煤礦綜采放頂煤安全開采問題與措施

＊趙志國

（山西焦煤汾西礦業(yè)高陽煤礦 山西 032306）

隨著經濟的快速發(fā)展，對于煤炭的需求量也在不斷的增加，加大煤炭開采量，提升開采技術水平是目前煤礦企業(yè)重點關注的問題。綜采放頂煤作為常用的開采技術，有必要不斷完善綜采放頂煤技術，以不斷提高煤炭開采的質量和效率，確保作業(yè)人員的人身安全。在工作面綜采放頂煤技術方面，主要包括作業(yè)方式、采煤機械使用方式和支護方式。在零產量礦井建設過程中，有必要探索煤層地質條件，明確具體的建設步驟，以便根據(jù)實際情況制定相應的運營模式，提高煤炭開采效果，為煤礦企業(yè)帶來更多的經濟效益。

1.綜采放頂煤基本概述

(1)綜采放頂煤含義

所謂綜采放頂煤，主要是沿斜坡煤層開采布設適當?shù)乃χ?、刮板物料運輸?shù)妊b置，以建立較為穩(wěn)固的地下工作面。在此時，可以對支護工作面煤層實施爆破或鉆孔，使上煤層在外力作用下成為松散煤層，落于適當?shù)倪\輸裝置上，從而達到對頂板煤層的合理利用。而按照地質結構特點，煤層又可設有分層、厚層和和傾角分割放頂煤。綜采放頂煤工藝中所需要的機械設備主要包括：采掘機、水力支撐、前端輸送機、后端帶型物料運輸、刮板傳送設備等。采礦基本原理是：整個開采過程都使用了一個連續(xù)轉移的方法，即每次采煤機結束開采，通過液壓支架再往前轉移下一個的測量工位。當采煤機轉移了三次之后，打開頂部煤窗，以減少礦區(qū)內飛灰的積聚。然后立即關閉窗口循環(huán)，實現(xiàn)頂煤放頂開采。

(2)綜采放頂煤工藝特點

綜采放頂煤技術是在原有機械化開采技術的基礎上，對開采環(huán)節(jié)的各種工序和方法進行合理調整和改進。為了盡快把煤運出地面，使用了許多運輸機械。在實際開采過程中，輸送機中的機器應設置為與常規(guī)采煤機相同的工作形式，并且采煤機應放置在采礦體的前面，然后將其他機器放在一側。這些機器完全依靠支架來裝煤。這些機械化設備的組合可以實現(xiàn)煤炭開采環(huán)節(jié)的整個開采過程，如煤炭的破碎、運輸、儲存等。對于某些傾斜厚煤層或極傾斜厚煤層，綜采放頂煤技術可以在長期開采過程中發(fā)揮良好的作用。在這種情況下，也可以進行高效穩(wěn)定的開發(fā)和生產。

(3)綜采放頂煤開采技術最主要的優(yōu)點

首先，綜采放頂煤可以提高煤炭開采效率。由于綜采放頂煤工藝開采技術連接多個煤炭輸送工具，這可以在很短的時間內提高煤炭產量，并且可以盡快調動煤炭開發(fā)和生產中輸出環(huán)節(jié)。這種采礦技術通常用于高強度采礦作業(yè)，尤其是在環(huán)境復雜的礦區(qū)。突出了高強度厚煤層開采生產的絕對技術優(yōu)勢。在實際開采過程中，可以對地質條件復雜的巷道技術進行很好的優(yōu)化和減少，這不僅降低了開采的消耗成本，還降低了資源的消耗，最大限度地提高了煤炭的產量。

其次，減少勞動力成本的投入。綜放開采技術采用機械化程度高的設備，不需要大量勞動力。這項技術可以減少作業(yè)人員數(shù)量，機械化生產可以最大限度地提高煤炭產量。

最后，可以節(jié)省成本。如果采用綜采放頂煤技術，可先開采底部煤礦，然后暫停頂部綜采放頂煤。此時，可利用頂部礦體的地壓，使頂部礦體在采礦過程中懸浮時自然下落。在綜采放頂煤中，如果可以增加采煤工作面深度，也可以降低礦井周圍的壓力，從而減少礦柱數(shù)量，控制成本。

2.綜采放頂煤工藝中的安全問題

綜采放頂煤工藝的實際應用中筆者發(fā)現(xiàn)，存在安全管理基礎薄弱；地下氣體濃度高，安全問題嚴重；安全管理水平低；煤炭資源開采利用效率低等問題，具體如下：

(1)安全管理基礎薄弱

在煤炭工業(yè)生產中，安全管理的基礎建設是最重要的問題所在。與其他國家相比，我國煤炭開采發(fā)展相對較早。隨著我國煤礦開發(fā)規(guī)模的不斷擴大，各類先進的采礦工藝和裝備在我國煤礦開發(fā)中的運用日益普遍，開發(fā)力度愈來愈大，對采礦工藝和裝備的要求也愈來愈大。但是，綜采放頂煤中還是存在著不少隱患。煤礦開發(fā)已經無法適應當前礦業(yè)的發(fā)展，面臨著很多的技術隱患，且安全系數(shù)也不達標，因此開采過程存在著不少的安全問題。

(2)地下氣體濃度高，安全問題嚴重

在綜采放頂煤技術生產中，瓦斯含量超標是常有的事。隨著開采過程的逐漸推進，一些氣體的濃度逐漸提高，因此環(huán)境條件也極大地危及了井下工作人員和井下機械設備的安全。采礦過程中，瓦斯?jié)舛鹊纳仙赡苁怯捎趲r層破碎造成地層中氣體的不斷滲流，裂隙逐漸發(fā)育變形，工作臺應力也不斷變化。在應用了綜采放頂煤技術之后，由于氣體運動、積累和泄漏不再是由巖層運動引起的。瓦斯主要是厚煤層開采過程中釋放的煤層瓦斯，煤層落入工作臺，會造成安全事故。

(3)安全管理水平低

在目前的煤炭產業(yè)中，國內煤礦安全生產技術水平存在一些問題，嚴重制約著我國煤炭產業(yè)的發(fā)展與提高。安全生產管理水平已成為制約我國煤礦企業(yè)安全生產管理水平的最主要原因，不應處于很低的水平。針對我國煤礦開發(fā)的狀況，在實際開發(fā)中沒有依據(jù)專業(yè)規(guī)范實施開發(fā)。因此，我國部分小型煤礦的礦工并未進行系統(tǒng)的安全技術培訓。礦井安全管理工作涉及層面寬，對管理人員要求較高。一旦責任管理人員的個人能力相對較低，他們將無法在技術開發(fā)過程中起到主導作用，在開采過程的各個方面產生安全問題。

(4)煤炭資源開采利用效率低

綜采放頂煤技術在地下開采中的應用還不夠成熟。未來，生產技術手段、地質條件等諸多相關因素將對煤層開采效率和綜放開采效果產生很大影響。綜采放頂煤技術在煤層初期應用時，容易發(fā)生冒頂事故，直接影響煤層的放頂效果。在后期結束時，如果需要設置屋頂網，則必須停止煤炭供應。采煤機的機頭和機尾都不能卸煤。在采煤技術的實際應用中，煤體、斷層等地質條件下煤層結構的變化也會影響放煤效果。此外，不準確的計算和測試數(shù)據(jù)以及不合格的管理制度也會影響放頂煤的效果。

3.綜采放頂煤技術的安全預防與控制

(1)減少工藝損失的措施

根據(jù)放綜采放頂煤過程中產生的風險，人們可以選擇比較有針對性的放頂煤方式。比如，在綜采放頂煤層頂板厚度范圍不足的時候，就可以實行單輪順序放頂煤，一般都是首先放出一號支架，而后再按照優(yōu)質煤層的連續(xù)性放出二號支架。這種技術不但具備回采率高、優(yōu)質煤率低的優(yōu)點，同時能夠大幅度提高作業(yè)面的頂煤效率，在許多作業(yè)面煤礦在機械化采掘的頂板煤層上獲得應用。如果頂板煤層厚度過厚，可選擇多輪放煤。同時，在抽煤過程中可采用斷面圖。另外，在資源許可的前提下，可選取更長的工作面開展放頂煤作業(yè)，可以有效減少因工藝上原因帶來的放頂煤回采率過低的問題。

(2)優(yōu)化綜采放頂煤技術方案

綜采放頂煤技術為現(xiàn)代采礦的重要指導依據(jù)。首先，優(yōu)化內容。依據(jù)地質條件、煤層厚度和巖層特性，運用綜合的采礦技術制定了采礦方法。根據(jù)巷道工作面支護布置原則，在安全、經濟的條件下，要盡可能采取順底巷道采礦方式。這種采礦方法，強調在每個過程的重要時間節(jié)點使頂部采掘機械到位，以減少落煤的風險。其次，對綜采放頂煤工作面進行班組分區(qū)管理，并科學合理分割工作面面積。各工作面的水平間距為200m。作業(yè)面放頂煤層寬度最宜為500～2000m，以便進行工作面精細化管理。在開采工藝流程設計中，有必要獲取有關開采的技術參數(shù)，尤其是頂板煤層厚度、硬度、傾角等的重要信息。

(3)液壓支架型號的合理選擇

由于地下作業(yè)面頂煤標高不同，所以按照放煤口標高把液壓支架分成高、中、低放煤液壓支架。高牽引液壓支架總體結構較高，對整個頂煤的支撐特性也較好，以方便下作業(yè)區(qū)內機械設備的正常運行與維修。但是，由于分散的頂煤很易于流失，因此頂煤的總回收率也較低。而低放頂煤的液壓支架放頂效率較好，頂煤回收率高。由于矸石高度較低，難以有效控制矸石，降低頂煤質量。中間頂煤液壓支架位于兩者之間。所以，在放頂煤過程中，應當依據(jù)實際狀況選用各種型式的液壓支架，以增加放頂煤質量和頂煤回收量。

(4)氣體預防

從機械化綜采放頂煤礦過程的整體考慮，作業(yè)時必須進行厚土區(qū)，而這樣在采礦過程中會逐步產生的大量瓦斯污染，也是為了解決作業(yè)過程中的重大安全隱患。要高效處置工業(yè)氣體，就必須在初期設置氣體調查小組，在整個生產過程中跟蹤監(jiān)測，形成相應的氣體處理系統(tǒng)，并定時選擇項目和排放氣體，逐步提高氣體排放利用率。工作面宜設有水風機，逐步稀釋局部氣體，在瓦斯較濃部位設有小風機，以取得理想的氣體分散作用。

(5)積水預防

綜采的頂煤工藝的安全。一旦在采礦活動中出現(xiàn)突水，會危害人民的身體健康。所以，企業(yè)要注意防水問題，健全配套的排水設備和防水措施，有效保障礦井在干燥條件下采礦。煤礦開采過程受外部環(huán)境影響的作用較大。采礦過程中的滲水問題嚴重可能是由開采過程引起的。由于煤礦為地下開采，將有地下水、巖石水、鉆孔水、采空區(qū)水等出口。作業(yè)人員可以采取下列方法防止這些情形。

第一，改變排水設備。由于在開采過程中，水是不可避免的，所以及時清除水是十分安全的。

第二，當作業(yè)人員們在開采時候，也可以注意煤礦礦區(qū)環(huán)保，并在采礦后關注煤礦的位置。如果情況復雜，可以開采而不是放置煤炭，以確保煤炭不受水的影響。

第三，采礦工作非常復雜，尤其是機器車道技術更為復雜。我們能夠使用外部設備進行排水，隨時避免水對煤層的損害。

第四，針對水情，有關技術人員可在開采之前開展勘探測試。倘若礦井正好處在水源地，則將在礦井內實施嚴密的防空。具體來說，它們可以被掩埋、密封或用材料堵住，以防止水的溢出。

(6)大量煤塵防治

眾所周知，隨著煤礦的開采，將會產生大量的粉塵。這些粉塵不僅會破壞人體功能，還會威脅煤礦礦區(qū)設備的正常運行。這些粉塵在礦區(qū)的濃度是有限的，因為地下煤礦的承載能力是固定的，人體的承載能力也是固定的。

粉塵含量若過高，會產生不良影響，甚至爆炸，會對民眾生命財產的安全產生嚴重危害。因此作業(yè)人員們可從如下幾個方面防止此類情況：一是保證礦井內有良好的通氣效率。風力宜相對中等，不宜過高或過低。過高風會刮出更多的塵土，過低則不允許內部灰塵循環(huán)。二是設置噴灑設施，利用水霧吸收空氣中的灰塵，以減少粉塵含量。三是設有隔離水幕，以避免人和粉塵接觸得太近。四是對煤層水進行治理，從根本上解決開采過程中的煤塵現(xiàn)象。

4.提高綜采放頂煤技術安全性的管理措施

(1)加強作業(yè)人員培訓

綜采放頂煤技術是一個復雜的工作，存在著很多不可控因素。所以，針對這種作業(yè)技術的特殊性，必須加大對從業(yè)人員的技術培訓，保證從業(yè)人員嚴格遵照作業(yè)標準進行綜采工作，提升專業(yè)技術和從業(yè)人員的安全意識。對于不合格的操作和工藝，及時停止，保證生命安全。在對作業(yè)人員專業(yè)技術和綜合素養(yǎng)提升的同時，提升管理水平，提高工程建設順利進行，提高綜采效率。對于繁雜的操作和突發(fā)事件，通過高技術能力和高素養(yǎng)的管理人員及時處理，從而提升煤礦開采質量。

(2)完善作業(yè)安全管理

煤炭開采的過程中，作業(yè)現(xiàn)場的管理十分重要。因此，很有必要構建并健全放頂煤作業(yè)現(xiàn)場的安全機制，進一步完善放頂煤作業(yè)現(xiàn)場的安全管理工作。并形成機制，有效提升作業(yè)人員放綜采放頂煤過程中的安全水平，讓作業(yè)人員在作業(yè)過程中也可以按操作規(guī)程進行正常生產。根據(jù)煤礦礦區(qū)特征，對綜放采礦技術中出現(xiàn)的安全問題和缺陷作出了調整。同時，還可以把主要責任界定到具體的崗位，并制定了作業(yè)標準考評制度，指導作業(yè)技術人員及時糾正在作業(yè)過程中的非標準作業(yè)問題和安全風險，確保安全生產。

(3)建立完善的安全設施

建設完備的安全生產基礎設施，才能保障煤炭綜采放頂?shù)V井技術的成功實現(xiàn)。所以，煤礦企業(yè)在礦井開發(fā)建設過程中應注重于安全生產設施設備的建設。完善的綜采煤礦安全設備應當具備完善的通風控制系統(tǒng)，作業(yè)人員應當穿著煤礦安全防護服，設立瓦斯保護監(jiān)控和預防系統(tǒng)，并設置了適當?shù)陌踩O備和裝置。另外，還應當進一步研究發(fā)展和完善當前使用的先進科學技術手段，以針對需要改善當前工程作業(yè)技術的重大問題，以彌補傳統(tǒng)綜采或綜采放頂?shù)V井工藝技術的不足，從而有效提升煤礦安全開發(fā)技術。

5.結束語

綜上所述，綜采放頂煤技術作為煤礦生產中非常常見的采煤方法，對提高煤礦生產的綜合效益具有重要意義。但從目前的現(xiàn)狀來看，由于綜采放頂煤技術煤層厚度大，頂板和煤壁的穩(wěn)定性控制一直是影響綜采安全的關鍵因素。因此，煤礦礦區(qū)管理者必須高度重視相關問題，積極組織生產人員進行有針對性的分析和探索，總結有效的安全開采控制措施，這對煤礦礦區(qū)生產的可持續(xù)高效發(fā)展具有重要意義。