厚煤層開采方法的研究

摘 要：能源是一切生產(chǎn)和生活的基礎，而煤炭又是我國的主體能源，厚煤層作為我國高產(chǎn)高效的主采煤層，在我國煤炭資源儲量與產(chǎn)量中所占比例約為45%，因此，厚煤層開采方法的選擇以及開采技術的應用是一項重要的研究課題，在煤炭開采中意義重大。

關鍵詞：煤炭；工作面；開采；頂板

中圖分類號：TD323 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）3-0175-02

煤炭是我國的主體能源，厚煤層在我國煤炭資源中儲量豐富，我國針對厚煤層的開采方法和其他國家基本相同，都可歸結為以下三種：①分層開采法；②放頂煤開采；③大采高開采。20世紀80年代是我國厚煤層開采技術的一個跨越分界點。在20世紀80年代之前，我國一直延續(xù)著傳統(tǒng)的厚煤層開采方法——分層開采法。在20世紀80年代后，從歐洲引入我國一種新的開采方法——放頂煤開采。此后在我國迅速發(fā)展并推廣應用。在發(fā)展過程中，隨著國內(nèi)外煤機行業(yè)的發(fā)展進程加快以及相關技術的不斷提高，近年來，大采高開采技術快速發(fā)展并得到廣泛的應用。

1 分層開采

當開采煤層較厚時，一般來說厚度超過5 m，此時單一長壁開采法已滿足不了開采需求。我們就需要把煤層分成若干采高2-3 m進行分層來開采。分層開采法根據(jù)煤層的傾斜程度劃分為斜切分層、水平分層和傾斜分層。斜切分層適應于急傾斜厚煤層，工作面沿走向推進，它將煤層分成若干個與水平面成一定角度的分層。水平分層和傾斜分層適應于傾斜、緩斜厚煤層。其中水平分層工作面一般沿走向推進，它將煤層分成若干個與水平面相平行的分層。傾斜分層工作面沿走向或傾斜推進，它將煤層分成若干個與煤層層面相平行的分層。由于分層開采法在我國的長期應用，所以技術相對成熟，在瓦斯治理方面、設備投資等方面都具有相對優(yōu)勢。但隨著放頂煤開采技術的引進及采煤技術的不斷成熟，分層開采法所呈現(xiàn)的不足也不斷顯現(xiàn)，如：產(chǎn)量低、工序復雜、成本高、頂板管理難度大、易引起采空區(qū)自燃等。因此，分層開采法目前已很少應用。

2 放頂煤開采

在諸多的采煤方法中，一般認為放頂煤開采法能夠在保持較高產(chǎn)量和效益的同時做到對于人員安全的盡可能保障，并可以減少采煤相關的消耗?；谝陨显?，現(xiàn)在放頂煤開采法已經(jīng)成為中國各地區(qū)大中型煤礦對厚煤層（煤層厚度>6 m）進行開采的主要方法。特別是對于厚煤層居多的礦區(qū)來說，放頂煤開采法已經(jīng)成為其實現(xiàn)高效集約化煤炭生產(chǎn)的重要途徑。

按照工作面所用相關設備的差異，放頂煤開采法一般可細分為“炮采放頂煤法”和“綜合機械化放頂煤開采法”兩種。

放頂煤開采法中的“炮采放頂煤法”，是指在開采煤層的下部工作面上放置單體支架，進行放炮落煤，于工作面進行鋪網(wǎng)，并且在工作面的后部剪網(wǎng)放頂煤的一種方法。相對于分層炮采法來說，此方法能夠以較大的幅度提高工作面的產(chǎn)量和效率，因而受到了一些中小礦井和擁有厚煤層的地質(zhì)復雜礦井的歡迎，在相關開采中得到了較為廣泛的使用。但是，此種方法在工作面頂煤、頂板的穩(wěn)定控制上有所欠缺，對于工人的勞動強度與作業(yè)環(huán)境也較難保證。

放頂煤開采法中的“綜合機械化放頂煤開采法”，則是指在煤層的下部布置較為特殊的綜采工作面（在工作面的后部增加刮板輸送機，并且放置的支架為具有放煤功能的專用放頂煤支架），并進行開采的方法。此種方法經(jīng)由在我國投入大量的實際使用并發(fā)展成熟，一般認為只要相關條件符合，采用“綜合機械化放頂煤開采法”對煤層開采具有較強的技術優(yōu)勢。具體來說，其技術優(yōu)勢主要有以下五點：

①降本提效。綜合機械化放頂煤開采法相較于其他方法而言，能夠有效的降低巷道掘進工作量達一半以上，同時減輕了采煤機的割煤量，節(jié)約了開采所需消耗的電力及材料，從而攤薄了噸煤生產(chǎn)成本，促進了生產(chǎn)效率的提升，有助于相關單位實現(xiàn)集約化的高效率生產(chǎn)。②管理簡單。采用綜合機械化放頂煤開采法時，由于其“直接頂”為完整頂煤，因此避免了分層開采過程中受到人工假頂質(zhì)量影響的因素，減輕了工作面頂板控制帶來的相關問題，故而有利于整個開采過程的管理。③強適應性。采用綜合機械化放頂煤開采法時，由于是沿著煤層的底板進行割煤，對支架上方的煤體通過放煤口進行回收，因而相關工作面的采掘推進受到煤層厚度的變化影響較小。④設備延壽。采用綜合機械化放頂煤開采法時，由于其仍然屬于放頂煤開采法的分支，相關煤炭產(chǎn)量的大部分仍由垮落頂煤所構成。這意味著在相同產(chǎn)量下，采用綜合機械化放頂煤開采法時的支架、采煤機和前部刮板輸送機等設備，比普通綜采工作面設備擁有更短的使用時間，所承擔的過煤量更少，因而變相延長了相關設備的使用壽命。⑤防止自燃。采用綜合機械化放頂煤開采法時，可一次采全高，從而使得相關的采空區(qū)可以及時予以封閉，并且不用再次進入。這意味著當所采煤層為易自燃煤層時，可較大程度的降低煤層自然起火的幾率。相較于下分層煤層自燃防治需采取繁瑣措施的分層開采法，綜合機械化放頂煤開采法無疑是更為有效便捷的方法。

3 大采高綜采

迄今為止，我國采用“大采高”法進行煤層的一次采全厚綜采已經(jīng)取得了較多的成功。特別是在緩傾斜厚煤層的開采中，其在技術層面和經(jīng)濟層面上相較于傾斜分層綜采法已經(jīng)展現(xiàn)出了突出的優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿?。有關統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，采用“大采高綜采”下的工作面，其單產(chǎn)水平相對于同樣煤層條件下，使用“傾斜分層綜采”的工作面要高很多。此方法的相關優(yōu)良特性，為煤層開采緩和采掘關系、簡化相關生產(chǎn)環(huán)節(jié)、保證煤炭安全生產(chǎn)提供了有利條件。

雖然采用“大采高綜采”需要更高的資金投入和承受更多的設備折舊費用，但由于采用“大采高綜采”下的工作面煤炭產(chǎn)量高、生產(chǎn)效率高，并且減少了回采巷道的施工，減少了相關工作面的搬遷，再加上不用鋪設假頂?shù)鹊纫蛩?，其綜合的經(jīng)濟效益反而較好。特別是在應對厚煤層方面，應用厚煤層一次采全高的技術和工藝具有不俗的優(yōu)越性。

“大采高綜采”主要具有以下基本特征：

①相關煤層工作面的開采高度大，覆巖破壞范圍大，基本頂可回轉(zhuǎn)、運動空間大，上覆穩(wěn)定的砌體梁結構距采場較遠。②相關煤層工作面的支護強度高、動載系數(shù)小、支架工作阻力與初撐力多呈現(xiàn)線性關系，支架圍巖的受力以靜載為主。③相關煤層工作面的煤壁片幫嚴重，片幫、冒頂聯(lián)動性大，支架穩(wěn)定性差，支架圍巖系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制難度較大。④相較于分層綜采具有更大生產(chǎn)能力、更高單產(chǎn)、巷道布置簡單、工序簡單、巷道掘進維護量小、回采工效和采出率高、噸煤成本低。⑤相較于綜放開采的采出率高、含矸率低、煤塵小。在我國煤炭高效綜采大型設備投入大規(guī)模使用、國家對于能源需求日益增長的今天，各方要求礦井高產(chǎn)、高效、安全開采煤炭的呼聲已經(jīng)變得越來越強烈。在這種情形和趨勢下，大采高工作面的發(fā)展無疑是實現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效建設的有效途徑。

4 結 語

煤礦生產(chǎn)的核心技術是采煤工藝。對于采煤工藝的選擇，從根本上決定了相關礦井的煤炭產(chǎn)量大小及生產(chǎn)成本的高低。從所在礦井的煤層實際情況出發(fā)，采取相對應的綜合分析，特別是對厚煤層開采更優(yōu)方法的可行性進行深入研究，才能滿足礦井高效、安全生產(chǎn)的需求。

參考文獻：

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