綜采技術(shù)在厚煤層開采中的應(yīng)用

郭志剛

摘 要：針對(duì)煤礦開采工作來講，其是難度較大且應(yīng)用廣泛的工程項(xiàng)目，在不同地質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行煤礦作業(yè)，由此若想進(jìn)一步更高煤礦開采效率，則應(yīng)該全面研究現(xiàn)有技術(shù)，從而在優(yōu)化的同時(shí)提高煤礦開采水平。其中厚煤層開采工作無論是開采技術(shù)還是工藝均有更為嚴(yán)格的要求，出于厚煤層開采效率的提高，則應(yīng)該有效應(yīng)用綜采技術(shù)，以此提高開采水平。本文將著眼煤礦厚煤層開采工作，簡(jiǎn)要分析綜采技術(shù)的有關(guān)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤礦開采;厚煤層;放頂煤開采;大采高開采

眾所周知，我國是世界上煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國，占世界煤炭產(chǎn)量的1/3以上。我國一次能源的70%來自于煤炭，因此煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中具有其它能源無法替代的作用。在我國現(xiàn)有煤炭?jī)?chǔ)量和產(chǎn)量中，厚煤層（厚度≥3.5m）的產(chǎn)量和儲(chǔ)量均占45%左右，是我國實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效開采的主力煤層，具有資源儲(chǔ)量?jī)?yōu)勢(shì)。由于煤層厚度大，對(duì)其開采可以有多種方法進(jìn)行選擇。隨著煤炭市場(chǎng)好轉(zhuǎn)和高產(chǎn)高效開采的迫切需要，放頂煤開采和大采高開采技術(shù)得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。然而煤炭開采與具體的地質(zhì)條件、開采條件等有密切關(guān)系，因此厚煤層開采要根據(jù)煤層條件和技術(shù)條件等采用合適的開采方法。隨著開采煤層厚度和開采強(qiáng)度的增加，還會(huì)出現(xiàn)許多迫切需要解決的新的課題，例如提高煤炭資源回收率、支架合理選型、瓦斯運(yùn)移規(guī)律與防治技術(shù)等。

一.厚煤層綜放開采技術(shù)

（1）分層開采。在20世紀(jì)90年代，我國的厚煤層大都是分層開采方式，也就是把平行的厚煤層分成許多個(gè)2.5m左右的小分層，然后從上到下逐層對(duì)小分層進(jìn)行開采，偶爾也會(huì)有從下開始開采的情況。如果從上往下進(jìn)行煤層開采時(shí)，把上一個(gè)小分層開采完成之后，在上層垮落的頂板下面進(jìn)行開采下一個(gè)小分層，為了保證下分層施工人員的采煤安全，上一小分層需要設(shè)置再生頂板進(jìn)行開采工作。現(xiàn)在一般都是使用金屬網(wǎng)鋪設(shè)在煤礦的分層之間，以此來作為開采下一層的頂板。在這個(gè)頂板的保護(hù)下開采煤礦，可以稱作是下分層煤礦開采。還有一些煤礦區(qū)為了保護(hù)礦區(qū)的地面安全，或在比較容易發(fā)生自燃的厚煤層上進(jìn)行上層開采，如風(fēng)力充填法等。厚煤層采用分層的開采技術(shù)已經(jīng)較為成熟，我國長(zhǎng)期使用這種煤礦開采方式，其開采設(shè)備的投入成本較少、治理瓦斯的技術(shù)相對(duì)先進(jìn)、地表煤層緩慢下沉。不過厚煤層的分層開采也有一定的局限性，開采的成本非常高、產(chǎn)量較低、支護(hù)技術(shù)不成熟、容易發(fā)生自燃等。由于厚煤層開采存在的局限性，我國一直致力于研究厚煤層的開采技術(shù)，已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成效。

（2）放頂煤開采。放頂煤開采是在厚煤層的最下方設(shè)置采高的開采工作面，一般情況下都是利用常規(guī)的煤礦開采方式，借助煤礦的壓力作用和爆破的方式，把煤礦支架上面的頂煤破碎，然后通過支架后面的出口放出破碎的頂煤，再由開采工作面后方的煤礦輸送機(jī)把放出的破碎頂煤運(yùn)出去。放頂煤開采技術(shù)根據(jù)使用的開采設(shè)備和支護(hù)設(shè)備大致可以分為兩種采煤技術(shù)，綜合開采放頂煤技術(shù)和簡(jiǎn)易放頂煤技術(shù)。綜合開采放頂煤主要是使用機(jī)械化設(shè)備來進(jìn)行放頂煤的開采工作。簡(jiǎn)易放頂煤是在頂梁支架上鋪設(shè)頂網(wǎng)進(jìn)行煤礦開采，此法不能很好的控制頂板，支架的阻力和支撐力幾乎不能達(dá)到規(guī)定的開采要求，容易發(fā)生安全事故，所以一般不使用這種簡(jiǎn)易放頂煤開采技術(shù)。放頂煤的開采技術(shù)有明顯的優(yōu)勢(shì)，投資成本和開采成本比較少，不過煤礦的產(chǎn)量多、開采效率高，同時(shí)對(duì)厚煤層的各種裂縫和硬度要求極高，破碎的煤礦大小要合適，能夠自行放出，因?yàn)槊禾康漠a(chǎn)量較高，因此涌出的瓦斯量會(huì)很大，開采煤礦殘留的煤渣會(huì)嚴(yán)重阻礙瓦斯的防治工作和地面下沉。

（3）大采高開采?，F(xiàn)在，我國煤礦設(shè)備的制造技術(shù)不斷發(fā)展，尤其是在設(shè)備的設(shè)計(jì)方面，煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益逐漸增加，大采高開采技術(shù)應(yīng)用的越來越廣泛。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，采高的最大高度不能低于3800mm，一次大采高工作面使用的支架是液壓支架，所對(duì)應(yīng)的工作面是大采高工作面。我國從二十世紀(jì)八九十年代就開始不斷研究適合我國煤礦開采條件的一些機(jī)械設(shè)備，并且多次進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)化的研究，逐步取得顯著成效。發(fā)展到現(xiàn)在，大采高開采厚煤層的方法應(yīng)用的越來越廣泛，在我國很多個(gè)煤礦進(jìn)行應(yīng)用，得到了不錯(cuò)的效果。隨著煤礦開采技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，大采高采煤技術(shù)會(huì)逐漸在全國范圍內(nèi)進(jìn)行推廣和使用。大采高開采煤礦工作面使用支架高度較高、開采設(shè)備的功率大，各種煤礦輸送機(jī)和相關(guān)的大型輔助機(jī)械設(shè)備的成本較高，需要一次性全部投入使用，對(duì)煤礦類型和巷道尺寸的規(guī)定和要求比較嚴(yán)格，不過這種開采方式的產(chǎn)量很大，工作效率高，比較適合煤礦的集中生產(chǎn)，煤礦井下的各種設(shè)施比較簡(jiǎn)單。

二、綜采技術(shù)在厚煤層開采中的應(yīng)用

2.1頂煤弱化技術(shù)在厚煤層開采中的應(yīng)用

放頂煤技術(shù)是解決厚煤層開采問題的關(guān)鍵技術(shù)之一[3]，能起到全厚開采的效果，從而有效提高了煤礦開采時(shí)的回采率，具有降低煤礦耗損、避免資源浪費(fèi)的優(yōu)勢(shì)。在放頂煤時(shí)為了提高效率，需要對(duì)頂煤進(jìn)行弱化，這項(xiàng)技術(shù)稱之為頂煤弱化技術(shù)。在運(yùn)用頂煤弱化技術(shù)對(duì)厚煤層進(jìn)行開采的過程中，其運(yùn)用的思路或方法為：首先需從放頂煤技術(shù)的特點(diǎn)與基本規(guī)律出發(fā)，在支承壓力作用之前，需合理運(yùn)用爆破技術(shù)破壞頂煤的完整性，從而破壞頂煤的整體結(jié)構(gòu)并改變其力學(xué)性質(zhì)。破壞后的頂煤強(qiáng)度較低，這導(dǎo)致應(yīng)力在頂煤中傳遞的范圍較大，從而提高放頂煤的效率。值得注意的是，在利用頂煤弱化技術(shù)進(jìn)行厚煤層的開采時(shí)，弱化并不是對(duì)全部頂煤進(jìn)行弱化，只是弱化部分頂煤，弱化的主要作用在于：讓頂煤最終破碎度滿足放頂煤的條件。因此在運(yùn)用該技術(shù)時(shí)，還需充分利用巖體的應(yīng)力，這樣才能進(jìn)一步提高厚煤層開采的效果。

2.2放頂煤液壓支架技術(shù)在厚煤層開采中的應(yīng)用

調(diào)查研究表明[4]，中國目前在煤礦資源開采上雖然取得了很大進(jìn)步，但依然還存在很多問題。比如厚煤層開采中機(jī)械化水平較低的問題、采煤經(jīng)濟(jì)效益不高的問題及采煤時(shí)安全保障較低的問題等。上述的這些問題都值得相關(guān)技術(shù)工作者加強(qiáng)研究，在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。而實(shí)踐證實(shí)，放頂煤液壓支架技術(shù)在中國厚煤層煤礦開采中的應(yīng)用能有效解決目前煤礦開采存在的問題，促進(jìn)厚煤層開采效益的提升。放頂煤液壓支架在厚煤層開采中的應(yīng)用，其特點(diǎn)是通過信息技術(shù)獲得厚煤層開采時(shí)煤層的信息，并對(duì)煤層開采過程中的頂板起到智能支撐作用。放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但具有完整的頂梁、內(nèi)伸縮梁和長(zhǎng)側(cè)護(hù)板等結(jié)構(gòu)，而單輸送機(jī)的后面連接著相應(yīng)端面的頂

板與支架，且端面是完全封閉的。所以應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行厚煤層煤礦資源的開采，能讓厚煤層內(nèi)部過煤空間不會(huì)隨著采煤高度的變化而發(fā)生變化，或避免受到頂梁工作狀態(tài)發(fā)生變化影響。在運(yùn)用該技術(shù)時(shí)需注意的是支架后掩護(hù)梁應(yīng)設(shè)計(jì)成彎曲的分界面，以增加對(duì)特厚煤層的煤礦資源開采率。此外，在使用時(shí)通過調(diào)整支架的伸縮功能，能實(shí)現(xiàn)對(duì)頂梁工作狀態(tài)的有效調(diào)整。

三、結(jié)語

近年來，厚煤層開采技術(shù)在我國得到了飛速的發(fā)展，產(chǎn)量和效率屢創(chuàng)世界紀(jì)錄，目前厚煤層大采高和放頂煤開采技術(shù)已處于世界先進(jìn)水平。但是厚煤層開采技術(shù)目前在我國仍存在一些問題，如大采高開采支架的合理工作阻力選取，工作面端頭支護(hù)與頂板控制技術(shù)等問題;放頂煤開采提高頂煤的回收率，采空區(qū)瓦斯的處理等問題，均需要進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究和解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹希文，閆少宏，安宇.大采高工作面煤壁片幫特征分析與應(yīng)用[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2008，25（2）：222-225.

[2]王家臣，仲淑桓.我國厚煤層開采技術(shù)現(xiàn)狀及需要解決的關(guān)鍵問題[J].中國科技論文在線，2008，3（11）：829-832.

[3]天地科技采礦技術(shù)研究所.綜采放頂煤技術(shù)理論與實(shí)踐的創(chuàng)新發(fā)展[C]//綜放開采30周年科技論文集.北京：煤炭工業(yè)出版社，2012.

（甘肅省隴南市徽縣工業(yè)和信息化局? 甘肅? 隴南? 742300）