綜采技術在厚煤層開采中的應用

郭志剛

摘 要：針對煤礦開采工作來講，其是難度較大且應用廣泛的工程項目，在不同地質環境下進行煤礦作業，由此若想進一步更高煤礦開采效率，則應該全面研究現有技術，從而在優化的同時提高煤礦開采水平。其中厚煤層開采工作無論是開采技術還是工藝均有更為嚴格的要求，出于厚煤層開采效率的提高，則應該有效應用綜采技術，以此提高開采水平。本文將著眼煤礦厚煤層開采工作，簡要分析綜采技術的有關應用。

關鍵詞：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和消費大國，占世界煤炭產量的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構中具有其它能源無法替代的作用。在我國現有煤炭儲量和產量中，厚煤層（厚度≥3.5m）的產量和儲量均占45%左右，是我國實現高產高效開采的主力煤層，具有資源儲量優勢。由于煤層厚度大，對其開采可以有多種方法進行選擇。隨著煤炭市場好轉和高產高效開采的迫切需要，放頂煤開采和大采高開采技術得到了快速發展和廣泛應用。然而煤炭開采與具體的地質條件、開采條件等有密切關系，因此厚煤層開采要根據煤層條件和技術條件等采用合適的開采方法。隨著開采煤層厚度和開采強度的增加，還會出現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、瓦斯運移規律與防治技術等。

一.厚煤層綜放開采技術

（1）分層開采。在20世紀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2.5m左右的小分層，然后從上到下逐層對小分層進行開采，偶爾也會有從下開始開采的情況。如果從上往下進行煤層開采時，把上一個小分層開采完成之后，在上層垮落的頂板下面進行開采下一個小分層，為了保證下分層施工人員的采煤安全，上一小分層需要設置再生頂板進行開采工作。現在一般都是使用金屬網鋪設在煤礦的分層之間，以此來作為開采下一層的頂板。在這個頂板的保護下開采煤礦，可以稱作是下分層煤礦開采。還有一些煤礦區為了保護礦區的地面安全，或在比較容易發生自燃的厚煤層上進行上層開采，如風力充填法等。厚煤層采用分層的開采技術已經較為成熟，我國長期使用這種煤礦開采方式，其開采設備的投入成本較少、治理瓦斯的技術相對先進、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、產量較低、支護技術不成熟、容易發生自燃等。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，已經取得了不錯的成效。

（2）放頂煤開采。放頂煤開采是在厚煤層的最下方設置采高的開采工作面，一般情況下都是利用常規的煤礦開采方式，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把放出的破碎頂煤運出去。放頂煤開采技術根據使用的開采設備和支護設備大致可以分為兩種采煤技術，綜合開采放頂煤技術和簡易放頂煤技術。綜合開采放頂煤主要是使用機械化設備來進行放頂煤的開采工作。簡易放頂煤是在頂梁支架上鋪設頂網進行煤礦開采，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到規定的開采要求，容易發生安全事故，所以一般不使用這種簡易放頂煤開采技術。放頂煤的開采技術有明顯的優勢，投資成本和開采成本比較少，不過煤礦的產量多、開采效率高，同時對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，因為煤炭的產量較高，因此涌出的瓦斯量會很大，開采煤礦殘留的煤渣會嚴重阻礙瓦斯的防治工作和地面下沉。

（3）大采高開采。現在，我國煤礦設備的制造技術不斷發展，尤其是在設備的設計方面，煤礦企業的經濟效益逐漸增加，大采高開采技術應用的越來越廣泛。根據相關規定，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，所對應的工作面是大采高工作面。我國從二十世紀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械設備，并且多次進行生產實驗和工業化的研究，逐步取得顯著成效。發展到現在，大采高開采厚煤層的方法應用的越來越廣泛，在我國很多個煤礦進行應用，得到了不錯的效果。隨著煤礦開采技術的不斷發展和進步，大采高采煤技術會逐漸在全國范圍內進行推廣和使用。大采高開采煤礦工作面使用支架高度較高、開采設備的功率大，各種煤礦輸送機和相關的大型輔助機械設備的成本較高，需要一次性全部投入使用，對煤礦類型和巷道尺寸的規定和要求比較嚴格，不過這種開采方式的產量很大，工作效率高，比較適合煤礦的集中生產，煤礦井下的各種設施比較簡單。

二、綜采技術在厚煤層開采中的應用

2.1頂煤弱化技術在厚煤層開采中的應用

放頂煤技術是解決厚煤層開采問題的關鍵技術之一[3]，能起到全厚開采的效果，從而有效提高了煤礦開采時的回采率，具有降低煤礦耗損、避免資源浪費的優勢。在放頂煤時為了提高效率，需要對頂煤進行弱化，這項技術稱之為頂煤弱化技術。在運用頂煤弱化技術對厚煤層進行開采的過程中，其運用的思路或方法為：首先需從放頂煤技術的特點與基本規律出發，在支承壓力作用之前，需合理運用爆破技術破壞頂煤的完整性，從而破壞頂煤的整體結構并改變其力學性質。破壞后的頂煤強度較低，這導致應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進行厚煤層的開采時，弱化并不是對全部頂煤進行弱化，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。因此在運用該技術時，還需充分利用巖體的應力，這樣才能進一步提高厚煤層開采的效果。

2.2放頂煤液壓支架技術在厚煤層開采中的應用

調查研究表明[4]，中國目前在煤礦資源開采上雖然取得了很大進步，但依然還存在很多問題。比如厚煤層開采中機械化水平較低的問題、采煤經濟效益不高的問題及采煤時安全保障較低的問題等。上述的這些問題都值得相關技術工作者加強研究，在現有的技術基礎上進行改進和創新。而實踐證實，放頂煤液壓支架技術在中國厚煤層煤礦開采中的應用能有效解決目前煤礦開采存在的問題，促進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用，其特點是通過信息技術獲得厚煤層開采時煤層的信息，并對煤層開采過程中的頂板起到智能支撐作用。放頂煤液壓支架結構比較簡單，但具有完整的頂梁、內伸縮梁和長側護板等結構，而單輸送機的后面連接著相應端面的頂

板與支架，且端面是完全封閉的。所以應用該技術進行厚煤層煤礦資源的開采，能讓厚煤層內部過煤空間不會隨著采煤高度的變化而發生變化，或避免受到頂梁工作狀態發生變化影響。在運用該技術時需注意的是支架后掩護梁應設計成彎曲的分界面，以增加對特厚煤層的煤礦資源開采率。此外，在使用時通過調整支架的伸縮功能，能實現對頂梁工作狀態的有效調整。

三、結語

近年來，厚煤層開采技術在我國得到了飛速的發展，產量和效率屢創世界紀錄，目前厚煤層大采高和放頂煤開采技術已處于世界先進水平。但是厚煤層開采技術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，工作面端頭支護與頂板控制技術等問題;放頂煤開采提高頂煤的回收率，采空區瓦斯的處理等問題，均需要進行深入系統的研究和解決。

參考文獻：

[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用[J].采礦與安全工程學報，2008，25（2）：222-225.

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

[3]天地科技采礦技術研究所.綜采放頂煤技術理論與實踐的創新發展[C]//綜放開采30周年科技論文集.北京：煤炭工業出版社，2012.

（甘肅省隴南市徽縣工業和信息化局? 甘肅? 隴南? 742300）