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-采矿新技术的应用-第 17 页采矿新技术的应用摘要随着我国科技水平的发展，现代化新技术在各行各业都得到广泛的应用。采矿新技术的发展将带动煤炭开采各环节的变革,现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性,基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合,研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统,改进和完善采煤工艺。在发展现代采煤工艺的同时,继续发展多层次、多样化的采煤工艺。摘要：随着社会的日益发展，各种能源在日常生活中的需求日益增多，这就带动了各种产业的兴起和发展，采矿产业也随之发展壮大，采矿产业的发展需要日益进步的采矿技术为之服务，只有更好的掌握采矿技术，才能使采矿产业更好更快的发展。文章介绍分析外国的先进采矿企业的前沿采矿技术，从而推动我国采矿产业的发展。关键词：采矿产业；采矿技术；国外采矿产业；国外采矿技术随着工业的发展。对矿物资源的需求在不断的增加，目前不管是发达国家和发展中国家都把占有资源、开发资源做为战略性措施来考虑，因此在开采上涌现了大量的高效、安全、低成本的采矿技术和方法，需紧跟先进技术的步伐，开发好资源。下面就几个国家的先进的采矿企业运用了哪些先进的、跟紧时代发展的采矿技术进行阐述。关键词：采矿新技术；采煤工艺；现代高新技术第一章 采矿新技术的分类 跨入2l世纪，以信息技术、生物工程、材料科学等为代表的高新技术成为科技发展的主要方向。同时，资源与环境问题成为一个全球性的战略问题。煤矿开采作为一个老的工业，如何适应2l世纪科学技术的发展，成为众多煤矿工作者关注的问题。一方面，煤矿开采是一个传统的工业，高新技术的含量较低，产品附加值低，使其发展及生存在高科技社会中受到严重的威胁；另一方面，煤矿的大规模开采造成了人类赖以生存环境的污染和破坏，也成为人们关注的焦点。因此，煤炭行业挑战与机遇并存，关键是找准突破口，在核心技术上引入高新技术，在竞争中求生存与发展，并满足环境保护的要求。煤矿的开采技术正是煤矿核心技术。目前，我国机械化采煤量已超过66.3l%其中，综采超过38.40%，随着采煤机械化、自动化程度的提高及新的采煤方法的采用，已经，出现了一批高产高效矿井，形成了一矿一面的格局。国有重点煤矿的全员效率显著提高，目前已出现年产400万t的综采面。但是，总体而言，我国综采面的平均效率仍不高，这与没有可靠的地质保障系统有很大关系。长期以来，国内在煤矿建设以前缺乏系统的工程地质条件评价，不能满足综采所要求的高精度的地质资料：如煤厚变化、顶底板地质条件、小的断层、境保护问题。陷落柱及其它地质异常问题，造成工作面布置的主观性，使我国综采工作面设备总体使用效率低，综采面开机率仅为309:5左右。因此，利用现有的高新技术成果，研究精确地质构造探测的新理论、新方法，研制新的探测仪器，是保证综采发挥最大潜能的前提条件。技术正是煤矿核心技术。以下就是现阶段的采煤新技术： 1、厚煤层采煤方法新技术。 2、绿色开采新技术。 3、瓦斯与煤尘的综合治理技术。 4、巷道支护技术。 5、数字矿山新技术。第三章 几种采矿新技术应用1加拿大诺兰达公司先进采矿技术 诺兰达公司正在依靠技术进步，使其未来的地下硬岩矿山在全世界具有竞争力。作为这项承诺的证据，该公司已投入1 900万美元巨资进行扩充，以实现其蒙特利尔郊外的诺兰达技术中心（NTC）的现代化。约有50位工程师在变革矿体开采方式的设计项目中工作。1901年创办舶这座技术中心存本国拥有200名研究人员，从事林业、制造业、能源和冶金方面的研究。采矿技术组在1984年还处在十分不完善的阶段，当时诺兰达决定加紧采矿工艺的研究研究解决加拿大井下生产的难题，而不依赖引进技术。当1991年2月CMJ参观该中心时发现，诺兰达公司的决定已得到了很好的回报，年青研究人员组成的朝气勃勃的小组正同时开展几个项目的研究，并已为井下操作人员提供了有效实用的机械。他们的成功正是由于他们进行了很好的研究，取得了很多的采矿技术研究成果。11等离子爆破技术按照Jacques Nantel拥有14名研究人员的环境和采矿实验室主任的说法，唯一最为刺激的项目是研究一种“无杂散电流、无干扰的”使用电能丽非化学能的爆破硬岩的方法，如果该项目成功地运用到凿岩爆破装载的连续采矿机上，就可能从根本上改变矿体开采方式。为使这种装置成为矿工实际可用的机器，其操作费用必须低廉，根据现场试验结果，每立方米矿岩消耗019048kW·h的电能，据此可估算能量费用。应用等离子体爆破技术，完成一次爆破所用的电能相当于家庭用的阴离子发生器5min消耗的电能。NTC同凿岩设备厂家洽商，要设计和制造兼备凿岩和爆破两种功能的机器，以便用于地面筑路工程中破碎大砾石和地下矿山破碎大块。Nantel当时说：“一年半以内，我们差不多就应制造出这样的机器”。该研究中心的长期目标是研制一种地下硬岩矿山用的能以每班200t的速度进行凿岩、爆破和装岩的连续采矿机。Nantel当时表明，这项研究可能须5年时间。但是，这种机器不仅能使采矿成本减少到10美元t左右，而且岩层支护费用也会明显减少，因为围岩的爆破事故（超挖）肯定受到限制。在等离子体爆破技术仍处于研究阶段韵时候，NTC在常规爆破孜术方面也取得了明显的进展。研究中心已研究出几种机具，目前已被矿山设计工程师用于改善地下采场的爆破设计。爆破研究组已研制出一种以Autoead为基础的软件用于炮孔设计和布置，一种独特的炮孔测量装置帮助设计师测定偏斜孔的精确位置，以及一种简单的但却很精密的“近区”（“near field”）振动监测装置，可帮助设计师评价爆破方案（安太略省卡纳塔的Instantel公司已在销售这种装置）。12自动操纵技术改善诺兰达地下矿山的安全性和工作条件及降低生产成本的诺兰迭目标的关键是设计地下矿山重型设备的自动化程序。NTC自动化小组已经成功地证实自动亿遥控的装载机的构想，这是最终将导致地面控制装载机的程序的开端。与总部设在蒙特利尔的加拿大自动化和采矿机器人中心（CanadinaCentce for Automation andRobotics in Mining（CCARM）合作研制的计算机系统于1990年在Nority矿赛地进行了装载机的转向，减速和制动等控制程序主任Andre Piche说：“这种系统的优点是一名在操作室内的矿工能同时观察2台或多台装载机，操纵室几乎段有噪音、烟雾和尘埃。他仅在机器进入装载作业循环时，才参与机器的操作。”这种系统明显地减少了许多当时操纵装载机的矿工所面临的顶板危险问题。13遥控控制技术把装载机发生的信号传送到远处控制室的视频传输系统能提供可见的反馈信息。遥控装置现已普遍用在放矿点操作工的视线范围内，这种新系统使控制作业完垒地实现遥控。NTC希望研制一种易于从装载机移到卡革上和易于编制出实现各种作业循环的程序，以满足不同矿山的特殊需要的系统。Piche当时说样机应在1992年制造出，下一步将是把操作者挪到地表这是NTC通讯小组的主要研究目标。为了把握正确的研究方向，由诺兰达各生产部的电气和采矿工程师组成一个12人的委员会，他们确认了几种过程控制和必要的信息，结台工程师们可行的技术知识来设计新系统。委员会下一步将评价那些将过程信息和声波通讯系统结合起来的方法，以避免重返。研究小组通过评价井下现有通讯系统和改进NTC设计系统的技术参数。1991初，在安大略省萨德伯里市鹰桥镍公司所属的斯特拉斯康纳矿进行了几种类型的传输电缆、频带宽配置试验，整个系统大约用了三年时间投入使用。另扑，NTC与安大略省斯卡伯勒市VLF电磁系统公司合作，研究VLF磁波报警系统和分页装置。第一台样机的现场试验工作当时在萨斯喀彻温省的诺兰达公司加拿大中心钾盐矿开始。通过这些年的研究，已经完成了真正的遥控控制技术。2瑞典阿特拉斯柯普科公司采矿技术1992年6月，在瑞典吕勒奥大学召开的第二届国际矿山机械化和自动化会议。为采矿工程师、研究工作者及矿山经理们全面了解矿山自动化和遥控技术水平提供了良机由于矿山生产者经常受到来自低成本同行的压力，提高劳动生产率巳成为当务之急。自动化可以提高劳动生产率，因为工人工间休息和进餐都不必停机。例如，使用塔姆鲁克Data Solo自动钻机凿岩，司机开孔后就能离开，让钻机自动钻进到预定深度，退钎、卸钎和储杆全部实现自动化。分段崩落法、分段空场法和VCR法等大规模采矿法的普遍使用，促进了30m和30m以上深孔钻机的发展。钻机制造厂家认为，在深孔钻机上应用自动控制技术，可按设计精确布孔，从而获得最佳的爆破效果。此外，因激光导向的计算机控制的钻机无需在工作面标明深孔位置，所以钻机定位工作循环时间都较短。阿特拉斯柯普科公司RHS钻机控制系统将机械化装卸钎杆的优点与遥控工作台安全性结合起来，所以工人可以避开凿岩溅水和粉尘。RHS系统与BAK17深孔钻机结合可实现凿岩自动化。电子控制装置可实现“软启动”凿岩，减少钻机和钻杆上的初始液压冲击，接设计顺序开始平稳凿岩，经常测量钎杆的扭矩和压力，并根据不同的岩石条件及时调整压力和扭矩。阿特拉斯柯普科公司的研究表明：孔内实际凿岩时间只占凿岩工作班的25甚至更低。由于无人操作的钻机提高了孔内实际凿岩时间，遥控技术又把工人从繁重的体力劳动中解脱出来，从而可能提高劳动生产率。3澳大利亚生物采矿技术澳大利亚联邦科学工业研究局（CSIRO）目前正在研究开发生物采矿技术。所谓的“生物采矿技术”就是利用微生物来将如铜、金、铅、锌、镍、银等金属从它们的矿石中提取出来。生物科技已经在保健和农业方面做出了巨大贡献，如果生物采矿技术能够取得成功，这将是生物技术的又一应用，并且也将是矿业界的一场革命。目前，生物处理技术在黄金和铜的提纯中已经开始使用，但这一用途和所要开发的生物采矿技术比起来就算不上什么了。生物采矿技术就是要把适合和微生物或虫子放到地底下，用它们来开采矿产和能源；用它们来开采的金属将会更便宜、更环保；而且用它们还能开采很多目前的技术开采不了的矿藏。适合于生物采矿技术的微生物是一些在地球上生活最久的生命，它们大约已经存在了30亿年了。早在人类出现以前，这些微生物就拥有了能够适应极端恶劣的本领，例如高温、高压、高盐度、高酸性的环境等等；同时，它们还能够以硫磺或其化合物来维生。CSIRO的科学家搜集这些微生物的场所主要在火山的附近，因为那里有高温并含有丰富的矿藏的水，而在这种水中就生存着所要寻找的微生物。这些微生物可以在其自身的新陈代谢过程中把金属矿石加以提炼和净化。例如，有的微生物可以吞进金属矿石中化合物，而排出纯净的金属；而有的微生物的排泄则可以将金属从其混合物中过滤出来。从观察中可以发现，越是在高温下生活的微生物，它们“工作”的越快，因为高温环境可以加快它们的新陈代谢过程。从目前的生物采矿技术来看，微生物提取的速度要比传统方法慢，但成本要低，而且环保和节省能源。一些主要的国际采矿业公司已经开始使用生物处理技术来从金属矿石的废料中提取残存的金属。如果使用传统采矿技术，这些残存的金属是无法产生经济效益的。而采用生物采矿技术就意味着，不仅仅高品质的矿藏是有价值的，即使低含量的矿藏一样可以通过该技术来发挥效益；甚至人们可以让微生物在地下进行“工作”，然后仅仅把提炼好的金属传送到地表。CSIRO认为对于澳大利亚来说，生物采矿技术是一个意义深远的工作，因为澳大利亚最大最好的矿产资源正在逐渐减少，而在过去十多年里还没有发现任何世界级的新矿藏。如果生物采矿技术能够早日用于实际开采，那么它可以使澳大利亚的矿藏的使用期限延长数百年。第四章 煤矿开采新技术的发展趋势作为国民经济基础工业的煤炭工业和其它产业一样要参与市场竞争。为了提高质量，降低成本，增强参与市场竞争的能力，传统的劳动密集型的煤炭工业正在发生巨大的变化，建设现代化高产高效矿井已成为煤炭工业的根本出路。发展机械化、自动化生产工艺，实行集约化、集中化大生产的方式，已经成为煤炭工业企业追求和探索的片向和目标。80年代中期和90年代初期，世界上先进产煤国家，如美国、澳大利亚、德国、英国和南非等，在矿井高产高效建设上采取了一系列卓有成效的改革，从而形成，生产能力大、自动化程度高、安全可靠、开机率达95%以上、工作面单产和工效成倍提高的新一代高产高技综采设备；一批大型的、集约化、高度集中生产的矿井出现了。 我国的高产高技矿井建设，是在发展综合机械化采煤技术的基础上发展起来的。从1970年我国第一套综采设备在大同矿务局煤峪口矿试验成功以来，就开始了综采技术的探索、研制的试验工作，1987年全国就有19个综采队实现年产百万吨，1996年年产百万吨以上的综采队增至72个，现在神东精煤公司出现了一批年产1 000万t的特大型矿井，发展极其迅速。随着产量和工效的提高每吨煤成本大幅下降，市场竞争力增强，矿井安全状况得到明显改善。 纵观煤炭高产高效矿井发展现状，对现阶段高产高效矿井的特点及发展趋势进行如下探讨，以促进我国高产高效矿井的建设。1矿井井型大型化 高产高效矿井的特点就是产量大，效率高；要求煤炭储量丰富，设计井型大，这是建设高产高效矿井的先决条件。如神东公司大柳塔煤矿，设计年产600万t井田范围13 4 km x 10. 4 km，井田面积131 54 km2，可采储量亿英国塞尔比煤矿，年产量l OOO万t，井田范围18 km x14 km，井田面积300 km2可采储量达亿t。同时相应的外部条件要满足生产的需要，如煤炭外运、供电、供水等系统必须与之相适应。2开拓布置单一化 就开拓方式而言，平硐和斜井最有利于实现高产，只要地质条件允许，应尽量采用这两种开拓方式，以便实现大流量连续出煤。它要求开拓布置系统简单，一个水平开采层煤，布置一个采煤工作面。一般采取沿煤层布置开拓大巷，沿大巷两侧布置条带工作面。传统的上、下山采区及盘区布置已发生了重大变化，其走向及倾斜长度比过去增大很多。其目的在于能够实现连续高强度集中生产。同时系统的简单利于辅助运输，可实现快速搬家。3 煤炭生产集中化 高产高效矿井一般采用一井一面或一层（或一水平）一面的格局，简化环节，集中生产，其工作面长度一般为220-250 m，最长的达300 m以上；工作面走向长度一般为2 000 -3 000m，最长的达7 000 m以上；以利于高度集中生产。加长工作面长度主要是为了减少进刀次数，增加有效截割时间；延长工作面走向长度则是为了减少工作面搬家次数，增加有效生产时间，提高设备利用率。4回采工艺简单化 由于高产高效工作面推进速度很快，要求相应的回采工艺简单易行，能够实现快速作业。落煤、装煤、运煤、支护，辅助运输是一个整体的过程，所有的环节应具有快速作业的特点。 在现今的高产高效工作面中，采煤机割煤大多采用端部斜切进刀单向割煤方式。由于采煤机割重刀时，落煤量大，易出现溢煤、装煤不彻底现象，不利于快速推移刮扳机，增大了清理架间煤的工作量，不能够保证割煤效果，迟滞了工作面的推进速度。采用单向割煤方式，实践中重刀时割顶刀及部分底刀，返程时割底刀及清理浮煤，实现了空重刀匹配均匀装煤，保证了割煤、装煤、移架、推刮板输送机的连续性。 在工作面推进过程中，端头支护及超前支护是制约推进速度的一个重要环节。一般情况下，工作面运输平巷、回风平巷原始支护均采用锚杆及锚索支护，超前支护采用带帽单体液压支柱进行维护，上、下端头采用加长顶梁的液压支架支护。这种方式既保证了端头支架前移不受巷道支护影响，又实现了端头及超前支护的快速前移。 工作面运输平巷和回风平巷均采用大断面多巷式布置，一般为两巷或三巷，使用无轨胶轮车及设备和人员运送车进行辅助运输，辅助运输系统简单，没有或转运环节很少，使设备、物料、人员能够快速到位，减少非生产时间，从而提高开机率。5设备配套选型合理化 矿井要实现高产高效，就得装备先进的高产高效的综采设备，其生产系统的先进性和可靠性不只取决于单个设备的先进性和可靠性而且同设备的合理配套密切相关。国内外高产高效工作面的选型配套，也以生产能力和可靠性协调性为主，既无个别设备能力过大，受系统综合能力的限制，难以发挥其效能的现象，更无个别设备生产能力低、可靠性差，影响工作面正常生产的现象。 现阶段我国高产高技矿井建设模式基本上有三种： 1)采用国内研制的全套国产大功率新型综采设备的综采工作面，达到日产7 000t以上，年产200万t以上。 2)引进部分关键综采设备，如电牵引采煤机、重型刮板输送机、液压泵站、3 3 kV变电站和供配电设备等，配以国产装有大流量阀组的液压支架和大运量带式输送机装备的高产高效综采工作面，达到7 000 - 10000 t/d200 - 300万t/d。 3)伞套引进国外高产高技综采设备装备的综采工作面，达到平均10000td以上，300万ta以上。 现在的双高矿井，装备的综采设备具有如下特征： 1）双滚筒采煤机。以电牵引取代液压牵引，向多电动机、大功率、机电一体化方向发展，既提高了截割牵引速度和截深，大幅度提高单产，又增强了运行可靠性，且操作简易安全，维修方便。因而选用电牵引采煤机已成为发展的必然趋势。 电牵引采煤机的另一主要特点是装备了以微型电子计算机为核心的电控系统。该系统采用先进的信息处理技术和传感技术，实现机电一体化，对采煤机的运行工况及各种技术参数信包进行采集、处理、显示、存储和传输，并通过编程软件对采煤机进行全面控制、监测保护（如过载、过热、漏电、供水水压和流量、误操作等）以及实现采煤机电气系统的自动调节、截割电动机功率自动平衡和机械故障自动查寻诊断等多种功能。2)液压支架改手动操作为电液控制系统，大大加快了移架速度，并向掩护式、支护强度高、工作阻力大、中心距宽、稳定性好和整机重量轻、使用寿命长等方向发展。由于掩护式液压支架对煤层顶板适应性较强，防止矸石进入工作面的密封性能好，世界上先进采煤国家已普遍使用掩护式液压支架。美国和德国主要采用两柱掩护式液压支架，英国和澳大利亚则较多选用四柱掩护式液压支架。为了满足中厚煤层一次采全高的需要，支架的支撑高度，支护强度和工作阻力不断加大，支撑高度已增加到了4-5 m，支护强度一般为0.80-0. 95 MPa，最大已达到1.1MPa;工作阻力一般为6000-8 000 kN最高已达10000kN。为了改善支撑高度加大后的稳定性，液压支架的宽度（两支架的中心距）已由1. 5 m增加到1.75 m，正向2m发展。随着支撵高度、宽度和工作阻力的加大，对支架的结构设计和钢材的选用也提出了更高要求，目前STE700级以上高强度钢板(屈服限b=690 MP.，抗拉强度极限b=700 -930 MPa)的使用量已超过70%。支架的结构设计更加合理，样架耐久性加载试验项目齐全，加载循环已超过30 000多次，从而获得重量相对轻，使用寿命长的良好效果。 目前，液压支架的电液控制系统，实现了液压支架双向邻架自动顺序和成组顺序控制，并能进行全工作面的自动控制，移架速度大幅提高。现一般移架速度达到6 -8 s架，最快的已达3s/架以下。 3)工作面可弯曲刮板输进机采用交叉侧卸式机头，配备大功率双速电动机，大大提高了运煤转载效率，并向大运量、软启动、高强度、重型化，坚固耐用方向发展。 同刮板输送机配套的转载机和破碎机也正向大运量、大功率、重型化、高强度方向发展，能力比刮板输送机大10% - 20%，装机功率一般为200 - 300 kW，最大的已达到375 kW。转载机的长度日趋缩短，以便于推移，目前已从传统的45m缩短到25 -28m。转载机头和可伸缩带式输送机机尾已实现整体自动推移，减少了非生产时间。 4）工作面运输巷的煤流运输，普遍选用长距离、大运量、大功率的可伸缩带式输送机，以保证煤流运输的畅通。可伸缩带式输送机正向单点多电动机、软启动和监测监控系统、保护系统齐全、自动化程度高的方向发展。 5)工作面电气设备采用了高电压、大容量的干式变压器和组合式自动调节控制开关。主要电动机的供电电压等级已由1140 V上升到3. 3 kV或4.16 kV，有的甚至达到5 kV。各类设备均装备有功能齐全的运行监测监控系统，正向半自动化和自动化的方向发展。6工作面搬迁迅捷化 由于高产高技综采设备的价格高，可靠性强，开机率高，因此不设备用面，以减少投资费用。这就要求综采工作而在搬家倒面时，实现快速搬迁，降低工作面非生产时间。我国神东精煤公司，使用无轨胶轮车进行井下“面对面”搬迁，一般只用7d。大同煤矿集团马脊梁矿，在传统的运输设备基础上，使用网络技术，排工期，实现最大限度的平行作业，“面对面”搬家已降至20d。 7巷道掘进快速化 高产高效综采工作面的推进速度一般为10-20 m/d要求平巷的掘进速度达到30 - 50 m/d甚至更大，这样高的掘进速度，部分断面掘进机已难以达到。因此，使用连续采煤机或掘锚联合机组开掘高产高效工作面平巷已成为必然。现今掘进设备的使用，一般宜遵循如下原则：1)开掘半煤岩或全岩巷道则应选用大功率部分断面掘进机。2)开掘长距离单头煤巷则宜使用掘锚联合机组。3)双巷或三巷制的工作面运输巷和回风巷的掘进，则以应用连续采煤机为好。 而今，在煤巷的快速掘进中，已呈现出掘锚联合机组和连续采煤机取代部分断面掘进机的趋势。