【正文】 件的現(xiàn)代化煤礦開采的科學(xué)理論與和舒適作業(yè)條件的現(xiàn)代化煤礦開采的科學(xué)理論與工程技術(shù)。煤礦開采的研究對象為安全、高效、高資源回收煤礦開采的研究對象為安全、高效、高資源回收率地開采煤炭資源以及伴生的其他礦物資源等。世界其他國家地下開采的產(chǎn)量比例有很大差異。根據(jù)煤炭資源賦存情況，煤礦開采分為地下開采和露天開采，其中情況，煤礦開采分為地下開采和露天開采，其中地下開采在我國占統(tǒng)治地位，其煤炭產(chǎn)量占總產(chǎn)地下開采在我國占統(tǒng)治地位，其煤炭產(chǎn)量占總產(chǎn)量的量的 95％以上。第 1講 煤礦開采簡介、現(xiàn)狀與趨勢國內(nèi)外發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢 學(xué)科定義與研究對象煤礦開采煤礦開采 (coal mining)是指綜合運(yùn)用煤礦開采學(xué)是指綜合運(yùn)用煤礦開采學(xué)、礦山壓力及控制、煤礦地質(zhì)學(xué)、煤礦安全科學(xué)、礦山壓力及控制、煤礦地質(zhì)學(xué)、煤礦安全科學(xué)與技術(shù)等理論，按科學(xué)的工程程序，使用一定的與技術(shù)等理論，按科學(xué)的工程程序，使用一定的機(jī)電設(shè)備及配套系統(tǒng)采出地下煤炭以及伴生資源機(jī)電設(shè)備及配套系統(tǒng)采出地下煤炭以及伴生資源的一種工程活動和科學(xué)技術(shù)。根據(jù)煤炭資源賦存的一種工程活動和科學(xué)技術(shù)。世界其他國家地下開采的產(chǎn)量比％以上。例有很大差異。率地開采煤炭資源以及伴生的其他礦物資源等。工程技術(shù)。它涉及：工程技術(shù)。系統(tǒng)工程與信息化技術(shù)等多個學(xué)科領(lǐng)域。目前已形成了許多研究方向。目前已形成了許多研究方向。資源回收率的開采方法、工藝和技術(shù)。壓等災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理、規(guī)律與防治理論和技術(shù)。農(nóng)田、水系等的保護(hù)技術(shù)。板水的防治理論與技術(shù)、礦井降溫理論與技術(shù)。等多學(xué)科的交叉研究。理論與技術(shù)。控制等技術(shù)。輔助設(shè)計、煤礦開采的仿真與優(yōu)化。(10)煤礦安全監(jiān)測與預(yù)警：綜合運(yùn)用煤礦安全工煤礦安全監(jiān)測與預(yù)警：綜合運(yùn)用煤礦安全工程與監(jiān)測原理、電子技術(shù)、信息傳輸與處理技術(shù)程與監(jiān)測原理、電子技術(shù)、信息傳輸與處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等開發(fā)研制新型、準(zhǔn)確、高效的煤、計算機(jī)技術(shù)等開發(fā)研制新型、準(zhǔn)確、高效的煤礦安全監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。其中，涉及瓦斯、水、火、粉塵、頂板、沖擊地壓等的監(jiān)測與預(yù)警。(11)與環(huán)境協(xié)調(diào)的開采理論與技術(shù)：綜合運(yùn)用采與環(huán)境協(xié)調(diào)的開采理論與技術(shù)：綜合運(yùn)用采礦工程理論與技術(shù)、環(huán)境科學(xué)與技術(shù)、工程地質(zhì)礦工程理論與技術(shù)、環(huán)境科學(xué)與技術(shù)、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、林業(yè)科學(xué)與工程、農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程與水文地質(zhì)、林業(yè)科學(xué)與工程、農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程、資源與環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)等，系統(tǒng)研究和建立與環(huán)境、資源與環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)等，系統(tǒng)研究和建立與環(huán)境協(xié)調(diào)的開采理論與技術(shù)體系，保障煤炭資源開采協(xié)調(diào)的開采理論與技術(shù)體系，保障煤炭資源開采與環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。目前，煤炭提供世界一次能源的目前，煤炭提供世界一次能源的 27％和世界發(fā)電％和世界發(fā)電量的量的 45％，煤炭的衍生物生產(chǎn)％，煤炭的衍生物生產(chǎn) 25000多種消費(fèi)品多種消費(fèi)品，在世界經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。煤炭是世界上儲量最多、分布最廣的常規(guī)能源資煤炭是世界上儲量最多、分布最廣的常規(guī)能源資源，其中源，其中 90％集中在蘇聯(lián)、美國、中國、澳大利％集中在蘇聯(lián)、美國、中國、澳大利亞、德國、印度、南非、波蘭、英國和加拿大等亞、德國、印度、南非、波蘭、英國和加拿大等10個國家。我國長期以來一直以煤炭作為主要能源，并且煤我國長期以來一直以煤炭作為主要能源，并且煤炭在我國一次能源中的主導(dǎo)地位在短期內(nèi)不會改炭在我國一次能源中的主導(dǎo)地位在短期內(nèi)不會改變。我國能源資源賦存現(xiàn)狀決定了我國能源開發(fā)以煤炭為我國能源資源賦存現(xiàn)狀決定了我國能源開發(fā)以煤炭為主的現(xiàn)狀在短期內(nèi)不會改變。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，新能源和可再生能源會有一定增長，但在相當(dāng)長的時間能源和可再生能源會有一定增長，但在相當(dāng)長的時間內(nèi)還是不可能取代化石能源。顯然，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對能源的需求量將越來越大，因此顯然，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對能源的需求量將越來越大，因此，研究煤炭的高效、安全、高采出率開采是十分重要，研究煤炭的高效、安全、高采出率開采是十分重要的問題。煤炭開采在我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有極其重要的煤炭開采在我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有極其重要的戰(zhàn)略地位，也是我國一次能源的基礎(chǔ)。煤炭開采是提供煤炭能源的根本方法，我國的煤煤炭開采是提供煤炭能源的根本方法，我國的煤炭資源總量居世界首位，但人均煤炭產(chǎn)量不高，炭資源總量居世界首位，但人均煤炭產(chǎn)量不高，甚至十分短缺，人均煤炭產(chǎn)量僅居世界第甚至十分短缺，人均煤炭產(chǎn)量僅居世界第 8位。因此，研究和解決煤炭開采中的相關(guān)科學(xué)問題，因此，研究和解決煤炭開采中的相關(guān)科學(xué)問題，促進(jìn)煤炭高效、安全、高資源采出率開采和綠色促進(jìn)煤炭高效、安全、高資源采出率開采和綠色開采，是當(dāng)前煤炭開采中所面臨的重要問題，也開采，是當(dāng)前煤炭開采中所面臨的重要問題，也是重要的學(xué)科方向。 國外重要的煤礦開采學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)1．美國．美國美國的煤炭科研工作主要由政府機(jī)構(gòu)、企業(yè)研究與發(fā)美國的煤炭科研工作主要由政府機(jī)構(gòu)、企業(yè)研究與發(fā)展機(jī)構(gòu)、大學(xué)展機(jī)構(gòu)、大學(xué) (學(xué)院學(xué)院 )及民間咨詢機(jī)構(gòu)四部分組成。美國較大的采礦公司一般都設(shè)有研究與發(fā)展部；美國美國較大的采礦公司一般都設(shè)有研究與發(fā)展部；美國有二十幾個大學(xué)設(shè)有采礦系，主要按政府合同開展基有二十幾個大學(xué)設(shè)有采礦系，主要按政府合同開展基礎(chǔ)研究；此外，還有一支重要的研究與開發(fā)力量礎(chǔ)研究；此外，還有一支重要的研究與開發(fā)力量 ————民辦咨詢公司。國家政府科研機(jī)構(gòu)主要有能源部所屬的聯(lián)邦能源研究國家政府科研機(jī)構(gòu)主要有能源部所屬的聯(lián)邦能源研究院（院（ FEI），此外由各大學(xué)采礦系聯(lián)合組成的礦物研究），此外由各大學(xué)采礦系聯(lián)合組成的礦物研究所也發(fā)揮著重要作用，如弗吉尼亞大學(xué)工業(yè)學(xué)院與弗所也發(fā)揮著重要作用，如弗吉尼亞大學(xué)工業(yè)學(xué)院與弗吉尼亞州立大學(xué)、賓夕法尼亞州立大學(xué)、明尼蘇達(dá)大吉尼亞州立大學(xué)、賓夕法尼亞州立大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)等。2．俄羅斯．俄羅斯俄羅斯的煤炭科研體系分為兩類，一類是煤炭工業(yè)直俄羅斯的煤炭科研體系分為兩類，一類是煤炭工業(yè)直屬科研院所，另一類是礦區(qū)科研所。現(xiàn)在俄聯(lián)邦批準(zhǔn)在原現(xiàn)在俄聯(lián)邦批準(zhǔn)在原 24個部級院所的基礎(chǔ)上成立個部級院所的基礎(chǔ)上成立 5個個煤炭科學(xué)中心：煤炭科學(xué)中心：①① 國家礦業(yè)科學(xué)中心；國家礦業(yè)科學(xué)中心；②② 地質(zhì)力學(xué)和礦山測量科學(xué)中心；地質(zhì)力學(xué)和礦山測量科學(xué)中心；③③ 俄羅斯煤炭工業(yè)安全科學(xué)中心；俄羅斯煤炭工業(yè)安全科學(xué)中心；④④ 庫茲巴斯采礦工藝科學(xué)中心；庫茲巴斯采礦工藝科學(xué)中心；⑤⑤ 露天采礦工藝科學(xué)中心。3德國德國德國擁有世界一流的煤炭科研機(jī)構(gòu)，如埃森采礦研究德國擁有世界一流的煤炭科研機(jī)構(gòu)，如埃森采礦研究院院 (BergbauForschung GmbH)、威斯特伐倫礦山協(xié)、威斯特伐倫礦山協(xié)會會 (Westfalishe Bergwerkschaftskasse)礦業(yè)研究所礦業(yè)研究所和實(shí)驗(yàn)室礦井公司等。在礦山壓力控制、井下降溫、瓦斯、煤塵和火災(zāi)防治、采煤技術(shù)、井下運(yùn)輸和選煤瓦斯、煤塵和火災(zāi)防治、采煤技術(shù)、井下運(yùn)輸和選煤等領(lǐng)域，德國都處于世界領(lǐng)先水平。德國西部克勞斯塔爾工業(yè)大學(xué)和東部弗賴堡大學(xué)是德德國西部克勞斯塔爾工業(yè)大學(xué)和東部弗賴堡大學(xué)是德國兩所著名的礦業(yè)大學(xué)，其他大學(xué)如柏林工業(yè)大學(xué)和國兩所著名的礦業(yè)大學(xué)，其他大學(xué)如柏林工業(yè)大學(xué)和亞琛大學(xué)設(shè)有采礦系或采礦專業(yè)，魯爾大學(xué)設(shè)有礦山亞琛大學(xué)設(shè)有采礦系或采礦專業(yè)，魯爾大學(xué)設(shè)有礦山建筑專業(yè)。這些大學(xué)除培養(yǎng)采礦專門人才外，還承擔(dān)重要的礦業(yè)科研項(xiàng)目。4．澳大利亞．澳大利亞澳大利亞的科研和學(xué)術(shù)工作主要由聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研澳大利亞的科研和學(xué)術(shù)工作主要由聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織究組織 (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization， CSERO)承擔(dān)，煤炭科研承擔(dān)，煤炭科研是該組織中的重要科研部分。此外，維多利亞州的電力委員會建有幾個實(shí)驗(yàn)室，研究褐煤的開采、儲存、力委員會建有幾個實(shí)驗(yàn)室，研究褐煤的開采、儲存、運(yùn)輸和發(fā)電等。澳大利亞很多大學(xué)均承擔(dān)煤炭科研任務(wù)，研究水平較澳大利亞很多大學(xué)均承擔(dān)煤炭科研任務(wù)，研究水平較高，如悉尼大學(xué)、新南威爾士州立大學(xué)、墨爾本大學(xué)高，如悉尼大學(xué)、新南威爾士州立大學(xué)、墨爾本大學(xué)、昆士蘭大學(xué)、紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)、伍倫貢大學(xué)等，研究、昆士蘭大學(xué)、紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)、伍倫貢大學(xué)等，研究的課題包括礦井和露天采煤、巖石力學(xué)、地震勘探、的課題包括礦井和露天采煤、巖石力學(xué)、地震勘探、瓦斯抽放等。5．波蘭．波蘭波蘭從事煤炭科研的主要機(jī)構(gòu)有：采礦研究總院波蘭從事煤炭科研的主要機(jī)構(gòu)有：采礦研究總院 (GIG)、考瑪格采礦機(jī)械化中心、考瑪格采礦機(jī)械化中心 (KOMAG)和艾瑪格采礦電氣和艾瑪格采礦電氣化與自動化中心化與自動化中心 (EMAG)。波蘭的一些大學(xué)也從事煤炭科研工作。波蘭在波蘭在 “三下三下 ”開采、沖擊礦壓的理論和應(yīng)用技術(shù)研究開采、沖擊礦壓的理論和應(yīng)用技術(shù)研究方面具有很高的學(xué)術(shù)水平。6．加拿大．加拿大加拿大的煤炭科研工作主要由加拿大礦業(yè)和能源技術(shù)加拿大的煤炭科研工作主要由加拿大礦業(yè)和能源技術(shù)中心中心 (CANMET)和一些大學(xué)負(fù)責(zé)和開展。 CANMET的的采礦研究所由以下六個研究室組成：采礦研究所由以下六個研究室組成：①① 加拿大易爆氣體實(shí)驗(yàn)室加拿大易爆氣體實(shí)驗(yàn)室 (CEAL)。③③ 埃利奧特湖實(shí)驗(yàn)室埃利奧特湖實(shí)驗(yàn)室 (ELL)。⑤⑤ 互勒多礦山實(shí)驗(yàn)室互勒多礦山實(shí)驗(yàn)室 (VDML)。7．英國．英國英國煤炭科研由英國貿(mào)工部直接管理，具體工作則委英國煤炭科研由英國貿(mào)工部直接管理，具體工作則委托給英國能源技術(shù)中心托給英國能源技術(shù)中心 (EISU)。諾丁漢大學(xué)、利茲大學(xué)等在煤礦開采的學(xué)術(shù)研究方面具有很高水平。近年來在煤炭開采方面的主要研究目標(biāo)是保持英國開近年來在煤炭開采方面的主要研究目標(biāo)是保持英國開采技術(shù)的領(lǐng)先水平，鼓勵采礦設(shè)備出口；研究就地轉(zhuǎn)采技術(shù)的領(lǐng)先水平，鼓勵采礦設(shè)備出口；研究就地轉(zhuǎn)化和非常規(guī)開采技術(shù)，如遙控采煤和海下采煤；完善化和非常規(guī)開采技術(shù)，如遙控采煤和海下采煤；完善井下環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，改善煤礦健康和安全狀況。、現(xiàn)狀與趨勢人類利用煤炭資源已有數(shù)千年歷史。我國不僅是當(dāng)今世界上煤炭產(chǎn)量最多的國家，也是世界最早開采今世界上煤炭產(chǎn)量最多的國家，也是世界最早開采、利用煤炭的國家，有著悠久的煤炭開采歷史。在新石器時代，我國就出現(xiàn)了精煤制品飾物。公元前 1世紀(jì)，煤已經(jīng)成為重要產(chǎn)品，不僅用作生產(chǎn)燃料，世紀(jì)，煤已經(jīng)成為重要產(chǎn)品，不僅用作生產(chǎn)燃料，而且還用于冶煉，當(dāng)時已經(jīng)積累了一些找煤和采煤而且還用于冶煉，當(dāng)時已經(jīng)積累了一些找煤和采煤的基本知識，出現(xiàn)了一定規(guī)模的礦井和采煤技術(shù)。隋、唐至元代，煤炭開采更為普遍，在地質(zhì)、開拓隋、唐至元代，煤炭開采更為普遍，在地質(zhì)、開拓、采煤、支護(hù)、通風(fēng)、提升以及瓦斯排放等方面的、采煤、支護(hù)、通風(fēng)、提升以及瓦斯排放等方面的技術(shù)都有了一定發(fā)展。從明朝到鴉片戰(zhàn)爭以前，當(dāng)時統(tǒng)治者比較重視煤炭開發(fā)，煤炭開采技術(shù)得到了時統(tǒng)治者比較重視煤炭開發(fā)，煤炭開采技術(shù)得到了發(fā)展，形成了豐富多彩的中國古代煤炭開采技術(shù)。盡管當(dāng)時都是手工作業(yè)的煤窯，但因其開采利用早盡管當(dāng)時都是手工作業(yè)的煤窯，但因其開采利用早于其他國家，因此，于其他國家，因此， 17世紀(jì)以前，中國煤炭開采技世紀(jì)以前，中國煤炭開采技術(shù)和管理的許多方面都處于世界領(lǐng)先地位。在過去的在過去的 20多年里，隨著世界各國相關(guān)科學(xué)技術(shù)多年里，隨著世界各國相關(guān)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)、電、信息、計算機(jī)等行業(yè)的迅速發(fā)的進(jìn)步，機(jī)、電、信息、計算機(jī)等行業(yè)的迅速發(fā)展，固體力學(xué)、流體力學(xué)、數(shù)值計算技術(shù)、非線展，固體力學(xué)、流體力學(xué)、數(shù)值計算技術(shù)、非線性科學(xué)等基礎(chǔ)理論的發(fā)展以及許多邊緣學(xué)科的興性科學(xué)等基礎(chǔ)理論的發(fā)展以及許多邊緣學(xué)科的興起，極大地促進(jìn)了煤礦開采的理論和技術(shù)的發(fā)展起，極大地促進(jìn)了煤礦開采的理論和技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致了煤礦開采的許多理論和方法發(fā)生了重大，導(dǎo)致了煤礦開采的許多理論和方法發(fā)生了重大變化。1．采煤方法．采煤方法采煤方法是煤礦開采的核心，它包含采煤系統(tǒng)和采采煤方法是煤礦開采的核心，它包含采煤系統(tǒng)和采煤工藝兩項(xiàng)主要內(nèi)容。根據(jù)不同的礦山地質(zhì)及技術(shù)條件，可有多種多樣的采煤方法。我國煤層賦存條件復(fù)雜多樣，開采技術(shù)條件各異，因而促進(jìn)了采煤件復(fù)雜多樣，開采技術(shù)條件各異，因而促進(jìn)了采煤方法的多樣化發(fā)展，我國是世界上采煤方法種類最方法的多樣化發(fā)展，我國是世界上采煤方法種類最多的國家。但總體上看可以分為壁式體系采煤法和房柱式體系但總體上看可以分為壁式體系采煤法和房柱式體系采煤法。目前，世界各主要產(chǎn)煤國家，由于煤層條件和采煤目前，世界各主要產(chǎn)煤國家，由于煤層條件和采煤技術(shù)的延續(xù)情況不同，所采用的各種不同采煤方法技術(shù)的延續(xù)情況不同，所采用的各種不同采煤方法的比重也有所差別。我國大型重點(diǎn)煤礦壁式體系采煤法的產(chǎn)量占我國大型重點(diǎn)煤礦壁式體系采煤法的產(chǎn)量占 95％％以上；以上；美國壁式采煤法為美國壁式采煤法為 50％，連續(xù)采煤機(jī)房柱式開采％，連續(xù)采煤機(jī)房柱式開采占占 41％；％；印度壁式采煤法小于印度壁式采煤法小于 5％，傳統(tǒng)房柱式采煤法占％，傳統(tǒng)房柱式采煤法占65％，機(jī)械化房柱式開采占％，機(jī)械化房柱式開采占 30％；％；俄羅斯壁式開采占俄羅斯壁式開采占 86％；％；澳大利亞壁式開采占澳大利亞壁式開采占 85％；％；南非房柱式占南非房柱式占 66．． 9％，壁式占％，壁式占 33％；％；加拿大壁式為加拿大壁式為 85％。除地下開采以外，對于埋深較淺、厚度較大的煤除地下開采以外，對于埋深較淺、厚度較大的煤田采用露天開采方法。隨著露天采裝、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備的大型化，露天開采隨著露天采裝、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備的大型化，露天開采的效率和能力以及安全方面具有很大優(yōu)勢。高效、高產(chǎn)量、高煤炭采出率的綜合機(jī)械化采煤高效、高產(chǎn)量、高