採礦學科前沿進展—煤礦安全高效開採技術現狀與展望
摘要：闡述了我國煤礦開採技術發展的現狀和存在的問題，指出我國在煤礦生產過程中沒有從根本上控制頂板、瓦斯、衝擊地壓、透水等重大事故和留設煤柱造成的嚴重開採資源損失。闡述了我國煤礦安全高效技術取得的成就並對其發展方向闡明了觀點。
關鍵詞：開採技術；發展現狀；發展方向
能源是人類生存和發展的基礎，能源與我們的生產、生活息息相關。煤礦是我國化石能源的主體，煤礦儲量在化石能源中所佔比重為97.9%。
2023年已探明的地質儲量為1.5萬億t，居世界第3位，預計儲量4萬億t。近十年來，煤礦產量增長迅猛，由2023年的13.
81億t增長到2023年的33億t，年均增加1.9億t，「十二五」末規劃38 億t，增長24.6%。
然而，在煤礦生產過程中，頂板、瓦斯、衝擊地壓、透水等重大事故沒有從根本上（即在依靠正確的理論指導和現代裝備、管理手段的基礎上）得到控制，嚴重影響我國煤礦安全生產。開採沉陷環境災害嚴重，採用留設煤柱護巷和控制地表沉陷傳統開採方法造成的煤礦資源損失比例超過40%。實現煤礦安全高效開採，有效地控制環境災害，最大限度地採出煤礦資源是我國能源安全和國民經濟發展保障體系建設中的重中之重。
1 我國煤炭開採技術發展的現狀和存在的問題
1.1 發展現狀
目前我國「實用礦山壓力控制理論」，從研究的系統性、深度、體系的完整性，以及用以指導開採實踐取得的成就已經走在世界的前列；我國建立、發展並逐步完善了以「採動覆巖運動和支承壓力分布」為核心的採場結構力學模型和各類重大事故控制決策結構力學模型體系，以及相關結構引數確定的方法、數學力學模型的建設；我國通過大量現場事故案例分析和成功的控制實踐，深刻揭示重大事故與生產現場「採場結構模型」建設關係的研究基礎上，在推進重大事故控制決策模型體系的建設研究方面取得了重大進展；我國了解和掌握不同開採模式條件下採掘工作面推進可能發生瓦斯事故的地點以及相關的瓦斯湧出量的重大差異，了解了瓦斯事故災害實現條件有採動空間聚集的瓦斯濃度超限，有充足的氧氣和有明火引爆（三者缺一不可）。
目前國有大型企業賦存條件好的薄及中厚煤層綜採技術進入國際先進行列，厚煤層綜放開採技術及經濟指標處於國際領先地位。但中小型礦井綜採工作面比例很低，開採技術與裝備水平比較落後。大部分礦井仍存在採掘工作面推進引發的採場重大事故，沒有從根本上控制高應力區掘巷引發重大事故和留設煤柱造成的嚴重開採資源損失，衝擊地壓、水害等重大事故多發局面依然存在。
1.2 存在的問題
（1）頂板、瓦斯、衝擊地壓、透水、突水等重大事故，還沒有從根本上也就是在正確的理論指導和可靠的生產和監控手段保證的條件下得到有效地控制；
（2）採用留設煤柱護巷，控制相關事故和留設煤柱控制環境災害造成的煤炭資源採出率不足60%；
（3）保證低成本執行，有效控制環境災害的「綠色開採理論和技術」有待取得新的創造性突破；
（4） 開採沉陷和重大透水、突水事故等造成了地表塌陷和水資源流失等重大環境災害。
2 我國煤礦安全高效開採技術發展的成就
（1） 綜合機械化技術取得重大突破，產量、效益、安全生產狀況進入國際領先水平。機採高度突破7 m；成功的製造和使用了世界最高的液壓支架（6.2 m支架成功的在神東、晉城等礦區使用，年產量超過1000萬t）；神東礦區工作面最大長度達到400 m，年產超過1500萬t，全員效率達到140t，是美國、澳大利亞等發達採煤國家的1.
5到2倍，百萬噸死亡率0到0.01，世界最低。
（2） 綜採放頂煤安全高效開採技術和裝備已形成體系，繼續處於國際領先地位。山西同煤集團塔山礦綜採放頂煤的厚度突破20m（機採高度已達6m，可以滿足1：3的採放比的控制目標）；採用每小時3000t的放煤運輸機，實現了工作面高速推進，年產突破1000萬t的水平。
隨著放煤運輸機能力的提高和新型放頂煤支架研製和使用的成功，實現了工作面長300m，年產突破1500萬t的目標；構建了防止瓦斯、頂板、火災等重大事故的安全開採的理論和技術體系（新型巷道布置系統、瓦斯抽排技術裝備、工作面和巷道頂板控制技術和裝備等）。
（3） 煤與瓦斯無煤柱同採成套技術實現了瓦斯、衝擊地壓、煤與瓦斯突出以及火災等重大事故一體化控制的新突破。相關技術包括：回採工作面高效綜採綜放開採技術；機械化巷旁充填錨網支護高效無煤柱留巷技術；回採工作面前、後方瓦斯同時抽排和通風系統一體化技術。
（4）煤炭開採的環境控制技術、開採沉陷控制技術取得了重要成就，如井下矸石充填的技術和裝備，取得實用性突破並進行大面積推廣；開採伴生的廢棄物再利用技術取得了重要突破，已成功的進入使用階段。
3 我國煤礦安全高效開採技術發展方向
3.1 發展方向
煤礦事故有效控制的途徑有：實現生產過程機械化和自動化，重點突破適應各種地質開採技術條件的數字資訊控制機電一體化裝備，提高煤礦生產機械化和自動化生產水平；實現煤礦安全高效開採決策和實施管理的資訊化、智慧型化、視覺化和自動化。
針對面臨的問題，煤炭安全高效開採技術發展的方向及相關技術突破的重點包括三個方面：一是在頂板控制設計理論指導下「量體裁衣」，實現採掘工作面生產綜合機械化、自動化，從根本上解決頂板事故災害控制問題。二是在「實用礦山壓力控制理論」指導下，以機械化採集井下矸石為主體的綠色高強充填材料。
實現無煤柱充填開採，控制瓦斯、衝擊地壓、水害等重大事故和環境災害問題。三是提高煤礦現代化管理水平，實現煤礦安全開採和環境災害控制資訊化、智慧型化、視覺化。
3.2 安全高效開採技術突破的重點
（1）深化回採工作面頂板控制理論，研製出智慧型綜採支架和智慧型挖底充填綜掘機，實現操作過程的實時遙控，裝備薄及中厚煤層回採工作面，避免重大事故發生，並有效緩解中小型煤礦採用傳統綜採的高成本、低效益的局面。
（2）深化巷道礦壓控制理論，研製出巷道智慧型挖底充填綜掘機，保證杜絕老塘（採空區）透風，有利於瓦斯抽放、注氮防火工藝實施，實現「無煤柱護巷開採」成套技術的智慧型化。
（3）深化實用礦山壓力控制理論，建立「智慧型化開採指揮中心」，集事故**、實施監控、控制決策、人身防護功能於一體，並可滿足無線通訊和電液遙控操作距離的要求，方便工作人員及時進入工作地點視事，完成相關資訊採集系統和決策軟體開發任務。
（4）完成重大事故**和控制決策及其實施監控支援系統建設的實用性突破。融合事故**和控制決策模型和相關資訊基礎建設於一體的決策支援系統，包括採前**和控制決策，以及實施過程中，根據監測儀表手段採集的岩層運動和應力場應力分布等動態資訊，判斷事故控制效果，提出新的控制決策實施方案等2個部分。
4 結語
煤炭產量在我國能源結構中比重超過65%,是國民經濟發展和國力保障的重要基礎。雖然經過數十年的發展完善，頂板、瓦斯、衝擊地壓、透水等重大事故仍然沒有從根本上（即在依靠正確的理論指導和現代裝備、管理手段的基礎上） 得到控制，嚴重影響我國煤炭安全生產形象。煤炭安全高效開採技術取得的突破所產生的經濟和社會效益已經顯現，但要突破傳統管理模式的束縛，實現煤礦安全高效生產和環境災害控制決策和實施監控的資訊化、智慧型化和視覺化，最大限度地採出煤炭資源，還需要持續進行依靠正確的思想理論指導和現代高新技術的安全高效智慧型化開採的理論科學研究，這將是當前乃至今後乙個時期的主要工作。
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