煤炭开采技术(煤炭开采技术落后)

我国煤炭资源大部分采用井工开采方式，长壁采煤法是使用最普遍的井工采煤方法。根据回采一个工作面是否需要留设煤柱以及留设煤柱的大小，长壁采煤法可分为长壁开采121（大煤柱）工法、长壁开采121（小煤柱）工法、长壁开采111工法以及长壁开采110/N00（无煤柱）工法等。前两种工法回采一个工作面均需留设煤柱，同时需要在回采工作面两端分别掘进两条巷道，因此均属于长壁开采121工法，或简称121工法。长壁开采111工法即充填留巷采煤法，随工作面回采推进，利用巷旁充填混凝土砌块、矸石带以及高水材料、膏体材料等手段，沿采空区边缘维护保留原回采巷道，从而取消护巷煤柱，作为下区段工作面沿空回采巷道使用，属于无煤有柱开采方式。相比较于111工法，110工法实现了真正意义上的无煤无柱，而N00工法则是一种更为先进的采煤工法，工作面无需提前掘进巷道，巷道通过采煤机采出并通过切顶卸压自成巷技术保留下来，真正实现无煤柱留设、无巷道掘进。

近百年来，我国煤炭生产体系一直以基于砌体梁理论和传递岩梁理论提出并完善的121工法为主，即每回采一个工作面，需掘进两条顺槽，并留设1个煤柱维护巷道稳定。但煤柱的留设导致了围岩应力场应力集中程度急剧增加，在巨大的矿山压力作用下应力分布不均匀，不利于巷道稳定维护及安全开采，同时也造成煤柱资源损失。并且随着开采深度的增加，传统长壁开采121工法受到挑战，深部巷道围岩大变形问题引起的灾害事故愈加严重，尤其是顺槽巷道事故频发。据不完全统计，深部顺槽巷道事故约占总事故的80％～90％，而其中80％～90％的事故又发生在沿空顺槽巷道。因此121工法存在回采率低、大量资源浪费；巷道掘进量大，成本居高不下；采掘失调问题突出；开采事故多发，安全形势严峻等重大问题。111工法即充填留巷采煤法取消了护巷煤柱，相比121工法在一定程度上提高了煤炭回收率、降低了巷道掘进量从而缓解采掘接替紧张并解决隅角瓦斯积聚等问题，但是充填留巷仍需要利用充填混凝土砌块、矸石带以及高水材料、膏体材料等手段构筑巷旁充填体，往往存在施工工艺复杂、劳动强度大，留巷施工时间长、效率低，充填体应力集中、强度低导致巷道维护效果差造成巷道变形失稳引发安全事故等问题。

随着国内采煤方法、技术和装备的进步，无煤柱开采技术在国内得到快速发展，其整体应用趋势是由简单地质条件向复杂地质条件过渡，支护结构由单一型向高强度、高可靠性方向发展。根据无煤柱开采技术地质应用条件、支护发展程度等可将无煤柱开采技术归纳为以下几个阶段：

第一阶段：20世纪50～60年代，该阶段的无煤柱开采技术处于起步阶段。由于此时的机械化程度低，支护材料不先进，沿空留巷技术主要在薄煤层中进行了试验和应用。巷内支护多采用木棚或木点柱支护，巷旁采用砌筑矸石墙进行防护。由于木点柱和巷旁矸石墙承载能力较弱，工作面回采一段距离后，在顶板来压作用下巷内及巷旁支护结构极易失效，导致留巷变形量大、安全隐患严重等问题。为满足下一工作面的使用要求，多数留巷不得不进行人工返修，维修工程量大。此外，由于机械化程度低下，矸石墙通常需要人工砌筑，劳动强度大且效率低下，限制了无煤柱开采技术的发展和推广。

第二阶段：20世纪60～70年代，该阶段无煤柱充填沿空留巷技术处于快速发展阶段。由于支护材料和技术的进步，巷内支护出现了工字钢、梯形棚等大强度支护结构。巷旁采用了密集支柱、金属支柱、矸石砌块等支护材料。该阶段沿空留巷技术开始向更复杂地质条件（比如中厚煤层、大倾角条件）过渡，沿空留巷无煤柱开采技术取得了一定的成效。

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第三阶段，20世纪80～90年代，随着机械化开采设备和技术的引进，我国充填沿空留巷技术逐渐趋于成熟。该阶段我国煤炭工作者将国外的留巷技术和装备引入国内，同时结合国内的煤层开采条件，提出了适合于我国的充填沿空留巷体系。这一时期，巷内支护采用了可缩性支架、锚杆/索等高强支护材料，巷旁开始采用混凝土、高水材料等充填材料。此阶段，充填系统地引入一定程度上减小了工人劳动强度，但充填材料的凝固与开采速度需要准确协调，难以及时发挥沿空巷道围岩自身承载能力。

调速系统(Governor System)作用是控制水轮机和发电机的转速（频率）和有功功率。是水电站中重要的控制系统。

第四阶段，21世纪以来，随着开采条件逐渐劣化，巷道围岩大变形引发的灾害事故愈加严重，常规充填沿空留巷受到一定的挑战。我国学者从留巷方式和支护材料上进一步探索，其中有代表性的为切顶卸压无煤柱自成巷技术。该技术利用矿山压力，在采空区侧定向切顶，切断部分顶板的矿山压力传递，进而利用顶板岩体的碎胀特性，实现自动成巷和无煤柱开采。此阶段，一系列新型支护材料和装备逐渐用于无煤柱开采技术，从而使无煤柱开采技术的适用性进一步提高。

无煤柱切顶所形成的巷道，由于顶板在工作面后方会自行垮落，垮落过程中对巷道顶板有动压作用，因此留巷顶板的临时支护极为重要。早期的临时支护多采用单体支柱，尤其是薄及中厚煤层，可取得满意的效果。但所用单体支柱数量较多，安装较为麻烦，人工成本大。随着技术工艺的成熟和支护装备的发展，单体支柱逐渐发展为墩式单元支架，效率和安全性得到大幅度提高。近几年，随着支护要求提高，墩式单元支架逐渐发展为切顶护帮支架。在原来墩式单元支架基础上，增加了侧向护帮功能，功能更加完善。

随着工作面推采，采空区顶板逐渐垮落，垮落后矸石成为护巷体。顶板岩体在垮落过程中，若不进行防护，很容易蹿入巷道内，因此需要进行挡矸支护。早期的挡矸结构多采用木支柱或钢架结构，在薄煤层及软弱顶板可用，但对于垮落冲击性较强的巷道很容易出现侧向偏斜。随着挡矸结构进一步发展，工字钢被逐渐用于挡矸支护，尤其于薄及中厚煤层得到广泛应用。当煤层埋深较大或煤层较厚时，工字钢不再适用，主要原因是工字钢抗横向弯曲能力较弱，在矸石冲击作用下易出现横向弯曲，影响成巷效果。

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