綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)及實(shí)施要點(diǎn)

王 明

(霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200)

0 引言

對(duì)于煤炭開(kāi)采而言，合理應(yīng)用綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)十分重要，其是提高煤炭開(kāi)采量的基礎(chǔ)，也是保證煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化的關(guān)鍵[1-3]。為此，相關(guān)部門(mén)需給予綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)高度重視，促使其存在的價(jià)值與效用在煤炭開(kāi)采中充分的發(fā)揮出來(lái)，推動(dòng)煤炭行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。需要研究綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)及實(shí)施要點(diǎn)。

1 綜采放頂煤技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀

綜采放頂煤技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代[4]。我國(guó)自行研發(fā)出了FY400/14/28綜放支架，在20世紀(jì)80年代由原煤炭部立項(xiàng)，并在沈陽(yáng)設(shè)試點(diǎn)，但因支架穩(wěn)定性不強(qiáng)不能前移，四連桿強(qiáng)度不足，配置的設(shè)備不齊全，在實(shí)際運(yùn)行中易引發(fā)火災(zāi)，因此該試驗(yàn)被迫終止；3年后VHP-732型支架被我國(guó)平頂山礦務(wù)局應(yīng)用，通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)利用，平頂山礦務(wù)局取得了傲人的成績(jī)，月均量高達(dá)40 000 t，最高達(dá)到55 000 t，回采率接近80%。在這之后，潞安礦務(wù)局與陽(yáng)泉礦務(wù)局也開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)，他們的成績(jī)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其以前的成績(jī)。從首個(gè)試驗(yàn)開(kāi)始，經(jīng)歷了10年的發(fā)展，綜放技術(shù)發(fā)展迅猛，此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)入到了鼎盛時(shí)期，諸多地方的礦務(wù)局皆開(kāi)始應(yīng)用。在1994年就有將近30個(gè)礦務(wù)局使用這一技術(shù)，且他們的綜放開(kāi)采產(chǎn)量最高達(dá)到370萬(wàn)t。其中產(chǎn)量在百萬(wàn)噸之上的有20多家，可以說(shuō)綜放開(kāi)采技術(shù)越發(fā)成熟。無(wú)論是安全保障上，還是工藝、設(shè)備上皆有十分卓越的進(jìn)步，為綜放開(kāi)采技術(shù)飛速發(fā)展提供了有利條件。

2 對(duì)綜放開(kāi)采技術(shù)的貢獻(xiàn)

2.1 頂煤冒放性的評(píng)價(jià)方法

頂煤的冒放性對(duì)頂煤開(kāi)采有巨大影響，是決定煤炭回收率的主要因素[5-6]。我國(guó)有許多科技人員都提出了冒放性評(píng)價(jià)方法，如對(duì)影響因素先量化再回歸，之后運(yùn)用回歸公式計(jì)算其冒放性；利用模糊聚類法計(jì)算冒放性。開(kāi)采場(chǎng)地應(yīng)用最為普遍的方式便是加權(quán)模糊推理法。其是對(duì)地質(zhì)條件和煤層開(kāi)采條件的系統(tǒng)評(píng)價(jià)，并未對(duì)其他措施進(jìn)行考慮，導(dǎo)致其他措施對(duì)冒放性的影響不明。若是輔助措施會(huì)影響冒放性，無(wú)疑會(huì)使地質(zhì)條件和煤層開(kāi)采條件遭到改變，該方法依然能夠使用。

2.2 支架圍巖同綜放面頂板結(jié)構(gòu)間的關(guān)系

頂板壓力：支架圍巖同綜放面頂板結(jié)構(gòu)間的關(guān)系一直都是工程界與學(xué)術(shù)界辯論的課題之一。一種想法為，放頂煤采出厚度比較大，一定會(huì)加大頂板壓力，為此諸多廠家都構(gòu)建了大噸位支架，但這些支架易在采場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)倒架或是鉆底的現(xiàn)象，使回采效益受影響；另一想法為，冒落矸石厚度比較大，頂板壓力會(huì)受到一定緩沖，減少部分壓力，為此有很多礦井都選擇利用一些噸位相對(duì)較小的支架，但出現(xiàn)了油缸變形等十分嚴(yán)重的安全事故。放頂煤采場(chǎng)壓力變大變小的問(wèn)題，已成為當(dāng)前支架選型與設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題之一。

采場(chǎng)頂板結(jié)構(gòu):我國(guó)當(dāng)前礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與綜放采場(chǎng)頂板運(yùn)動(dòng)有了諸多研究成果，相對(duì)較典型的是：在三硬條件下對(duì)礦壓規(guī)律的分析；有關(guān)采場(chǎng)頂板結(jié)構(gòu)同支架圍巖間的關(guān)系分析；在三軟條件下分析；有關(guān)綜放提升與創(chuàng)新的分析；有關(guān)網(wǎng)下等復(fù)雜條件下采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析等，上述成果十分全面的反映了多種頂板條件下的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，促進(jìn)了放頂煤開(kāi)采技術(shù)發(fā)展。前人研究皆認(rèn)定，放頂煤開(kāi)采條件下，直接頂?shù)目赡苊奥浜穸热匀粸橐淮尾沙龊穸鹊谋稊?shù)，在一般采場(chǎng)條件下該數(shù)值為1.9～2.5倍。直接頂上方有傳遞力的結(jié)構(gòu)，其冒落穩(wěn)定后能有效代替強(qiáng)度中硬質(zhì)頂板結(jié)構(gòu)。

支架圍巖關(guān)系:普通結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)下支架的壓力主要由3部分構(gòu)成，其中包括直接頂與老頂間的接觸力、全部或部分直接頂作用力、頂煤重量；堅(jiān)硬梁式結(jié)構(gòu)，如果直接頂?shù)暮穸容^小，頂煤與直接頂以頂荷載的手段作用于支架之上，支架同時(shí)還需承受老頂斷裂時(shí)的沖擊力，因此，一般情況下，都會(huì)應(yīng)用動(dòng)力學(xué)法解釋堅(jiān)硬梁式結(jié)構(gòu)支架圍巖關(guān)系。

綜放支架受力同頂板結(jié)構(gòu)間的關(guān)系：通過(guò)以上分析發(fā)現(xiàn)，綜放面頂板壓力不單單與頂板的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還和采空區(qū)填充狀態(tài)息息相關(guān)。對(duì)于常規(guī)的頂板來(lái)講，平推力并不是最主要的問(wèn)題，也并不會(huì)有多大的沖擊荷載。對(duì)于梁式結(jié)構(gòu)煤礦場(chǎng)，頂板壓力與支架類型的預(yù)估需應(yīng)用下述幾點(diǎn)：基于預(yù)定放出率為主，對(duì)直接頂厚度進(jìn)行估計(jì)；通常情況下都會(huì)同采場(chǎng)的頂板巖層結(jié)構(gòu)對(duì)比，對(duì)梁式結(jié)構(gòu)的位置進(jìn)行判斷；合理計(jì)算堅(jiān)硬梁式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)空間，即采空區(qū)的空虛度；對(duì)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)力作用方向與最大荷載進(jìn)行估算；對(duì)支架參數(shù)與架型提出新的要求。

2.3 提高煤炭回收率的技術(shù)措施

基于綜放條件下推廣沿空掘巷技術(shù)，為煤巷支護(hù)錨網(wǎng)化提供有力條件，保證區(qū)段煤柱數(shù)量最少；研發(fā)過(guò)渡放煤支架等，提高工作面回收率；對(duì)于特厚煤層應(yīng)選用分層鋪底網(wǎng)技術(shù)，不單單可以提升回收率，還可以有效降低混矸幾率；給予攻關(guān)回采工藝高度重視，進(jìn)而獲取新興工藝；在工作面布置上，加大走向長(zhǎng)度和傾斜長(zhǎng)度，靈活多樣布置不等長(zhǎng)、刀把工作面，避開(kāi)斷層等地質(zhì)構(gòu)造的優(yōu)化工作面布置設(shè)計(jì)，盡可能增加可采儲(chǔ)量。

2.4 新型系列綜放支架及其配套設(shè)備

綜放支架在當(dāng)前得到了廣泛利用，其可以說(shuō)對(duì)我國(guó)煤礦開(kāi)采具有不可或缺的作用。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間探究，在緩傾斜厚煤層的綜放面低位放頂煤支架架型成為目前使用的主流。當(dāng)前，我國(guó)能夠設(shè)計(jì)并制造不同厚度煤層與傾角的系列支架，支架的使用年限與牢固性皆達(dá)到了世界較先進(jìn)的水平。采煤機(jī)同支架的配套性好，應(yīng)用自如。還設(shè)計(jì)并制造了端頭支架與過(guò)渡支架這兩種特殊架型，讓綜放開(kāi)采技術(shù)的安全性與實(shí)效性更甚。

3 加強(qiáng)煤炭回收率的措施與安全保障體系

3.1 加強(qiáng)煤炭回收率的措施

國(guó)內(nèi)的科技研發(fā)人員主要以提升煤炭回收率為中心任務(wù)，以設(shè)備、回采技術(shù)以及工藝為研究課題，通過(guò)堅(jiān)持不懈的努力，讓我國(guó)目前煤炭回收率得到了有效提升，實(shí)現(xiàn)了80%以上，在技術(shù)方面的優(yōu)化有以下4個(gè)方面：①通過(guò)對(duì)沿空掘巷技術(shù)進(jìn)行有效試驗(yàn)，全面推廣后可使區(qū)域煤柱數(shù)量持續(xù)下降；②端頭放煤支架使用讓煤炭回收率同以往相比上漲了兩個(gè)百分點(diǎn)；③合理應(yīng)用預(yù)采頂分層鋪底網(wǎng)技術(shù)能夠有效提升煤炭回收率，并且減少混矸；④著重對(duì)回采工藝優(yōu)化與研究，比如某礦在對(duì)煤炭回采工藝(多輪順序均勻放煤)優(yōu)化以后，回收率上漲了5個(gè)百分點(diǎn)。

3.2 綜放工作面安全保障體系

煤塵、瓦斯等是導(dǎo)致綜放工作面出現(xiàn)事故的原因。針對(duì)綜放面瓦斯涌出特征與預(yù)防方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。

綜放面瓦斯涌出量提升，比如在某礦13號(hào)層綜放面產(chǎn)量高于分層工作面產(chǎn)量1.5～2倍，綜放開(kāi)采面的瓦斯涌出量要比分層工作面高1～1.6倍；分層開(kāi)采面的涌出量要少于第1層，但是多于其他分層。具體防治措施為：鄰層或是本鄰抽放；提升排風(fēng)量與抽風(fēng)量及采空區(qū)抽放等。

4 結(jié)語(yǔ)

綜放開(kāi)采技術(shù)具有較強(qiáng)的安全性與高效性，會(huì)在日后較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，成為我國(guó)煤炭開(kāi)采的核心技術(shù)。但我國(guó)地域?qū)拸V，厚煤層開(kāi)采條件與埋藏條件的多元化決定了綜放技術(shù)多樣性，不應(yīng)該局限于一種方法或是幾種方法僵化拼湊；也不能局限于現(xiàn)有的礦井模式。舊井的優(yōu)化與新井的設(shè)計(jì)，需依據(jù)采煤技術(shù)的進(jìn)步與應(yīng)用實(shí)踐不斷更新、發(fā)展，以此獲得最大經(jīng)濟(jì)效益、安全效益。