2.4 煤的开采与运输
2.4.1 煤的开采
根据煤炭资源埋藏深度的不同，通常有露天开采和矿井开采两种采煤方法。
露天开采是指移去煤层上面的表土和岩石（覆盖层），开采显露的煤层。这种采煤方法，习惯上称为剥离法开采。此法在煤层埋藏不深的地方应用最为合适，地形平坦，矿层作水平延展，能进行大范围剥离的矿区最为经济。许多现代化露天矿使用设备足以剥除厚达60余米的覆盖层。在欧洲，褐煤矿广泛采用露天开采，在美国，大部分无烟煤和褐煤亦用此法。
（1）露天采煤
根据采矿作业情况，露天矿分为山坡露天矿和凹陷露天矿，封闭圈以上的称为山坡露天矿，以下的称为凹陷露天矿。
露天开采时，把矿岩按照一定的厚度划分为若干个水平分层，自上而下逐层开采，并保持一定的超前关系，这些分层称为台阶或阶段。台阶是露天采煤场的基本构成要素。进行采矿和剥岩作业的台阶称为工作台阶，暂不作业的台阶称为非工作台阶。露天采场是由各种台阶组成的。开采时，将工作台阶划分成若干个具有一定宽度的条带顺序开采，称为采掘带。并按照各台阶作用不同，分为工作平盘、安全平台、运输平台和清扫平台，如图2-5所示。
图2-5 露天采场构成要素
1—工作平盘；2—安全平台；3—运输平台；4—清扫平台
露天矿床开采与运输方式和矿山工程的发展有着密切的联系，而运输方式又与矿床地质地形条件、开采环境、受矿点及废石堆积的位置等因素有关。可以分为公路运输开拓、铁路运输开拓、平硐溜井开拓、胶带运输开拓、斜井开拓和联合开拓等。图2-6是露天矿直进-回返坑线示意图。
图2-6 露天矿直进-回返坑线
1—出入沟；2—连接平台；3—矿区上部境界；4—矿区底部境界
（2）矿井开采
对埋藏过深不适于用露天开采的煤层可用矿井开采。矿井开采根据通向煤层的通道不同分为竖井、斜井、平硐3种方法。
竖井是一种从地面开掘以提供到达某一煤层或某几个煤层通道的垂直井。从一个煤层下掘到另一个煤层的竖井称为盲井。在井下，开采出的煤倒入竖井旁侧位于煤层水平以下的煤仓中，再装入竖井箕斗从井下提升上来。
斜井是用来开采非水平煤层或是从地面到达某一煤层或多煤层之间的一种倾斜巷道。斜井中装有用来运煤的带式输送机，人员和材料用轨道车辆运输。
平硐是一种水平或接近水平的隧道，开掘于水平或倾斜煤层在地表露出处，常随着煤层开掘，它允许采用任何常规方法将煤从工作面连续运输到地面。
目前，我国地下采煤采用爆破采煤工艺、普通机械化采煤工艺和综合机械化采煤工艺三种。
①爆破采煤工艺，简称炮采。有爆破落煤、爆破及人工装煤、刮板输送机或溜槽运煤、单体支柱支护工作空间顶板、人工回柱放顶等主要工序。炮采的机械化水平低，产量小，工人劳动强度大，作业环境差，但对地质条件适应性强，且装备价格便宜，操作技术容易掌握，生产技术管理简单，在开采极薄煤层、急倾斜煤层、难采煤层、不稳定煤层和边角煤方面有一定的优势。现主要在部分私营煤矿采用这种工艺。
②普通机械化采煤工艺，简称普采，特点是用采煤机同时完成落煤和装煤工序，而运煤、支护顶板和处理采空区与爆破采煤工艺基本相同。普采设备价格便宜，受地质条件限制较小，工作面搬迁容易，在综采设备难以发挥优势的条件下，普采往往能取得较好的技术经济效果。与综采相比，普采操作技术比较简单，组织生产比较容易，因此，普采是我国中小型煤矿发展采煤机械化的重点。
③综合机械化采煤工艺，简称综采，采煤工作面的落煤、装煤、运煤、支护和处理采空区五个主要工序全部实现了机械化，是目前最先进的采煤工艺。
综采工作面的主要设备有双滚筒采煤机、可弯曲刮板辅送机、自移式液压支架（见图2-7）。平巷内的主要设备有桥式转载机、可伸缩胶带输送机、移动变电站、液压泵站及电气设备。
图2-7 综采工作面
综采具有高产、高效、安全、低耗以及作业环境好、劳动强度小的优点，是采煤工艺重要的发展方向。综采设备价格昂贵，设备多、质量大、安装和拆卸费工费时，受断层、煤层倾角和厚度等地质条件影响较大，为发挥综采优势，应在良好的地质条件和生产技术条件下使用。
2.4.2 煤炭开采新技术
实现煤炭资源合理持续健康发展，就开采技术而言，首先要实现煤炭工业开采技术的现代化，一方面要科学利用煤炭资源，降低资源消耗速度，延长资源服务年限，做到相对可持续；另一方面煤炭生产要向集约、高效、洁净、环保方向发展。
（1）发展综采技术，提高煤炭产量
运用现代高新技术改造传统生产技术，提高工作面单产，实现一矿（井）一面的高度集中化生产，将带动煤矿开采及生产系统各环节的变革，使现代采煤工艺及煤矿生产向高产、高效、高安全和高可靠性方向发展。综采技术水平大大提高了采煤技术，我国最高综采单队产量达到（800～1000）万吨/年的水平。全国目前综采机械化程度达到70%以上。
我国的薄煤层可采储量约为60多亿吨，占全国煤炭总储量的19%。薄煤层的开采可以提高我国煤炭资源的利用率。引进国外滑行刨煤机、刮板输送机及计算机远程控制系统，实现全自动无人工作面采煤。最高日产5300t，年产可达（120～150）万吨，是薄煤层高产高效及工作面全面自动化的重要发展方向。
（2）大力发展露天开采
世界露天开采技术向设备大型化、开采集约化方向发展。露天开采具有安全、高效、易复垦、回采率高、成本低、便于采用数字信息技术等特点，世界各产煤大国无一不优先发展露天开采。经济发达国家露天开采成本比井工低75%～83%，生产效率比井工高7～9倍。我国露天开采与井工开采相比，1t煤投资比井工低20%～30%，建设工期短1/4～1/3，生产成本低15%～30%，生产效率高1倍以上，煤炭回收率达95%，百万吨死亡率为国有井工矿的1/30。提高露天采煤产量在总产量中的比重，是实现煤炭资源有序合理开发，提高煤炭资源安全保障程度十分重要的途径之一。
（3）实施开采-复垦一体化，保持环境可持续发展
实施开采-复垦一体化工艺技术，边开采边复垦，并在复垦土地修复、矿山生态重建、高边坡控制与滑坡防治、煤炭自燃防治等方面提出了许多新的技术问题。大型、新技术、综合工艺、集约化生产、开采-复垦一体化、数字智能化管理是21世纪露天采煤工艺和技术发展的主要趋向。
近几年来，由于对采煤方法进行了改革，以及更新了一批现代化采煤设备，已使一大批煤矿跨入了现代化高产高效煤矿的行列。随着国民经济的发展，煤矿安全条件将进一步得到改善，采煤生产技术必将达到国际先进水平。
2.4.3 煤的运输
我国煤炭资源分布极不平衡，具有东少西多、南少北多的分布特点。60%～70%的煤炭储量集中在山西、陕西和内蒙古西部。煤炭消耗地却在东南及沿海地区，这样就造成了我国煤炭生产和运输之间存在的突出矛盾，存在北煤南运、西煤东运的格局。
（1）传统的运输方式
煤炭运输主要有三种：水运、铁路运输和公路运输。水运具有运量大、运输成本低的优势。我国海岸线漫长，沿岸有多个煤炭运输港口，如秦皇岛、青岛、上海、北海等，这些港口都是煤炭海运的枢纽港口。利用与这些港口相连的大江大河，可以将煤炭运往内地。水运的缺点是运输时间长，煤炭运到港口以后，还要用汽车接驳运往最终用户。
北方缺少便利的水运条件，对于主要分布在西部、北部的煤炭，则需通过陆路运输。公路短途运输便利，但长途运输不经济。只有铁路可以快速而经济地长距离运输煤炭。目前西煤、北煤外运的铁路有7条，仅晋煤外运的铁路就有大秦线、京原线、石太线、太焦线5条，大秦线还是专门的运煤铁路。目前，煤炭运输已经占到铁路运力的40%以上。
（2）煤炭运输新方式
近年来，新的运输方式——管道运输开始实行。
第一种管道运输方法是将煤炭破碎成粉末或小颗粒，然后以1∶1的比例和水调成稀浆糊状。在管道中，每隔一定距离用泵加压，推动煤粉浆前进。到站后，再把水脱去，还原成干粉和小颗粒，方可使用，这种方法的缺点是：用水量大，使用前脱掉的水中含有大量的煤泥，必须经过沉淀后才能排入废水道，要花费较多的人力和物力。
第二种管道运输方法是将煤磨成细小的颗粒，往里加进少量重油，再注水搅拌，这样煤就变成了一个个小煤粒。由于煤粒的外面黏附着一层油，所以到站后容易与水分离开来。这种方法不仅用水量少，而且分离后的水不需沉淀，可将水直接排掉。有的国家不用水，而直接用油帮助运输，这样到站后不用脱水，可直接送到火电厂使用。
第三种管道运输方法是利用气体运输。将要运送的煤，取其中约1/10进行燃烧，产生二氧化碳气体。然后将二氧化碳气体清理干净并压缩成液体，就像水那样帮助输送。到站后，二氧化碳气体容易与煤粒分离，不污染环境，而且二氧化碳气体可循环使用，降低了成本，还节约了用水。