綜采放頂煤開采技術(shù)現(xiàn)狀

張云國

(中色礦業(yè)集團(tuán)有限公司,北京 100089)

放頂煤開采法由來已久[1]。法國、前蘇聯(lián)、南斯拉夫等國家于20世紀(jì)40年代末50年代初，即開始用放頂煤開采法。1957年，蘇聯(lián)首次在庫茲巴斯煤田采用放頂煤開采法，借助KTY型掩護(hù)式液壓支架開采傾角為5°～18°、厚度為9～12m的厚煤層。工作面先采頂部煤、鋪底網(wǎng)，然后沿煤層底板開采，在工作面向中間煤層打眼放炮，崩酥中間煤體，在通過KTY型支架頂梁上的天窗放入工作面運輸機(jī)運出工作面。后因工藝復(fù)雜、金屬材料消耗量大、效果不理想而未能大量推廣[2]。

放頂煤開采從原則上講，無疑是能夠?qū)崿F(xiàn)高產(chǎn)高效的，但要實現(xiàn)這一優(yōu)勢，也有很大難度，存在著各方面的問題。如前所述，國外放頂煤開采由熱變冷的過程，除了一些社會因素外，主要的原因還是在于沒有從根本上找到克服這些難點的方法。放頂煤開采的優(yōu)勢，是能在不同的條件下，實現(xiàn)不同水平的，但卻是前所未有的高產(chǎn)量、高效率和高效益，把厚煤層的儲量優(yōu)勢充分轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。我國的綜放開采大體上可分為三個時期[4-10]。

1 探索階段(1982～1990年)

這一階段結(jié)束的標(biāo)志，是陽泉一礦9603長壁綜放面月產(chǎn)突破14萬t，它證明了綜放開采確實能實現(xiàn)高產(chǎn)高效。我國從1982年開始引進(jìn)綜放開采技術(shù)，并于1984年在沈陽礦務(wù)局蒲河礦首先進(jìn)行了全部國產(chǎn)設(shè)備緩傾斜長壁綜放面的試驗，由于支架設(shè)計有缺陷，配套設(shè)備及生產(chǎn)系統(tǒng)不匹配，生產(chǎn)管理也沒經(jīng)驗，試驗基本上不成功。后在窯街礦務(wù)局急傾斜特厚煤層試驗分段放頂煤方法(Sub-level Caving System)獲得成功，隨之在遼源礦務(wù)局梅河口礦、烏魯木齊礦務(wù)局六道灣煤礦，急傾斜特厚煤層綜放均獲得成功，梅河口礦取得了工作面年產(chǎn)60萬t左右的成績。在急傾斜發(fā)展綜放開采的同時，東北若干礦區(qū)繼續(xù)試驗緩傾斜綜放開采，由于各方面原因，成績不理想，安全狀況也不太好，工作面發(fā)生過幾次自燃火災(zāi)，單產(chǎn)水平也不高。1987年，平頂山一礦全部引進(jìn)匈牙利生產(chǎn)的以VHP-732單輸送機(jī)高位放煤液壓支架為基礎(chǔ)的全套綜放設(shè)備投產(chǎn)，由于多種原因，當(dāng)時月產(chǎn)最高僅為4萬多t，沒有表現(xiàn)出比分層綜采有多大的優(yōu)勢。盡管如此，潞安、陽泉等我國主要的機(jī)械化產(chǎn)煤大局仍在積極準(zhǔn)備進(jìn)一步實驗。1990年上半年，陽泉一礦和潞安王莊礦都達(dá)到了工作面月產(chǎn)8萬t以上的高產(chǎn)水平。1990年下半年，陽泉一礦9603長壁綜方面月產(chǎn)超過14萬t，比該礦分層綜采面產(chǎn)量和效益都提高了1倍以上，工作面煤炭回收率超過80%，并摸索出綜放開采長壁工作面實現(xiàn)普遍高產(chǎn)的一些規(guī)律，對放頂煤開采技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生了具有決定意義的廣泛影響。

與此同時，東北各煤礦和鄭州礦務(wù)局在難采或較難采的煤層中，也廣泛地試驗了長壁綜放開采。由于試驗地點的客觀條件較差，雖然試驗取得了很多經(jīng)驗，對以后我國綜放技術(shù)的完善有很重要的借簽作用，但這一階段，綜放開采在難采煤層中的突破還是不夠的。

2 逐漸成熟階段(1990～1995年)

綜放開采步入成熟階段的標(biāo)志是：① 兗州礦務(wù)局興隆莊礦工作面單產(chǎn)突破了300萬t/a，初步顯示了綜放面高產(chǎn)高效的巨大潛力；② 難采煤層綜放開采技術(shù)有了重大突破。1990年，陽泉一礦9603工作面達(dá)到了月產(chǎn)14萬t，在經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上開始反映出綜放開采的巨大優(yōu)勢。1993年，潞安礦務(wù)局王莊礦又將高產(chǎn)高效紀(jì)錄提高到月產(chǎn)31萬t，年產(chǎn)250萬t，工效100t/工的新水平。很多礦務(wù)局認(rèn)識到并開始將發(fā)展放頂煤技術(shù)提高到技術(shù)進(jìn)步的主要議程，其中包括一些難采煤層如鄭州礦務(wù)局的“三軟”煤層、陽泉礦務(wù)局的高瓦斯煤層(五礦)、石炭井礦務(wù)局的“大傾角”(30°)煤層，也都加快了實現(xiàn)綜放開采的步伐。

在綜放開采技術(shù)取得重大發(fā)展的同時，影響綜放開采繼續(xù)發(fā)展的幾個問題也被廣泛關(guān)注，這就是：① 放頂煤開采的煤炭回收率達(dá)到了什么水平?如何提高綜放開采的回收率?② 高瓦斯煤層能否使用綜放開采?綜放開采瓦斯治理的特點是什么?③ 對綜放開采自燃災(zāi)害特點如何認(rèn)識?綜放開采防止自燃發(fā)火的主要技術(shù)措施是什么?④ 如何減少綜放工作面的塵埃?

這個時期綜放開采取得的主要成果是：

(1)工作面高產(chǎn)高效工藝取得了重大進(jìn)展，綜放工作面最高單產(chǎn)1994年為273萬t/a，1995年為315萬t/a，1996年350萬t/a，1997年410萬t/a，并且出現(xiàn)了一批年產(chǎn)200萬t以上的工作面，統(tǒng)計表如1。

(2)放頂煤液壓支架由仿造發(fā)展到自創(chuàng)，并進(jìn)而定型。其中具有代表性的是由潞安礦務(wù)局與鄭州煤機(jī)廠首創(chuàng)的四柱、四連桿、雙輸送機(jī)、短尾梁、低放頂煤支架。這種支架，由于它采用后四連桿短尾梁結(jié)構(gòu)，支架的穩(wěn)定性好、強(qiáng)度大、工作可靠，采用低位放煤明顯的減少了工作面粉塵，減少了煤損，因此受到普遍歡迎。

表1 1994～1997年綜放高產(chǎn)面的單產(chǎn)統(tǒng)計表

(3)綜放開采在“三軟”、“大傾角”(30°左右)、“高瓦斯”等難采煤層有了突破。實踐表明，在難采煤層綜放工作面的年產(chǎn)量，也能突破百萬噸。

(4)初步摸清和提出了解決提高回采率、防治瓦斯、防治自燃和防塵的一些措施，并進(jìn)行了大規(guī)模地實驗，取得了一些成果。

(5)綜放開采理論研究有了很大進(jìn)步，對巖層控制、支架-圍巖關(guān)系、頂煤可放性、放煤工藝、平行作業(yè)等都有較多研究。

3 技術(shù)成熟和推廣階段(1996年起)

從1996年到現(xiàn)在，國家加大了對綜放開采技術(shù)研究的投入；由于綜放開采巨大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會效益，激發(fā)了煤礦生產(chǎn)企業(yè)的積極性，由于對綜放開采的幾個重大技術(shù)難點的認(rèn)識有了深化，并初步有了治理方法，綜放開采的安全優(yōu)勢也被公認(rèn)。1995年，煤炭工業(yè)科教興煤大會上，確定了把綜放開采技術(shù)定為“九五”期間煤炭行業(yè)重點攻關(guān)和推廣的五項技術(shù)之首，原煤炭部還將綜放開采技術(shù)的幾個問題定為“九五”期間煤炭工業(yè)重點科研攻關(guān)項目，使綜放開采技術(shù)的發(fā)展有了一個很好的外部環(huán)境，在不長的時間內(nèi)得到了快速發(fā)展。

近幾年，綜放開采技術(shù)在兩種不同類型的情況下都得到了大發(fā)展。一種類型是少數(shù)大型、特大型礦井，煤層厚度大、儲量大、地質(zhì)構(gòu)造簡單、瓦斯不大、煤質(zhì)中硬、使用綜放開采的條件好，經(jīng)過努力，工作面單產(chǎn)、效益大幅度增長(單產(chǎn)超過200萬t/a)。1997年，兗州礦務(wù)局東灘礦綜放工作面年產(chǎn)達(dá)到410萬t，工作面效率達(dá)208t/工就是典型代表。另一種類型則是礦井井型較小(小于150萬t/a)，礦井各環(huán)節(jié)設(shè)備能力較小，地質(zhì)條件相對復(fù)雜，特別是幾種難采煤層，如“三軟”、“兩硬”、“大傾角”、“高瓦斯(甚至有突出)”、“易燃”、“邊角煤小塊段”、“較薄煤層”等的綜放開采技術(shù)有了較大發(fā)展，并在技術(shù)上形成了各自的典型模式。近幾年，輕放支架研制成功，更加擴(kuò)大了綜放開采的適用范圍，一些經(jīng)營陷入困境的厚煤層礦井，在使用綜放以后得到了新生。

綜放開采作為一種緩傾斜厚煤層長壁開采的新方法，從采動影響的規(guī)律到綜放設(shè)備設(shè)計配套，都有其本身不同于單一煤層開采的特點。從1982年科研立項伊始，廣大的科技工作者和現(xiàn)場工程技術(shù)人員，在綜放開采工藝、綜放工作面設(shè)備配套、頂煤運動規(guī)律及礦山壓力顯現(xiàn)，放頂煤液壓支架，綜放開采的防火、防塵、防治瓦斯，提高綜放工作面采出率等方面，做了大量的研究開發(fā)工作，取得了一大批科研成果，推動了綜放開采裝備、采煤工藝的變革，解決了綜放開采中的許多技術(shù)性難題，為更好地了解綜放開采技術(shù)和促進(jìn)放頂煤技術(shù)的健康發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)[11-13]。

4 結(jié) 語

目前，綜放開采技術(shù)在我國許多國有重點煤礦企業(yè)已經(jīng)全面普及，相關(guān)采煤技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。然而，隨著煤炭資源的深部開采，以往煤礦淺部開采時不需面對的問題如：地壓、瓦斯、水、溫度在深部都需面對。如何在保證高產(chǎn)的同時保證開采的安全，是今后一段時間廣大煤礦工作者需要面對的問題。相關(guān)煤炭高校和科研機(jī)構(gòu)需要在這方面做大量的工作。

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