綜采放頂煤開采技術現狀

張云國

(中色礦業集團有限公司,北京 100089)

放頂煤開采法由來已久[1]。法國、前蘇聯、南斯拉夫等國家于20世紀40年代末50年代初，即開始用放頂煤開采法。1957年，蘇聯首次在庫茲巴斯煤田采用放頂煤開采法，借助KTY型掩護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，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運出工作面。后因工藝復雜、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，無疑是能夠實現高產高效的，但要實現這一優勢，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。放頂煤開采的優勢，是能在不同的條件下，實現不同水平的，但卻是前所未有的高產量、高效率和高效益，把厚煤層的儲量優勢充分轉變為技術經濟優勢。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)

這一階段結束的標志，是陽泉一礦9603長壁綜放面月產突破14萬t，它證明了綜放開采確實能實現高產高效。我國從1982年開始引進綜放開采技術，并于1984年在沈陽礦務局蒲河礦首先進行了全部國產設備緩傾斜長壁綜放面的試驗，由于支架設計有缺陷，配套設備及生產系統不匹配，生產管理也沒經驗，試驗基本上不成功。后在窯街礦務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，隨之在遼源礦務局梅河口礦、烏魯木齊礦務局六道灣煤礦，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60萬t左右的成績。在急傾斜發展綜放開采的同時，東北若干礦區繼續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，工作面發生過幾次自燃火災，單產水平也不高。1987年，平頂山一礦全部引進匈牙利生產的以VHP-732單輸送機高位放煤液壓支架為基礎的全套綜放設備投產，由于多種原因，當時月產最高僅為4萬多t，沒有表現出比分層綜采有多大的優勢。盡管如此，潞安、陽泉等我國主要的機械化產煤大局仍在積極準備進一步實驗。1990年上半年，陽泉一礦和潞安王莊礦都達到了工作面月產8萬t以上的高產水平。1990年下半年，陽泉一礦9603長壁綜方面月產超過14萬t，比該礦分層綜采面產量和效益都提高了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普遍高產的一些規律，對放頂煤開采技術發展產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驗，對以后我國綜放技術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志是：① 兗州礦務局興隆莊礦工作面單產突破了300萬t/a，初步顯示了綜放面高產高效的巨大潛力；② 難采煤層綜放開采技術有了重大突破。1990年，陽泉一礦9603工作面達到了月產14萬t，在經濟上、技術上開始反映出綜放開采的巨大優勢。1993年，潞安礦務局王莊礦又將高產高效紀錄提高到月產31萬t，年產250萬t，工效100t/工的新水平。很多礦務局認識到并開始將發展放頂煤技術提高到技術進步的主要議程，其中包括一些難采煤層如鄭州礦務局的“三軟”煤層、陽泉礦務局的高瓦斯煤層(五礦)、石炭井礦務局的“大傾角”(30°)煤層，也都加快了實現綜放開采的步伐。

在綜放開采技術取得重大發展的同時，影響綜放開采繼續發展的幾個問題也被廣泛關注，這就是：① 放頂煤開采的煤炭回收率達到了什么水平?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 對綜放開采自燃災害特點如何認識?綜放開采防止自燃發火的主要技術措施是什么?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)工作面高產高效工藝取得了重大進展，綜放工作面最高單產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，并且出現了一批年產200萬t以上的工作面，統計表如1。

(2)放頂煤液壓支架由仿造發展到自創，并進而定型。其中具有代表性的是由潞安礦務局與鄭州煤機廠首創的四柱、四連桿、雙輸送機、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構，支架的穩定性好、強度大、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年綜放高產面的單產統計表

(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，并進行了大規模地實驗，取得了一些成果。

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

3 技術成熟和推廣階段(1996年起)

從1996年到現在，國家加大了對綜放開采技術研究的投入；由于綜放開采巨大的技術、經濟和社會效益，激發了煤礦生產企業的積極性，由于對綜放開采的幾個重大技術難點的認識有了深化，并初步有了治理方法，綜放開采的安全優勢也被公認。1995年，煤炭工業科教興煤大會上，確定了把綜放開采技術定為“九五”期間煤炭行業重點攻關和推廣的五項技術之首，原煤炭部還將綜放開采技術的幾個問題定為“九五”期間煤炭工業重點科研攻關項目，使綜放開采技術的發展有了一個很好的外部環境，在不長的時間內得到了快速發展。

近幾年，綜放開采技術在兩種不同類型的情況下都得到了大發展。一種類型是少數大型、特大型礦井，煤層厚度大、儲量大、地質構造簡單、瓦斯不大、煤質中硬、使用綜放開采的條件好，經過努力，工作面單產、效益大幅度增長(單產超過200萬t/a)。1997年，兗州礦務局東灘礦綜放工作面年產達到410萬t，工作面效率達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)，礦井各環節設備能力較小，地質條件相對復雜，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”等的綜放開采技術有了較大發展，并在技術上形成了各自的典型模式。近幾年，輕放支架研制成功，更加擴大了綜放開采的適用范圍，一些經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，從采動影響的規律到綜放設備設計配套，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場工程技術人員，在綜放開采工藝、綜放工作面設備配套、頂煤運動規律及礦山壓力顯現，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性難題，為更好地了解綜放開采技術和促進放頂煤技術的健康發展作出了巨大貢獻[11-13]。

4 結 語

目前，綜放開采技術在我國許多國有重點煤礦企業已經全面普及，相關采煤技術已經達到世界先進水平。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。相關煤炭高校和科研機構需要在這方面做大量的工作。

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