試分析一次采全高法和綜采放頂采煤法

雷立杰

(山西南煤集團南莊分公司，山西 陽泉 045000)

引 言

煤炭作為我國社會生產(chǎn)的基礎(chǔ)性能源，當前，經(jīng)探明的煤炭儲量為9×1011t，且煤炭在我國的能源利用結(jié)構(gòu)中穩(wěn)居前列。然而，煤炭在開采過程中存在較為嚴重的安全性問題，因此，煤炭企業(yè)必須對煤炭開采的工藝方法進行不斷改進和完善。本文主要以平均厚度為6.5 m的煤層開采為例，對一次采全高法和綜采放頂采煤法進行了探究。

1 綜采放頂采煤法概述

綜采放頂采煤的方式指的是在整個采礦過程中，運用機械化工藝，通過液壓支架、皮帶運輸機以及大功率的滾筒采煤設(shè)備等相關(guān)附屬設(shè)施，進行煤礦的全程開采。此法在煤層較厚的煤礦生產(chǎn)區(qū)有著較為廣泛的應(yīng)用，適用于煤層厚度為7 m～15 m，放煤高度為6 m～12 m，煤礦采放比在1到4區(qū)間內(nèi)的礦段。此種采煤方法具備低掘進率、低成本、可持續(xù)生產(chǎn)、高效益的優(yōu)勢特點。與此同時，由于此類開采方法增添了放煤、移后運輸設(shè)備等工藝程序，并且需選取合理的放煤方法及工作面，從而保證頂煤放出量。因此，在采用此法進行煤礦開采的工作面選擇過程中，必須注重其余圍巖及支架的關(guān)系。這是因為圍巖作為主動體，支架作為被動體，二者之間相互矛盾卻又有弧形作用，并且每一處放煤口都需要有與之相對應(yīng)的支架，且頂煤放煤率不受放煤方式的影響，其與放煤口的間距呈反比態(tài)勢，即間距值越高，則頂煤的放煤率越低，而脊背煤的損失就越高[1]。

2 一次采全高法概述

一次采全高法指的是在綜采法的采煤工藝基礎(chǔ)上，通過技術(shù)性改進所形成的采煤方法。此類方法具備設(shè)施布置簡介、易管理、高采出率、高適應(yīng)性等優(yōu)勢，且為當前采煤方式的未來發(fā)展趨向。在此方法中，采煤工作面需要依靠運輸槽施行進風(fēng)及運煤作業(yè)，同時還需對電器、泵站、采煤列車等必需設(shè)施加以布置。與此同時，輔助運順槽還肩負著行人、回風(fēng)以及行車的關(guān)鍵性任務(wù)。在依循煤層走向設(shè)置工作面時，通常用于4.6 m～6.1 m區(qū)間的礦區(qū)。并且工作面的生產(chǎn)程序包括了移架及割煤等工序。通常會采取端頭斜切的入刀方式實施割煤作業(yè)，并運用電液控制架進行移駕流程的操作，同時采取成組、手動或是雙向鄰架等控制方式對推輸送機加以推輸送作業(yè)[2]。

3 一次采全高法和綜采放頂采煤法的比較分析

3.1 產(chǎn)量和推進度

在煤層平均厚度為6.5 m的礦區(qū)，選取該礦區(qū)的第一工作面和第二工作面分別采用兩種采煤方法進行采礦作業(yè)，在第一工作面采用一次采全高法，第二工作面采用綜采放頂法。在第一工作組面運用一次采全高法在6 m高的礦段進行采煤作業(yè)，耗時3個月(2015年的6月至9月)，采煤量共計490 kt，每月的推進度約120 m。在第二工作面運用綜采放頂法在7 m高礦段實施采煤作業(yè)，耗時4個月(2015年的10月至2016年1月)，采煤量總計810 kt，每月的推進度約60 m。通過以上比較發(fā)現(xiàn)，一次采全高較之綜采放頂法的月推進度高出約1倍，而產(chǎn)量提升約1.2倍。

3.2 其它資源的回收利用

在第一工作面中的原煤灰含量為33%，含矸率為5%；第二工作面的原煤灰含量為41%，含矸率為8%。由此可知，一次采全高法較之綜采放頂法在煤質(zhì)灰方面下降約8個百分點，因此其產(chǎn)煤質(zhì)量較優(yōu)。與此同時，在采煤過程中煤炭資源的回收方面，第一工作面的采出率在93%左右，而第二工作面的采出率在86%左右，因此，一次采全高法較之綜采放頂法在煤礦采出率方面更具優(yōu)勢。

3.3 煤炭生產(chǎn)的安全管理

在采取綜采放頂法實施回采作業(yè)時，經(jīng)常會發(fā)生煤壁片幫現(xiàn)象，而在采煤時采高通常約為1.8 m，應(yīng)運用人工超前的控制方法來對煤壁和頂板加以控制。與此同時，在第二工作面的作業(yè)過程中，由于巷道兩端通常采用跟底掘進的方法，致使抹帽困難且煤壁負荷超前壓力的情況出現(xiàn)，造成兩端口處的三角煤難以有效控制，產(chǎn)生煤壁片幫及掉頂，綜采放頂法在初次來壓時的頂板結(jié)構(gòu)如圖1所示。在開采過程中使用頂分層(a)進行作業(yè)時，老頂?shù)膸r層能夠在水平方向保持傳遞力之間的聯(lián)系，而在網(wǎng)下綜放開采(b)的過程中，由于該巖層已經(jīng)進入到直接頂層的范圍內(nèi)，使得原有的梁式結(jié)構(gòu)直接垮落在下部堆積的矸石區(qū)域，導(dǎo)致初次來壓形成，同時，由于其距工作面的作業(yè)區(qū)域較近，因此會對作業(yè)區(qū)礦壓造成明顯影響，并且能夠直接從支架的阻力方面反映出來[3]。

圖1 初次來壓時的頂板結(jié)構(gòu)示意圖

而在一次采全高法的運用過程中，能夠?qū)γ罕谄瑤颓闆r進行有效控制，并經(jīng)由風(fēng)巷挑至頂板處，使得巷道的頂板能夠得到安全控制，與此同時，在工作面可經(jīng)過跟頂鋪網(wǎng)進行末采作業(yè)，從而提升鋪網(wǎng)速度，提高施工效率。如圖2所示，煤壁的水平位移在不同的支護阻力會有所差異。煤壁的水平位移會隨著支護阻力的增加而得到相應(yīng)控制，這是由于通過增強護幫板對巷道煤壁處的支護強度能夠有效保護工作面的煤壁，提高煤壁的側(cè)向力，從而使煤壁保持三向應(yīng)力的平衡狀態(tài)，達到增強煤壁抗壓強度的目的。而在加強煤壁支護阻力的同時，也能夠有效縮減煤壁塑性區(qū)域的寬度范圍，以此降低煤壁片幫出現(xiàn)的概率。因此，采用一次采全高法能夠有效提高采礦作業(yè)的安全性。

圖2 護幫板的支護阻力和煤壁水平位移之間的關(guān)系示意圖

此外，在采取綜合放頂法進行采煤作業(yè)時，通常需要跟底留頂，且巷道的前掘后修情況較為嚴重，因此存有明顯安全隱患，并且在工作面處常有較小的通風(fēng)斷面現(xiàn)象發(fā)生，這就導(dǎo)致上隅角的瓦斯超限，造成煤層自燃，并且在風(fēng)速較高的情況時，會導(dǎo)致煤塵飛揚，給負責(zé)作業(yè)的職工身體造成不利影響。而在采取一次采全高法實施采煤作業(yè)的過程中，借助錨桿對跟頂留頂實施支護，有利于對施工過程加以控制。采煤工作面的通風(fēng)斷面有利于降低煤層作業(yè)工作面處的溫度，同時能夠有效遏制煤塵，并對上隅角的瓦斯可以實施有力管控等[4]。

4 結(jié)語

在煤礦的開采過程中，相較于綜采放頂法，采取一次采全高法能夠有效提升煤炭質(zhì)量，縮減產(chǎn)煤成本，同時為礦井的作業(yè)人員創(chuàng)造有利的工作環(huán)境[5]。本文主要從綜采放頂法和一次采全高法的概念入手，對兩種采煤方法進行初步了解，然后對均厚為6.5 m礦區(qū)選取了不同的礦段分別運用一次采全高法和綜采放頂法實施采煤作業(yè)，通過推進度、產(chǎn)量、資源回收等方面的比較分析，發(fā)現(xiàn)一次采全高法能夠有效降低材料的損耗量，提高煤炭生產(chǎn)效率，確保煤礦質(zhì)量，以此推動煤礦產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。