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关键词:煤矿;采矿工程:工艺;技术
引言
国家的经济发展、居民的高质量生活和合理运用煤炭资源具有直接的关联。煤矿资源的形成时间长,构成的因素比较复杂,这张资源对于我们的生产生活十分重要。在目前的发展阶段中,国家开发煤炭资源还不具备成熟的技术,受到自然环境和人为因素的影响,实际的开采过程中,会浪费煤炭资源,引发安全事故,不仅不能保证开采的效率和质量,也危害到了开采人员的生命财产安全。为了有效提升煤矿的开采率和为采矿人员提供安全保障,就必须持续改进煤矿开采过程中的采矿工艺和技术。
1煤矿开采工程的现状
目前我们国家运用的开采煤矿的方式和手段比较多样化,由于煤炭资源分布不均,所包含的类型比较复杂在这之中缓斜煤层的类型占比最大,主要运用的开采方式有长臂形和柱形采矿法。不同地区矿山的地质有所差别,为了保证煤炭开采工作的合理性,要充分综合煤炭系统和技术特点。对于煤炭进行开采的过程中,影响开采效率和质量的主要是环境和安全问题。为了顺利开展煤炭开采工作,要促进运用技术的创新,避免因为技术工艺的影响造成不必要的经济损失。由于管理制度的不完善同时开采煤炭的技术能力较差,导致了安全事故的不断发生。
2采矿技术的重要性
随着我国采矿工程发展的不断深化,一些比较容易开采的煤矿以及安全性较高的煤矿资源正日益减少,对今后我国煤炭资源的开采带来一定的难度。同时,由于矿产资源开采愈发困难,使得开采过程中的安全问题逐渐频发,为我国煤炭开采的效率以及煤矿质量带来一定的限制,究其原因主要是由于我国煤矿开采技术设施较为落后,施工安全管理不到位等导致的。针对这种情况,对于煤炭资源进行开采的过程中,要重视施工技术的应用和管理,对于先进的开采技术不断的学习和借鉴,保证施工过程中的安全和质量,为提升资源开采效率作出贡献。同时也能有效推动企业经济建设的进步和发展。
3煤矿开采的工艺与技术分析
3.1露天煤矿技术
露天采矿作为我国一种较为常见的采矿技术,安全系数较高。其采矿方式主要是通过对煤矿上层的遮挡物进行转移,进而建立出一个完整的露天采矿基地,这种采矿方式可以很好的保障采矿人员的人身安全,除非极特殊的情况,否则不会出现上层矿石塌方现象,避免了采矿作业中出现事故的可能。同时露天采矿技术还可以通过大型机械设备的来进行施工,在机器的协助下,使得露天开采场的构建水平以及开采效率差都得到了极大的提升,促进了工程的整体进程,使采矿工程可以按时交工。但露天采矿技术虽然具有很高的优势,但也不是所有的类型的煤矿产区都适合,其多适用一些煤矿层较浅的地区,一些较深的煤矿工程如果使用者中国露天技术,不仅会耗费大量的人力物力还不利于对资源的保护,对低下煤层带来破坏。
3.2填充开采技术
填充开采技术在我国采矿作业中的应用也较为广泛。此种采矿技术虽然较为传统,但开采的过程中不仅能够起到对地下矿层的保护作用,还可以在最大限度上对煤矿资源进行开发利用。具体开采情况如图一所示。因此,填充煤矿开采技术现已成为我国煤矿开采应用的最为广泛的技术。此种开采方式主要是在对煤矿资源进行开采的过程中对开采出的地下采空区展开填充与支撑工作,这样可以很好的降低开采过程中可能出现的塌方现象,减少采矿作业中发生事故的几率,使采矿企业的经济效益得到重要保障。此种采矿技术的应用范围较为广泛,不仅适用于矿洞周围的矿石、土层以及支撑物稳定性较差的矿层中,也适用于地表需要保护的矿产地区以及矿产储存条件较为复杂的矿产区。
3.3缓倾斜层开采技术
缓倾斜层矿产区经常会出现在采矿工程施工中,与其他的矿层相比缓倾斜的矿层在开采方面的难度较大,且数量分布较为广泛,因此应将缓倾斜层开采技术作为我国采矿工程中的重点工作来进行。在施工过应注意以下几方面内容:一方面是通过刨矿机等一些较为灵活质量较小设备来完成采矿工作,促进采矿效率的提升,使我国的采矿技术的水平更加科学,信息化程度更高;除此之外,对于这项技术在实际应用的过程中,要基于地质状况进行合理的判断,针对矿层较厚的区域在开采的过程中要通过相关措施对于支架结构进行固定处理,保护较薄的矿层,避免由于不正当开采而出现问题。
3.4深层井开采工艺技术
这项开采技术一般应用在地热危害严重的区域,对于岩石抗压能力较弱的地区比较适用。通过科学的研究检测工作,能够合理的控制矿压,降低冲击地压带来的不利影响。同时在施工的过程中为了保证基本安全,开始工作之前,开采人员对于周边环境要充分的了解,并做好相关的预防措施。
3.5煤与瓦斯结合开采工艺
这种开采工艺综合了相关技术,具有透气性,能够承受高低压,通过不断的研究,取消交换通风降温采矿的方式,对于造成地压危害的问题合理的进行解决。实际采矿的过程中,运用覆盖的岩层的矿压和采矿工艺,对于煤层卸压的时间点严格的掌控,保证煤炭开采的实际质量,并保障开采人员的安全,确保企业的经济社会效益,重视环境保护工作。
3.6溶浸采矿工艺技术
这种采矿方式是化学式的开采工艺。运用这项技术开采煤炭前对于周围的环境条件要充分了解,对于地质进行勘探处理,将合适的溶浸液倾注到煤矿矿层内,通过产生的化学反映,转换煤炭资源,提升煤炭开采的实际效率。溶浸采矿工艺技术能够保证施工基本安全,不会造成环境污染,是比较实用的开采工艺。
4针对采矿工艺和技术的改进措施
4.1构建采矿施工的安全生产计划
开展采矿工作之前对于矿区周围的环境要充分了解,进行地质勘探工作,综合检测的数据信息制定合理的施工方案,为后续的施工工作提供方便。例如,露天开采的过程中不可避免的会出现岩石土地被排弃的情况。确定运用的施工技术和安全措施后,要有针对性的解决施工中出现的故障问题,保证工程建设的基本质量。
4.2监测顶板和支护质量
开采煤炭资源的过程中,要合理检测顶板的状况和破损程度,针对不同状况进行处理。实际开采的过程中,掌控的力度比较小,因此资源开采工作没有发挥实际效用。针对这种情况,对于检测的设备要定期维护,研发先进的检测技术和应用设备,扩大智能化检测工作的范围。
4.3建立塌陷预警系统
为了保证煤炭开采的安全,最重要的一项举措就是建立塌陷的预警系统,发挥地理信息和定位系统的功能和作用,顺利的进行煤炭开采工作。例如:对于煤炭进行开采的过程中,可以通过3S技术全面监控产生的塌陷的区域。Wile有效建立预警系统,施工人员要深入的分析和研究采矿相关的资料信息,及时的记录和备份煤矿的数据信息,保证施工人员的生命财产安全。随着信息化的发展和对于优秀开采经验的借鉴和学习,我们已经建立了比较完善的煤炭开采系统,包括以废石处理为主的整套技术等。运用的技术对于煤炭企业的经济效益有直接的影响。为了提升煤炭开采的质量和效率,就需要在应用技术的基础上实现创新和发展。
4.4实现工艺技术智能生态化
在目前的发展阶段中,信息技术飞速发展,在这样的发展形势下,煤炭行业也逐渐走向信息化发展方向。合理的运用信息技术,能够促进煤炭开采技术的智能化发展。无人采矿将减少采矿所需的劳动力成本,同时为采矿人员提供人身安全,提升企业获取的经济效益。实际开采煤炭资源的过程中,产生的废气对于矿区环境会造成一定的影响。促进开采技术的智能化发展,能够保证开采过程的合理性,同时有效降低产生的环境污染。
4.5以创新发展推进设备与技术的优化
只有创新才能促进发展,在采矿作业中我国应始终科技兴国的政策,为我国采矿事业的研究提供一个良好环境,我国应定期举办金属非金属矿采矿技术交流与设备展览会,为采矿技术人员提供一个借鉴交流机会,将一些先进的技术手段应用到实际的工作中来,对提升企业的采矿效率有着重要的意义,使工程质量得到保障。此外,技术管理和安全施工的融合已经在矿产领域中得到普遍的认同,以创新创造为动力源泉,通过借鉴以及学习国外先进的采矿技术,将这些先进的理念与我国的工程实际相结合,使我国的采矿技术与设备都能得到极大的升级和优化。
关键词:复杂条件;特殊巷道;施工
0 引言
内蒙古开滦投资公司云飞矿业有限责任公司是一个技改矿井。前身是个小型的煤矿,虽然有中央水仓,但是随着矿井的技改延伸,不仅中央水仓的位置不合理,而且从设计上存在缺陷。主、副水仓和吸水井之间没有安设水闸门,不能实现主、副水仓的隔离倒仓,水仓的於工作无法进行,也不符合设计规范要求。
1 简单概况
1.1 矿井概况
云飞矿业有限责任公司位于东胜市准格尔旗薛家湾镇东南面43km处,行政隶属于准格尔旗魏家峁乡管辖。隔黄河与山西省河曲、偏关两县相望。开滦(集团)对其控股进驻矿井进行管理后,按照安全高效矿井的建设及管理模式,依靠科技进步,将其改造成为一座安全、高效、环保的大型现代化矿井。矿井改扩建后生产能力为3.0Mt/a。
1.2 矿井地形地貌
本区位于鄂尔多斯高原东南部,区内地形总体趋势是西北高,东南低,本区为典型侵蚀性黄土高原地貌,地形起伏较大,沟谷纵横,沟深壁陡,植被稀少。邻近的最大地表水系黄河流经本区东缘,从高崖头西折经榆树湾、马栅向西而去。区内最大沟谷为罐子沟、磁窑沟,其它主要沟谷还有碓臼沟、三道沟、二道沟等。这些沟谷除罐子沟有常年溪流外,其它沟谷旱季一般干涸无水,雨季可形成短暂洪流。
1.3 井田地层及地质构造
本区域地层是准格尔煤田晚古生代聚煤盆地,煤系为石炭~二迭系,为一走向北东,倾向北西的单斜构造,属于构造简单地区。准格尔煤田位于华北地台鄂尔多斯台向斜东缘,山西断隆之西缘。总体构造为一走向近南北,倾向西,倾角10°以下,具有波状起伏的单斜构造。
1.4 水文地质条件
(1)井田内小沟谷发育,井田西部的罐子沟内常年有溪流,旱季流量小,雨季流量大。其上游流量24.6L/s,下游流量58.0L/s。,在沟谷内有泉水出露,流量一般在0.102L/s~0.325L/s之间,流量最大为5.0L/s,出水层位为6号煤层顶板砂岩。
(2)本区地下水受气候动态变化较小。基岩承压水的水位与水量基本不受气候影响,松散层潜水的水位与水量随着季节有一定变化,雨季水位上升,水量增加;旱季水位下降,水量减少。区内地表水受气候动态变化较大,雨季流量增大,旱季无水。
(3)本区松散层全区发育,分布广、厚度大,所以潜水主要接受大气降水的垂直渗入补给。碎屑岩类承压水主要接受地下迳流补给,上部潜水的下渗补给。在基岩出露处,直接接受大气降水的补给。深部石灰岩与黄河水形成互补关系。同时,石灰岩承压水还可通过裂隙对煤系地层的含水层进行地下水补给。矿井正常涌水量为100m3/h,最大涌水量为120m3/h。
1.5 矿井开拓方式
原有矿井采用斜井单水平开拓方式,在矿井工业场内布置主、副斜井和回风斜井三个井筒。由于矿井各生产系统已经形成,现有井筒能够满足改扩建后使用要求,因此,矿井改扩建后开拓方式不变,仍利用现有井筒。
2 原有中央水仓(图1)
矿井现有服务水仓在倾斜方向位于矿井的中游。生产区域位于矿井的下部,所有生产区域的涌出水量全部依靠水泵和排水管路泵排入水仓。原有水仓从设计上存在缺陷,主、副水仓只能同时使用,不能实现一个水仓使用一个水仓於。等到整个水仓完全於满后只能靠水泵连水带淤泥混合泵出,水泵损坏频繁,维修和更换非常麻烦,有可能出现全部水泵损坏矿井无法泵水,酿成重大事故。
3 新中央水仓的设计与施工
3.1 新中央水仓设计(图2)
矿井新的中央水仓由邯郸设计院初设,经过云飞矿业公司相关技术人员审核修改后定稿。新的水仓考虑为整个矿井长期服务为出发点,位置选择矿井的最底部,所有区域的涌水都可以经过短途管路泵排直接或经过泄水钻孔流入水仓。
3.2 中央水仓的地质条件
为考虑中央水仓便于施工,选择在六煤及其底板中布置。该区域位于双枣沟向斜轴部附近,地质构造复杂,受双枣沟向斜的影响,褶曲发育,岩层产状变化大,节理发育、破碎,稳固性较差,受力易抽冒,六煤底板岩性主要为蜂窝状中砂岩。
3.3 中央水仓的传统施工
中央水仓临时支护采用锚杆支护,然后进行浇注300mm厚C25混凝土拱碹的方法进行加强支护和防渗漏处理。这种施工方法是最牢固、最永久的是支护方式。不过,按这种方法施工的成本很大,施工进度很慢,满足不了解决矿井眼前急需投入使用的问题。
3.4 中央水仓新的施工方法
(1)中央水仓的掘进断面是4.1m×2.8m的直墙半圆拱。初期的支护和传统的施工方方法一致,采用锚网支护。顶锚杆选用2.2米的Φ20mm左旋等强螺纹钢锚杆配合150mm×150mm×8mm的预应力托盘,顶锚杆的间排距800mm×800mm;帮锚杆选用2.0m的Φ18mm右旋等强锚杆配合120mm×120mm×8mm的预应力托盘,锚杆间排距800mm×800mm;全断面铺设钢筋网。在巷道顶部布置两趟锚索,选用10.3m的Φ15.24mm的锚索配合不小于300mm×300mm×10mm的金属托盘使用,锚索间排距1600mm×2400mm。
(2)水仓掘进工作完成后对其进行喷浆,强度达到C25,厚度150mm。养护效果达到后,再进行第二次锚网支护,支护参数和技术要求与初次支护一致,第二次锚网支护完成后第二次进行喷浆,厚度150mm,使其喷浆总厚度达到300mm。最后,底板用混凝土硬化,强度C20,厚度200mm。
4 效果比较
(1)支护效果。传统支护施工方法中浇筑混凝土拱形碹虽然支护强度大,但局限于井下的施工条件,依靠人工输料,拱形混凝土碹和锚网支护之间不可能封实,是一种被动支护,初期对巷道围岩的支护仅依靠锚网支护。而采取的新工艺的两层锚网支护,都是主动支护,而且两层锚网和喷射的混凝土合成一体形成钢筋混凝土结构,支护强度大大加强。