 ， 我國在厚煤層中采用了放頂煤采煤法、大采高采煤法等先進的采煤方法 ， 取得了較好的效果 ， 但也有不少教訓(xùn)。運用新技術(shù)對采煤工藝的改造 ， 體現(xiàn)在以下幾個主要方面 : ① 繼續(xù)消化和吸收國外的先進采煤設(shè)備的技術(shù) ， 在采煤機、刮板輸送機的大功率、高可靠性、智能控制等方面開展深入研究 ， 對采煤機滾筒的煤炭分界面的自動識別技術(shù)、液壓支架的電液控制技術(shù)及三機的自動控制技術(shù)深入研究并投入工業(yè)運行。以上技術(shù)的發(fā)展 ， 最終為實現(xiàn)無人采煤工作面打下基礎(chǔ) ， 從而極大地提高煤礦效率。 ② 研究放頂煤開采技術(shù)中的難點 問題 ， 使其成為真正的高產(chǎn)、高效、高回收率、高安全的開采方法。目前對于放頂煤條件下頂煤的破碎規(guī)律 ， 破碎后頂煤與頂板相互作用的移動規(guī)律的認(rèn)識仍不是特別清楚 ， 從而導(dǎo)致支架架型的設(shè)計、回采工藝的選擇不合晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)系專科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 7 理、放煤率不高。所以 ， 首先要開展進一步的基礎(chǔ)理論研究 ， 在此基礎(chǔ)上 ， 運用新技術(shù)研制新型的放煤支架 ， 完善探測頂煤放出率的相關(guān)技術(shù) ， 提高回收率。另外 ， 對于高瓦斯礦井、堅硬頂煤及頂板礦井的放頂煤實踐需進一步探討 ， 合理地確定放頂煤的運用條件 ， 以及提高頂煤回收率的其它輔助方法。 ③ 在煤層條件適宜的條件下使用大采高的開采技術(shù)。 大采高開采技術(shù)一般指厚度大于 m 的一次采全高綜采技術(shù) ， 目前 ， 我國最高已采到 5m， 大采高開采技術(shù)的高產(chǎn)、高效、高回收率正受到越來越多的關(guān)注。采用大采高開采技術(shù) ， 由于設(shè)備大型化 ， 支架高度大 ， 因而使用新技術(shù)對大采高工作面的監(jiān)測監(jiān)控顯得尤為必要 ， 否則 ， 也不能充分發(fā)揮其潛力。采高大 ， 采煤機的重量大 ， 其自身的平衡與穩(wěn)定對機械制造及設(shè)備配套提出新的要求。支架的高度加大 ， 重心提高 ， 也極易出現(xiàn)失穩(wěn) ， 因而必須對支架的設(shè)計 ，特別是支架與上覆巖層的相關(guān)關(guān)系及支架的三維穩(wěn)定性進入深入研究。另外 ， 大采高技術(shù)的發(fā)展對回采工作面的 運輸巷及回風(fēng)巷的支護與掘進提出了新的要求。目前 ， 我國大采高的回采巷道高度一般在 3m～ 4m ， 采用錨桿、錨索等支護方式。一般情況下 ， 回采工作面與回采巷道之間出現(xiàn)一臺階 ， 不僅浪費了煤炭資源 ， 而且對回采工作面支架的穩(wěn)定性及回采工藝造成了很大影響。因而 ， 研究回采巷道高度在 4 m 以上的巷道支護方式及掘進工藝 ， 對于大采高技術(shù)的推廣應(yīng)用無疑是非常重要的。 （ 3） 基于環(huán)保問題的采礦技術(shù)發(fā)展 ① 深入研究長壁采煤法對巖層及地表的破壞規(guī)律 ， 特別是對水資源的破壞規(guī)律。在這方面的研究 ， 以前主要著眼于煤礦的安全問題 ， 而現(xiàn)在應(yīng) 主要考慮環(huán)保問題。采用長壁全部垮落法后 ， 巖層產(chǎn)生大范圍的破壞移動 ， 如何控制這種破壞與移動以及它們與地下水破壞內(nèi)在規(guī)律的研究是有實際意義的。從這一點考慮 ， 在選擇采煤方法時 ， 應(yīng)充分利用新的理論方法 ， 在開采順序、開采方法、工藝形成上進行分析比較。 ② 發(fā)展開采過程中的瓦斯處理技術(shù)。瓦斯排放是煤礦的另外一個主要污染源 ， 它加劇了溫室效應(yīng) ， 破壞臭氧層 ， 給煤礦安全造成了嚴(yán)重的隱患。我國有多個煤炭企業(yè)有抽放瓦斯、變害為寶的實際經(jīng)驗。但抽放率較低 ， 這與抽放設(shè)備、抽放技術(shù)工藝有關(guān) ， 特別和開采過程中對瓦斯的運移規(guī)律認(rèn)識 不清有關(guān)。因此 ， 對于高瓦斯礦井的開采技術(shù)選擇應(yīng)同時考慮瓦斯抽放技術(shù)的應(yīng)用。隨著對開采過程中瓦斯逸出及運移規(guī)律的逐步認(rèn)識 ， 以及大孔徑、長距離抽放技術(shù)的成熟 ， 開采中將從實體煤中抽出高純度的瓦斯 ， 從而進一步降低對環(huán)境的污染。 晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)系?？茖W(xué)生畢業(yè)設(shè)計 8 3． 煤礦開采對水環(huán)境的影響 煤礦開采對水環(huán)境的影響 地下水資源破壞情況 煤礦開采對地下水資源的影響主要表現(xiàn)在三個方面 ， 一是破壞了地下水均衡 ， 二是采空塌陷使覆巖產(chǎn)生了大量垂向張裂縫 ， 造成采空區(qū)以上各類地下水含水層地下 水位下降或被疏干 ， 三是奧陶系巖溶水遭到一定程度的破壞 ， 導(dǎo)致巖 流量減少。 （ 1） 地下水均衡破壞 圖 31 地下水系遭到嚴(yán)重破壞 煤層開采至一定面積后。由于采空區(qū)頂板的冒落 ， 在采空區(qū)上部覆巖中形成較為明顯的三帶 ， 即 I帶一冒落帶、Ⅱ帶一裂隙帶、Ⅲ帶一整體移動帶。冒落帶和裂隙帶含水層直接遭到破壞 ， 原來儲存于該含水層中的地下水在短時間內(nèi)排向采空區(qū)形成礦坑水而被排出 ， 人為改變了地下水的補徑排條件 ， 從而破壞了地下水均衡 ， 這種破壞是一次性的、不可逆的。據(jù)原山西省計委主持完成的《山西省煤炭開采對水資 源的破壞影響評價》(中國科學(xué)技術(shù)出版社 2021年 9月出版 ) 資料 ， 山西煤炭開采對水資源破壞的總計面積為20352 km2， 占全省總面積的 13％。其中嚴(yán)重破壞區(qū)面積為 2670 km2， 占全省總面積的％；一般破壞區(qū)面積 10113km2， 占全省總面積的 ％；影響區(qū)面積為 7569 km2， 占全省總面積的 ％。 （ 2） 對巖溶大泉的影響 晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)系?？茖W(xué)生畢業(yè)設(shè)計 9 在泉域范圍內(nèi)采煤 ， 不可避免地要對巖溶泉水的流量產(chǎn)生影響。如果開采煤層下伏及附近的巖溶水水位高于采空區(qū)標(biāo)高 ， 并有斷裂破碎帶、陷落柱及鉆孔穿過采空區(qū)與下面的巖溶水相聯(lián)通時 ， 則可能出現(xiàn)下伏巖溶水的底板突水和側(cè)向突水現(xiàn)象 ， 這樣不但疏干了煤系地層中的地下水 ， 也使得下伏奧陶系巖溶水遭到一程度的破壞 ， 從而直接影響溶大泉流量 ， 例如郭莊泉流量減少、晉祠泉斷流就和太原西山煤田的開采有直接關(guān)系。 （ 3） 對淺部含水層及供水水源地的影響 圖 32 煤礦開采對淺層地下水的影響 煤礦采空塌陷使覆巖產(chǎn)生了大量垂向張裂縫 ， 有的裂縫直通地表 ， 在地面形成地裂縫、地面塌陷。這些礦井、巷道、采空區(qū)及張裂縫成為采空區(qū)以上各類含水層中地下水快速漏失的通道 ， 致使采空區(qū)以上各類含水層中地下水流入礦坑 ， 隨著礦坑水的 疏干排放 ， 造成采空區(qū)以上各類地下水含水層地下水位下降或被疏干。其直接后果是造成水利設(shè)施大量報廢 ， 地表植被死亡、糧食減產(chǎn)甚至絕收。 山西省主要礦區(qū) ， 每公頃耕地糧食減產(chǎn)約 250kg， 每年減少糧食產(chǎn)量約 108kg。還引起泉水流量減少或斷流 ， 共影響井泉 3218 眼 ， 水利工程 433 處 ， 水庫 40座；輸水管道 m．導(dǎo)致近 4000 個村莊、 1494948 人口、 218329 頭大牲畜飲水嚴(yán)重困難。2021 年到 2021 年 6 年間 ， 全省解決了因采煤漏水而缺水的 2021 個村 95萬人 ， 而在此期間建設(shè)的飲水工程有 625處因采煤破壞報廢 ， 8l 個 村 37萬人重新陷入飲水困難。在山西共有 14個城市、 42 個縣城位于采煤影響區(qū) ， 這些城市受到采煤漏水影響而削減的供水量為 3． 61 108 m3， 有 34個重要水源地受到煤炭開采的影響。 根據(jù)《山西省水利統(tǒng)計年鑒》的資料 ， 20年前的 1987 年 ， 全省的農(nóng)村機井共 84154眼 ， 其中深井為 22023 眼 ， 2021 年的農(nóng)村機井共 90724 眼 ， 其中深井為 35656 眼 ， 新增晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)系?？茖W(xué)生畢業(yè)設(shè)計 10 深井 13633 眼。加上城鎮(zhèn)供水井 ， 全省現(xiàn)狀的深井已達 44298 眼。近 20 年來原