採煤

採煤（coal mining），就是把有價值的煤炭從地下或地表分離並運離現場。

基本介紹

• 中文名：採煤
• 外文名：coal mining
• 方法：機械化
• 試驗：地下氣化
• 開採方式：露天開採、地下開採

簡介

煤礦床呈層狀賦存，分布範圍廣，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,約占當時世界總產量的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。

過程

採煤過程

無論露天開採還是地下開採，都須首先進行地質勘探，查明含煤地層的分布範圍、可采層數、層厚、傾角、儲量，以及地質構造、自燃傾向、水、瓦斯等賦存狀況和開採條件，然後合理規劃礦區的建設規模、礦井數目、產量和建設順序。根據礦區總體設計和礦井設計，逐一建設後移交生產。露天開採包括剝離和採煤作業。首先剝去上覆岩層，使煤層敞露，然後開採(見露天採礦方法)。地下開採則需開鑿一系列井巷（包括岩巷和煤巷），進入地下煤層，然後進行採煤（見地下採煤方法）。 採區是井下生產的基本單元，礦山開拓和採區巷道布置是井下開採的重要組成部分。採區內布置一系列巷道和若干回採工作面，建成從工作面到井下大巷的運輸、通風、供電、壓氣、煤倉等生產系統。視煤層賦存條件，可在單一煤層中布置採區，或在幾個相鄰煤層中聯合布置採區。為維持礦井持續生產，在回採的同時，需及時進行開拓工作和準備新採區，形成新工作面。此外，還要布置聯通井下各採區的開拓井巷，形成全礦性的井下生產系統（見採區巷道布置）。

通過井下運輸系統,將采出的煤和矸石運到地面,把人員、材料、裝備從地面運到井下工作地點。礦井通風系統不斷供給井下新鮮空氣,利用各種通風結構設施,迫使風流到達井下每個作業點，供井下人員呼吸、降溫及稀釋瓦斯等有害氣體；乏風通過迴風井巷排出地面（見礦井通風、礦內空氣、礦井熱害）。井下各工作地點所需的電力、壓氣動力、防塵等安全措施及用水，分別以專用管線，從地面變電站、壓風機房以及貯水池輸送到井下去（見礦山動力供應、礦山供電系統）；井下湧水則需在井底設集中水倉、水泵房，通過排水管排到地面(見礦山排水)；充填、井下防火等特需的充填材料、泥漿須另設專用的設備和輸送系統。露天開採須增設剝離、排土、堆土裝備，以及相應容量的排土場；采深不大時，無需通風措施。

採煤機械

從國內煤機競爭態勢來看，我國煤機製造企業受計畫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，我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，大而不強是我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。

國內煤機行業的兼併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。

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；以及頻寬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，使全世界露天採煤占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。 采

採煤力學理論

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布，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年代後，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 在煤礦開採套用方面的研究也取得顯著進展。首先在露天開採中套用，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套用）。

礦山地壓及其控制,系統工程在採煤中的套用,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。

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。

採煤相關民謠

無農不穩，無工不富。窮奔礦山，富奔口岸。

山上煤山路角彎，煤山流水響潺潺。

荒山野鳥般般叫，叫得窮人心膽寒。

人窮別把煤礦奔，到了煤礦死山間。

礦主不養爺，自有養爺處，實在沒活路，爺去當八路。

不立規矩不成方圓，不守規章不保全全。

採煤有保證，掘進必先行。

若要出煤炭，抓好風、運、電。

井下的風，礦工的命。

采厚丟薄要不得， 厚薄開採要搭配。

不怕生產任務重，就怕採掘不均衡。

割煤先灑水，濕潤無煤塵。

打眼放炮甩大鍬，不如綜機割一刀。

敲幫問頂查險情，安全作業有保證。