我國厚煤層開采的技術研究

閆春雷

摘要：厚煤層礦井的開采體系極大地影響著煤礦生產經營成本。只有建立起完整的現代開采體系，才能最大限度地發揮礦井的能力和潛力。在當今先進的科技經濟發展的新形勢下厚煤層開采主要用放頂煤和大采高較多，這也使得煤礦企業解決了各種復雜條件下厚煤層開采的一系列技術難題，并且取得了極其顯著的技術經濟效益。本文探討厚煤層的開采現狀與技術重點，掌握煤火的防治和提高采出率等技術手段，進而提高煤礦企業的經濟效益。

關鍵詞：厚煤層 ?開采技術 ?分層開采 ?放頂煤

0 引言

井工開采厚度3.5m以上的煤層、露天開采厚度10m以上的煤層為厚煤層。豐富的厚煤層儲量構成了我國煤礦產業的一個特色，也是煤礦生產行業的一個優勢。但是由于目前我國在厚煤層開采方面的工藝流程和技術措施相對落后，傳統回采工藝巷道掘進率高、工序復雜、效率低、成本高，使得儲量豐富的優勢難以轉化成巨大的效益。所以，在如今煤炭行業集約化經營的改革要求下，如何選擇科學的回采工藝和技術措施，已成為煤礦企業亟待解決的一個問題。

1 厚煤層現代開采技術工藝的選擇

結合目前煤礦產業厚煤層開采情況來看，分層開采、放頂煤開采和大采高綜采是主流的開采技術。本文將重點介紹分層開采技術和放頂煤開采技術。

1.1 分層開采

1.1.1 優越性?，F階段，分層開采的綜合機械化采煤工藝是應用較為普遍的采煤工藝。分層開采法不但可防止綜放開采時煤矸混雜影響煤質，而且采放比適中，可提高頂煤回收率，同時頂分層還能起到保護層和卸壓作用。

1.1.2 缺點。①采準巷道構造復雜，巷道掘進率高，不易于維護，工程費用高;②必須借助人工假頂才能回采上分層，工作量大，無形中增加了人工費用;③地質構造對回采工藝的影響較大;④煤層厚度發生變化時丟煤問題比較嚴重;⑤單產低，效益差。

1.2 放頂煤開采

1.2.1 放頂煤開采的優越性及適應

①優越性。a回采工藝的機械化水平高，技術先進;b噸煤工效高，可集中生產，對經濟效益的共效率高;c減少了礦井開拓和準備的作業量，有助于新礦及新區改進巷道布置;d基于礦壓理論、放礦理論，實現不利因素向有利因素的轉化。

②適應性。a放頂煤回采的煤層厚度應該大于6m且不超過10m。厚度超過10m的煤層，考慮到回采的安全性、經濟性和技術要求，建議分段回采。b煤層走向應大于500～600m，在煤層傾角較緩的條件下應用效果明顯。有些傾斜或急傾斜煤層，如果頂板條件和管理水平符合放頂開采要求，也能使用這種開采方式。c普放模式的頂板管理水平不及綜放模式，因此建議多使用綜放開采方式。d放頂煤開采，一般適應煤的硬度系數f為0.5～0.6。當f>2時，要使用放頂煤開采技術，必須采取一定的技術措施，前期準備要充分。

1.2.2 缺點。①煤塵量明顯高于分層開采的煤塵量;②通常只能達到80%的回采率，不經濟;③不能“根治”自然發火問題;④高瓦斯礦井若采用放頂煤開采方式，會造成瓦斯積聚。

2 厚煤層開采現狀

自上世紀七八十年代以來，厚煤層綜合機械化長壁放頂煤開采方式一直是世界各國廣泛關注的研究課題，也是我國5～20m厚的煤層一次全高開采率先推廣應用的新型采煤模式。厚煤層綜合機械化長壁放頂煤開采方法要求將回采作業面布置在下部煤層，通過上部支架的窗口放出煤炭。若按傳統方法，必須經過多次分層才能采出煤炭，而這種新型采煤方法無需多次分層就能將煤炭一次性采出，其應用優勢顯而易見。

另外，放頂煤開采技術也是比較經濟的開采方式。但是也應該看到，這項技術會大面積破壞作業面采場圍巖，對提高煤炭回采率的貢獻不大，而且回采中可能會增加瓦斯涌出量和煤塵量，增加煤層自然發火安全風險。由于我國厚煤層資源豐富，占總儲量的44.8%，因此放頂煤技術的研究和推廣對我國煤炭工業的發展具有特別重要的意義[5]。

3 厚煤層現代開采的技術重點

3.1 綜放工作面放頂煤能力提高問題。要提高綜放出煤率，首先要保證盡量同步采放。具體來講，就是放頂煤平均循環時間要小于采煤機平均割煤循環時間，盡量不讓采煤機停機等待放頂煤工序。綜放面采煤機割煤時，煤層高度基本一致。在煤層厚度變化大的時候，就要重點監控后部刮板輸送機能力，控制好放煤速度，協調好前后部刮板輸送機的作業能力，適當擴大液壓支架后部放煤空間，提高放煤口啟停速度，以確保各部分協調工作。

3.2 加大工作面長度。作業面煤炭掘進速度提高后，為了節省采煤機斜切進刀時間和綜采面端口作業影響時間，提高有效開機率，采掘面的長度應該適當延長，以增大可采儲量，延長作業面連續推進時間，控制上、下端頭頂煤丟煤現象，從而提高煤炭回采率。

3.3 大功率裝備的國產化配套。我國大型采煤機、刮板輸送機、液壓支架等國產設備，通過引進、消化、吸收，已有望趕超國外的設備水平。但有一部分重要元件的制造仍有賴于國外的生產工藝，尤其是電液控制設備和控制設備，應該盡快實現國產化。

3.4 煤層自然發火的防治。煤層自燃發火及其產生的安全隱患是厚煤層開采過程中必須面對的問題。雖然目前煤炭防滅火技術的研究和開發已達到一定的水平，煤層自然發火現象也得到一定程度的控制，但是隱患尚在，如何徹底解決這個問題，還有待深入研究。

3.5 提高煤炭回采率。在采煤過程中，必須重視資源回采率的高低。一般來說，通過綜放回采率提高煤炭資源回采率是比較可行的方法。這就需要研究人員熟悉頂煤的運動規律和冒放規律，確定一套科學的放煤工藝，在回采中不斷優化調整支架結構，使回采參數更加合理，這都是提高煤炭回采率的可行辦法。

3.6 地面環境保護。與中厚煤層回采所造成的地表及環境的破壞情況相比，厚煤層只能說有過之而無不及。在厚煤層回采階段，建議采用覆巖離層帶注漿、厚煤層地表保護性開采、矸石回填塌陷區等方法，來控制對地表的破壞作用。但是即便如此，厚煤層回采還是會造成地面塌陷。endprint

4 厚煤層提高采出率

煤炭采出率低，而且在放頂開采過程中還有幾個技術性的問題亟待解決，比如作業面端頭過渡支架不能放煤，區段平巷頂煤損失，區段煤柱損失等等。為了徹底解決這些技術問題，提高煤炭回采率，遇到傾角為0～25°、煤質不是過硬、自然發火期在3～6個月左右的厚煤層時，筆者建議采用厚煤層無煤柱開采中一種錯層位巷道布置采全厚采煤法。

4.1 巷道布置。有的厚煤層具備分層回采的條件，同時也能滿足一次采全高的開采要求，建議采用錯層位巷道布置系統，在不同的層位合理布置區段進、回風平巷。對于傾角小的煤層，可以考慮在厚煤層的下部層位沿底板布置區段進風巷，在上部層位沿頂板布置回風巷。對于傾角大的煤層，則將上述結構顛倒過來，即在上部層位沿頂板布置進風巷，在厚煤層的下部層位沿底板布置回風巷。

4.2 巷道布置的優點。厚煤層錯層位巷道布置全高開采模式是基于實際生產條件，將各類技術元素有機整合，形成了一套科學的回采工藝。該回采方式在原有分層開采工藝的基礎上，在回采工藝和巷道布置方面有一定程度的創新，提高了煤炭產量，并且實現了無煤柱開采，巷道掘進和后期維護的效率大大提高，開采成本大幅縮減，資源采出率達到了預期要求。另外，安全生產系數大大提高。端頭丟煤現象和煤層自燃發火問題得到有效控制，不再使用兩巷在頂煤下掘進的生產方式，以規避巷道高冒區發火安全風險。在煤層上部沿頂板布置回風巷，用來疏散積聚在上隅角的瓦斯，確保井下安全作業。煤柱被取消后，在本層以下煤層回采過程中就不必從煤柱應力集中區通過，降低了作業難度，同時也有效控制了地面下沉以及由此引發的各種風險。

5 厚煤層自然發火綜合防治措施

5.1 防止下巷道噴漿自然發火。利用3cm厚的噴漿對井下所有巷道進行處理，經過噴漿處理后，粗料石砌碹的巷道空隙大大減少，進而減少了漏風，進一步降低了向煤層供氧的數量，這時煤層的氧化速度大大降低。同時，巷道經過噴漿處理后，可以有效地抑制跑漏漿現象。通過對巷道進行噴漿處理，為預防巷道壁后厚煤層自然發火奠定基礎。對于井下密閉墻來說，通過進行噴漿處理，一方面可以防止采空區發生漏風，另一方面可以避免采空區煤層自然發火。

5.2 改變采煤方法防止自然發火。在井下作業的過程中，通過采用分層的方式進行開采，火區始終與回采工作面保持同步，可以說滅火與采煤互相影響。在回采工作面采用全高放頂煤采煤方法進行采煤作業，可以有效地減少采空區自然垮落快和漏風，并且可以及時封閉采過聯絡巷道，在這種情況下，可以明顯減少采煤工作面高溫點及煤層自然發火。

5.3 改造礦井通風方式，預防煤層自然發火。通過混合中央并列式、中央分列式對礦井進行通風，同時對軌道運輸巷、膠帶運輸巷進行入風處理，風經過工作面前順槽直接進入工作面，然后經過采煤工作面、后順槽、集中回風材料巷，最后到達風井。通過這種方式進行通風，在一定程度上可以減少了交叉巷道漏風，巷道壁后煤層自然發火得到有效的控制。

5.4 地面用鉆機向火區打鉆孔滅火。確定井下自燃發火點后，在井上下對照圖上填寫火區坐標點，同時在地面上根據井上下對照圖進行選點打孔，通過采用鉆孔灌黃泥漿的方式控制火區范圍，進一步避免火區蔓延，然后在火區中心進行打孔，通過灌黃泥漿的方式進行滅火。如果火區范圍較大，在這種情況下，可以利用多個鉆機同時打孔;通過鉆孔灌漿的方式可以有效地控制火區范圍，為滅火創造有利條件。

6 厚煤層礦井高效輔助運輸系統

從全球范圍來看，單軌吊、卡軌車、齒軌車和無軌膠輪車是當前輔助運輸設備的四大類，其驅動方式主要包括鋼絲繩牽引、柴油機牽引和蓄電池機車牽引。在發展趨勢上，無軌膠輪運輸成為主流。根據厚煤層現代開采技術的要求，大型、高效的機械化運輸技術成為今后輔助運輸系統的主要發展方向。

7 結論

隨著科學技術的發展，高產、高效、高安全性和高可靠性成為現代采煤工藝的發展方向。通過將采煤技術與現代高新技術進行結合，進一步對采煤設備、生產監控系統進行優化和創新，進而在一定程度上改進、完善采煤工藝。近年來，隨著不斷引進、消化和吸收國外的先進技術，國內已經研發出一些大型設備，但是與國外相同設備相比，我們的設備在體積、重量、性能等方面有待進一步完善。研究開發煤炭開采技術，尤其是煤礦開采技術及配套裝備，這是實現礦井高產、高效的重要途徑，同時這些裝備和技術可以提高采煤的安全性。實踐證明，在其他條件一定的情況下，通過增加開采強度，在一定程度上可以提高規模經濟效益。對于任何礦區來說，在實際生產過程中，需要結合自身的實際情況，選擇科學合理的開采工藝，不斷擴大開采規模，進一步提高經濟效益。通過產、學、研之間的相互結合，不斷縮小我國煤炭開采設備與發達國家之間的差距。在研發任何新產品的過程中，都要以創造經濟效益為目的。隨著科學技術的不斷發展，綜放開采設備的研究開發空間將會逐漸增大，對此，國內需要充分抓住這一發展機遇，加快綜放設備的研發進程。

參考文獻：

[1]徐永圻.煤礦開采學[M].中國礦業大學出版社，2004.

[2]陳炎光，徐永圻.中國采煤方法[M].中國礦業大學出版社，1991.

[3]劉建新，劉濤.關于厚煤層開采工藝的選擇[J].煤炭工程，2003（07）.

[4]任秉鋼.中國綜合機械化放頂煤開采[M].北京：煤炭工業出版社，2002.

[5]趙經徹.厚煤層現代開采體系的探索與實踐[M].煤炭工業出版社，1998.endprint