2.4　煤的開采與運輸

2.4.1　煤的開采

根據煤炭資源埋藏深度的不同，通常有露天開采和礦井開采兩種采煤方法。

露天開采是指移去煤層上面的表土和巖石（覆蓋層），開采顯露的煤層。這種采煤方法，習慣上稱為剝離法開采。此法在煤層埋藏不深的地方應用最為合適，地形平坦，礦層作水平延展，能進行大范圍剝離的礦區最為經濟。許多現代化露天礦使用設備足以剝除厚達60余米的覆蓋層。在歐洲，褐煤礦廣泛采用露天開采，在美國，大部分無煙煤和褐煤亦用此法。

（1）露天采煤

根據采礦作業情況，露天礦分為山坡露天礦和凹陷露天礦，封閉圈以上的稱為山坡露天礦，以下的稱為凹陷露天礦。

露天開采時，把礦巖按照一定的厚度劃分為若干個水平分層，自上而下逐層開采，并保持一定的超前關系，這些分層稱為臺階或階段。臺階是露天采煤場的基本構成要素。進行采礦和剝巖作業的臺階稱為工作臺階，暫不作業的臺階稱為非工作臺階。露天采場是由各種臺階組成的。開采時，將工作臺階劃分成若干個具有一定寬度的條帶順序開采，稱為采掘帶。并按照各臺階作用不同，分為工作平盤、安全平臺、運輸平臺和清掃平臺，如圖2-5所示。

露天礦床開采與運輸方式和礦山工程的發展有著密切的聯系，而運輸方式又與礦床地質地形條件、開采環境、受礦點及廢石堆積的位置等因素有關。可以分為公路運輸開拓、鐵路運輸開拓、平硐溜井開拓、膠帶運輸開拓、斜井開拓和聯合開拓等。圖2-6是露天礦直進-回返坑線示意圖。

（2）礦井開采

對埋藏過深不適于用露天開采的煤層可用礦井開采。礦井開采根據通向煤層的通道不同分為豎井、斜井、平硐3種方法。

豎井是一種從地面開掘以提供到達某一煤層或某幾個煤層通道的垂直井。從一個煤層下掘到另一個煤層的豎井稱為盲井。在井下，開采出的煤倒入豎井旁側位于煤層水平以下的煤倉中，再裝入豎井箕斗從井下提升上來。

斜井是用來開采非水平煤層或是從地面到達某一煤層或多煤層之間的一種傾斜巷道。斜井中裝有用來運煤的帶式輸送機，人員和材料用軌道車輛運輸。

平硐是一種水平或接近水平的隧道，開掘于水平或傾斜煤層在地表露出處，常隨著煤層開掘，它允許采用任何常規方法將煤從工作面連續運輸到地面。

目前，我國地下采煤采用爆破采煤工藝、普通機械化采煤工藝和綜合機械化采煤工藝三種。

①爆破采煤工藝，簡稱炮采。有爆破落煤、爆破及人工裝煤、刮板輸送機或溜槽運煤、單體支柱支護工作空間頂板、人工回柱放頂等主要工序。炮采的機械化水平低，產量小，工人勞動強度大，作業環境差，但對地質條件適應性強，且裝備價格便宜，操作技術容易掌握，生產技術管理簡單，在開采極薄煤層、急傾斜煤層、難采煤層、不穩定煤層和邊角煤方面有一定的優勢。現主要在部分私營煤礦采用這種工藝。

②普通機械化采煤工藝，簡稱普采，特點是用采煤機同時完成落煤和裝煤工序，而運煤、支護頂板和處理采空區與爆破采煤工藝基本相同。普采設備價格便宜，受地質條件限制較小，工作面搬遷容易，在綜采設備難以發揮優勢的條件下，普采往往能取得較好的技術經濟效果。與綜采相比，普采操作技術比較簡單，組織生產比較容易，因此，普采是我國中小型煤礦發展采煤機械化的重點。

③綜合機械化采煤工藝，簡稱綜采，采煤工作面的落煤、裝煤、運煤、支護和處理采空區五個主要工序全部實現了機械化，是目前最先進的采煤工藝。

綜采工作面的主要設備有雙滾筒采煤機、可彎曲刮板輔送機、自移式液壓支架（見圖2-7）。平巷內的主要設備有橋式轉載機、可伸縮膠帶輸送機、移動變電站、液壓泵站及電氣設備。

綜采具有高產、高效、安全、低耗以及作業環境好、勞動強度小的優點，是采煤工藝重要的發展方向。綜采設備價格昂貴，設備多、質量大、安裝和拆卸費工費時，受斷層、煤層傾角和厚度等地質條件影響較大，為發揮綜采優勢，應在良好的地質條件和生產技術條件下使用。

2.4.2　煤炭開采新技術

實現煤炭資源合理持續健康發展，就開采技術而言，首先要實現煤炭工業開采技術的現代化，一方面要科學利用煤炭資源，降低資源消耗速度，延長資源服務年限，做到相對可持續；另一方面煤炭生產要向集約、高效、潔凈、環保方向發展。

（1）發展綜采技術，提高煤炭產量

運用現代高新技術改造傳統生產技術，提高工作面單產，實現一礦（井）一面的高度集中化生產，將帶動煤礦開采及生產系統各環節的變革，使現代采煤工藝及煤礦生產向高產、高效、高安全和高可靠性方向發展。綜采技術水平大大提高了采煤技術，我國最高綜采單隊產量達到（800～1000）萬噸/年的水平。全國目前綜采機械化程度達到70%以上。

我國的薄煤層可采儲量約為60多億噸，占全國煤炭總儲量的19%。薄煤層的開采可以提高我國煤炭資源的利用率。引進國外滑行刨煤機、刮板輸送機及計算機遠程控制系統，實現全自動無人工作面采煤。最高日產5300t，年產可達（120～150）萬噸，是薄煤層高產高效及工作面全面自動化的重要發展方向。

（2）大力發展露天開采

世界露天開采技術向設備大型化、開采集約化方向發展。露天開采具有安全、高效、易復墾、回采率高、成本低、便于采用數字信息技術等特點，世界各產煤大國無一不優先發展露天開采。經濟發達國家露天開采成本比井工低75%～83%，生產效率比井工高7～9倍。我國露天開采與井工開采相比，1t煤投資比井工低20%～30%，建設工期短1/4～1/3，生產成本低15%～30%，生產效率高1倍以上，煤炭回收率達95%，百萬噸死亡率為國有井工礦的1/30。提高露天采煤產量在總產量中的比重，是實現煤炭資源有序合理開發，提高煤炭資源安全保障程度十分重要的途徑之一。

（3）實施開采-復墾一體化，保持環境可持續發展

實施開采-復墾一體化工藝技術，邊開采邊復墾，并在復墾土地修復、礦山生態重建、高邊坡控制與滑坡防治、煤炭自燃防治等方面提出了許多新的技術問題。大型、新技術、綜合工藝、集約化生產、開采-復墾一體化、數字智能化管理是21世紀露天采煤工藝和技術發展的主要趨向。

近幾年來，由于對采煤方法進行了改革，以及更新了一批現代化采煤設備，已使一大批煤礦跨入了現代化高產高效煤礦的行列。隨著國民經濟的發展，煤礦安全條件將進一步得到改善，采煤生產技術必將達到國際先進水平。

2.4.3　煤的運輸

我國煤炭資源分布極不平衡，具有東少西多、南少北多的分布特點。60%～70%的煤炭儲量集中在山西、陜西和內蒙古西部。煤炭消耗地卻在東南及沿海地區，這樣就造成了我國煤炭生產和運輸之間存在的突出矛盾，存在北煤南運、西煤東運的格局。

（1）傳統的運輸方式

煤炭運輸主要有三種：水運、鐵路運輸和公路運輸。水運具有運量大、運輸成本低的優勢。我國海岸線漫長，沿岸有多個煤炭運輸港口，如秦皇島、青島、上海、北海等，這些港口都是煤炭海運的樞紐港口。利用與這些港口相連的大江大河，可以將煤炭運往內地。水運的缺點是運輸時間長，煤炭運到港口以后，還要用汽車接駁運往最終用戶。

北方缺少便利的水運條件，對于主要分布在西部、北部的煤炭，則需通過陸路運輸。公路短途運輸便利，但長途運輸不經濟。只有鐵路可以快速而經濟地長距離運輸煤炭。目前西煤、北煤外運的鐵路有7條，僅晉煤外運的鐵路就有大秦線、京原線、石太線、太焦線5條，大秦線還是專門的運煤鐵路。目前，煤炭運輸已經占到鐵路運力的40%以上。

（2）煤炭運輸新方式

近年來，新的運輸方式——管道運輸開始實行。

第一種管道運輸方法是將煤炭破碎成粉末或小顆粒，然后以1∶1的比例和水調成稀漿糊狀。在管道中，每隔一定距離用泵加壓，推動煤粉漿前進。到站后，再把水脫去，還原成干粉和小顆粒，方可使用，這種方法的缺點是：用水量大，使用前脫掉的水中含有大量的煤泥，必須經過沉淀后才能排入廢水道，要花費較多的人力和物力。

第二種管道運輸方法是將煤磨成細小的顆粒，往里加進少量重油，再注水攪拌，這樣煤就變成了一個個小煤粒。由于煤粒的外面黏附著一層油，所以到站后容易與水分離開來。這種方法不僅用水量少，而且分離后的水不需沉淀，可將水直接排掉。有的國家不用水，而直接用油幫助運輸，這樣到站后不用脫水，可直接送到火電廠使用。

第三種管道運輸方法是利用氣體運輸。將要運送的煤，取其中約1/10進行燃燒，產生二氧化碳氣體。然后將二氧化碳氣體清理干凈并壓縮成液體，就像水那樣幫助輸送。到站后，二氧化碳氣體容易與煤粒分離，不污染環境，而且二氧化碳氣體可循環使用，降低了成本，還節約了用水。