王家臣中国矿业大学 ( 北京 )

2013-031

我国煤炭资源开采特点我国煤炭开采的主要问题科学采矿的内涵科学采矿技术进展急需解决的问题

提纲

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1.我国煤炭开采特点The distribution of coal resource in China

3.8%

40.1% 40.6%

4.5%

5.8%2.6%

2.6%

3

与经济发达程度、水资源丰度呈逆向分布高瓦斯、突出矿井多， 50%

多煤层开采，反复扰动地质构造复杂，机械化困难、安全难度大水患威胁严重

煤炭资源赋存特点

4

煤炭生产特点产量大 , 12年达 37.4亿 t,占世界煤炭产量51%

开采强度大 (2500万 t/a)

地下开采比例大 , 达 90%，矿井数量多 :1.5万处多种所有制并存不同所有制、不同地区技术差别大煤炭产量持续大幅度增加 ( 近 2 亿 t/a)

5

U.S.A 60%60% IndiaIndia 62%62% Australia 70%70%

Canada 91%91%

Russia 62%62%

South Africa 50%50%

The coal production ratio of the surface to the underground mining in the world

6

大型基地建设取得成效。 2010年 14个大基地产量达 28亿吨，占全国煤炭产量的 87.5%

内蒙古、山西、河南、贵州、山东、安徽、河北、新疆等八省区的年煤炭产量超过亿吨，总产量 23.5亿吨，占全国的 72.53%

The Coal Production during “Eleventh Five Plan”

Coal output(0.1 billion )

Increase ratio

7

0

51015

20253035

2005 2006 2007 2008 2009 2010

煤炭总量 国有重点

国有地方 乡镇煤矿

国有重点煤矿68.75亿吨State-operated coal enterprise

乡镇煤矿 52.36亿吨Small coal enterprise

国有地方煤矿 17.93亿吨Local state-operated coal enterprise “十一五”期间各所有制煤炭产量累计

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2 、我国煤炭开采的主要问题伤亡事故多 , 安全形势严峻资源回收率低机械化程度不均衡环境修复与再造需要加强行业总体收入不高

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我国煤矿事故起数由 2005年的3306起下降到2010年的 1403起，下降了57.6%；死亡人数由 2005年的5983人下降到2010年的 2433人，下降了 59%；煤炭百万吨死亡率由 2.811下降到0.749，下降了73%。

The safety situation per year during “Eleventh Five Plan”

Accident Events Fatalities

Fatalities per 1000 thousand tons of coal

2011年百万吨死亡率0.564 10

0246

8101214

国有重点煤矿 地方国有煤矿 乡镇煤矿

*10 t产量 亿

*1000死亡人数 人

百万吨死亡率

全国平均 国有重点国有地方 乡镇

0.749

0.289

0.624

1.4172010年各类煤矿百万吨死亡率

十一五期间不同所有制的煤炭产量、死亡人数和百万吨死亡率

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41179

561

120275317

432

44249

101259

78256

389

1027

131

1465

1811

553

1066

2991393776

402

560200400600800

100012001400160018002000

北京 河北 山西内蒙古辽宁 吉林黑龙江江苏 安徽 福建 江西 山东 河南 湖北 湖南 广西 四川 贵州 云南 重庆 陕西 甘肃 青海 宁夏 新疆新疆兵团

“十一五”期间全国各省市煤矿死亡人数

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Most Dangerous Professions in the U.S.(fatalities per 100,000 workers)

1 - Fishermen & Crabbers (111.8)2 - Loggers (86.4)3 - Pilots & Flight Engineers (66.7)4 - Iron & Steel Workers (45.5)5 - Oil & Gas Production (43.9)6 - Farmers & Ranchers (38.4)7 - Coal Miners (29.9)8 - Roofers (29.4)9 - Electrical Power Line Installers/Repairers (29.1)10 - Truck Drivers (26.2)11 - Refuse & Recyclable Material Collectors (22.8)12 - Police & Patrol Officers (21.4)

Source: US Labor Statistics

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14

3.科学采矿的内涵科学采矿 : 是一个抽象概念，但有其具体内涵：（ 1）安全生产，主要安全指标达到或接近先进采煤国家水平，或者好于全国其它基础行业；（ 2）机械化或自动化开采以提高生产效率和改善作业条件，工人作业不但安全，还应舒适；（ 3）提高煤炭及伴生资源采出率，最大限度地节约或采出地下资源及伴生资源，满足或高于国家和行业标准；（ 4）煤矿开采必须在全国或地区环境容许的承载能力之内，且对开采扰动造成的环境损害进行修复；（ 5）清洁、节约、可持续发展，实现零排放。 15

科学采矿的实现

全国范围内有序开采、科学开采

煤矿企业内有序开采、科学开采

由国家有关部门负责

由企业内部负责

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4.科学采矿技术进展4.1 特厚煤层开采（ 1）大采高开采 (≥ 6m)

工作面月产 150万吨、采高 7 米、支架阻力 20000KN

水平 17

ZF15000/28/52 shield support

for top-coal caving

（ 2）放顶煤开采 (≥ 12m)

特厚煤层软煤层急倾斜特厚煤层近距离煤层合层综放工作面月产 150万吨

(≥ 6m)

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美国支架工作阻力逐年增加最近的 25 年来 , 美国支架工作阻力平均每年增加 20 短吨（ 177.8 KN ），目前最大支架工作阻力达到 1330 短吨（ 11827 KN ）

（ 3）支架工作阻力迅速增加大工作阻力支架有利于控制顶板下沉和提高支架可靠性，有利于防止煤壁片帮和端面漏冒；因此 , 在经济和矿井条件允许情况下，普遍趋向采用大阻力支架，在近 10年来支架工作阻力增加了一倍，平均每年以 1000KN的速度增加 , 目前达到 20000KN的水平。

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4.2 充填开采

充填方式 固体重量浓度 工艺技术优点 工程应用强度 成本（ 1）矸石充填 100% 简单、耐久 ﹤1MPa 低（ 2）高水材料 20% 流动性好 ﹤1.5MPa 高（ 3）膏体充填 80%~84% 强度大 ﹤4MPa 较高（ 4）高浓度胶结 75~80% 流动性好、强度大 ﹤5MPa 较高

工作面最高月产煤炭 8 万吨

（ 1）地面塌陷（ 2）坚硬顶板控制（ 3）底板破坏与突水

20

21

4.3 自动化开采与远程控制

22

4.4 煤与瓦斯共采

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4.5 大倾角综采

（ 1 ）工作面先移排头架，自下而上移架（ 2 ）移排头架，间隔交叉移架，互为依托

1 2 3 4 5 12

34

5

1 2 3 45

1 2 3 45

工作面综采可以达到 60°煤层

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塌陷区治理难点

土地贫瘠干旱缺水根系拉伤

增加养分吸收节约水分利用修复根系功能

菌根生态功能

微生物复垦试验示范基地建设

以简单的微生物技术取代大规模整地工程技术，以简单的微生物技术取代大规模整地工程技术，因地制宜布设示范区因地制宜布设示范区

4.6 微生物复垦

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向日葵在生长 3 个月后，接种菌根效果显著，开花期提前 2 周，花盘明显增大（种植 2 年均有此规律）

对照 接菌

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5.急需解决的问题5.1 提高特厚煤层开采回收率

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（ 1）煤柱留设与无煤柱开采

沿空掘巷引起的煤帮应力重新分布

掘巷后掘巷前

窄煤柱护巷引起的煤帮应力重新分布

掘巷后掘巷前

一般煤柱宽度 20~30m，占煤损的 10~15%。

建议沿空留巷，充填材料护巷，无煤柱开采

（ 2）尽可能加大工作面长度和可采长度

800~1000ft/70%

601~800ft/13%1001~1200ft/11%＜ 601ft/2%

＞ 1200ft/4%

2005年美国长壁工作面长度统计最大 1450ft(442m)

平均 978ft(298m)

2005年美国长壁工作面可采长度统计最大 16000ft(4877m)

平均 8629ft(2629m)

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（ 3）确定合理采高与工艺方法大采高放顶煤

合理采高，以提高回收率为目标顶煤回收率是关键

大同朱罗系煤体三维网络 平朔煤体三维网络

Beacher’s Model

工作面回收

率

30

顶煤跟踪仪

31

0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 13. 72

4. 44

5. 28

6. 36

7. 2

工作面钻孔安装顶煤跟踪标签

工作面 埋深 /m 倾角 /°

f= 割煤高度 /m

顶煤厚度 /m

放煤步距 /m

顶煤回收率 /%1 337~530 2 3.5 3.5 9.7 0.8 53.2

2 337~531 2 4.0 4.0 9.3 0.8 58.3

3 104~122 2 2.5 2.5 3.5 0.6 83.3

4 200~250 2 3.0 3.0 4.2 0.8 69.6

5 420~546 45 2.5 2.5 8.5 1.2 68.5

6 480~510 12 2.5 2.5 8.8 1.0 68.5

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（ 4）放顶煤开采的采选综合效益最大化

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 160

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

实 测 数 据 试 验 数 据 实 测 拟 合 曲 线试 验 拟 合 曲 线

%工

作面

总回

收率

（）

%总 含 矸 率 （ ）

采煤与选煤回收率与含矸率的关系

放顶煤开采工作面回收率与含矸率的关系

33

)98.013.03.0(*

)13.18063.3(

09.001.0

wcwc RR

ws

ee

RRE

)0.14.021.0(*

)13.18063.3(

02.008.0

wcwc RR

ws

ee

RRE

放顶煤开采工作面采选综合效益最大化数学模型煤层 A 煤层 B

R—工作面可采储量 ; Rws—工作面含矸率。

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5.2 提高充填开采效率和降低开采成本（ 1）充填开采的目的

农田下村庄下水体下铁路与道路下坚硬顶板冲击底板破坏突水（ 2）建立不同充填开采目的的技术准则（ 3）建立充填开采支架围岩关系及控制目标

5.3 矿区科学规划和有序开采（ 1）考虑环境、水资源的承载能力（ 2）保证煤炭及伴生资源的回收率（ 3）先易后难，保障安全开采条件（ 4）改善作业条件

5.4 开采的安全保障（ 1）矿井条件（ 2）安全技术与装备（ 3）安全管理（ 4）安全监察与监管（ 5）人员素质

避免 3 人以上事故

减少死亡事故

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5.5 提高工资成本（ 1）提高人员素质（ 2）提高人员工资（ 3）遇到困难首先降低员工工资的做法值得商榷（ 4）管理人员与技术干部要经常出去学习、交流

提高从业人员素质

5.6 科学人才培养（ 1）力学（ 2）机电与信息（ 3）数学与计算机（ 4）资源经济与环境（ 5）管理与文化

人才是根本

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