厚煤层开采方法的研究
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作者: 苏光东
摘 要：能源是一切生产和生活的基础，而煤炭又是我国的主体能源，厚煤层作为我国高产高效的主采煤层，在我国煤炭资源储量与产量中所占比例约为45%，因此，厚煤层开采方法的选择以及开采技术的应用是一项重要的研究课题，在煤炭开采中意义重大。
关键词：煤炭；工作面；开采；顶板
中图分类号：TD323 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）3-0175-02
煤炭是我国的主体能源，厚煤层在我国煤炭资源中储量丰富，我国针对厚煤层的开采方法和其他国家基本相同，都可归结为以下三种：①分层开采法；②放顶煤开采；③大采高开采。20世纪80年代是我国厚煤层开采技术的一个跨越分界点。在20世纪80年代之前，我国一直延续着传统的厚煤层开采方法――分层开采法。在20世纪80年代后，从欧洲引入我国一种新的开采方法――放顶煤开采。此后在我国迅速发展并推广应用。在发展过程中，随着国内外煤机行业的发展进程加快以及相关技术的不断提高，近年来，大采高开采技术快速发展并得到广泛的应用。
1 分层开采
当开采煤层较厚时，一般来说厚度超过5 m，此时单一长壁开采法已满足不了开采需求。我们就需要把煤层分成若干采高2-3 m进行分层来开采。分层开采法根据煤层的倾斜程度划分为斜切分层、水平分层和倾斜分层。斜切分层适应于急倾斜厚煤层，工作面沿走向推进，它将煤层分成若干个与水平面成一定角度的分层。水平分层和倾斜分层适应于倾斜、缓斜厚煤层。其中水平分层工作面一般沿走向推进，它将煤层分成若干个与水平面相平行的分层。倾斜分层工作面沿走向或倾斜推进，它将煤层分成若干个与煤层层面相平行的分层。由于分层开采法在我国的长期应用，所以技术相对成熟，在瓦斯治理方面、设备投资等方面都具有相对优势。但随着放顶煤开采技术的引进及采煤技术的不断成熟，分层开采法所呈现的不足也不断显现，如：产量低、工序复杂、成本高、顶板管理难度大、易引起采空区自燃等。因此，分层开采法目前已很少应用。
2 放顶煤开采
在诸多的采煤方法中，一般认为放顶煤开采法能够在保持较高产量和效益的同时做到对于人员安全的尽可能保障，并可以减少采煤相关的消耗。基于以上原因，现在放顶煤开采法已经成为中国各地区大中型煤矿对厚煤层（煤层厚度>6 m）进行开采的主要方法。特别是对于厚煤层居多的矿区来说，放顶煤开采法已经成为其实现高效集约化煤炭生产的重要途径。
按照工作面所用相关设备的差异，放顶煤开采法一般可细分为“炮采放顶煤法”和“综合机械化放顶煤开采法”两种。
放顶煤开采法中的“炮采放顶煤法”，是指在开采煤层的下部工作面上放置单体支架，进行放炮落煤，于工作面进行铺网，并且在工作面的后部剪网放顶煤的一种方法。相对于分层炮采法来说，此方法能够以较大的幅度提高工作面的产量和效率，因而受到了一些中小矿井和拥有厚煤层的地质复杂矿井的欢迎，在相关开采中得到了较为广泛的使用。但是，此种方法在工作面顶煤、顶板的稳定控制上有所欠缺，对于工人的劳动强度与作业环境也较难保证。
放顶煤开采法中的“综合机械化放顶煤开采法”，则是指在煤层的下部布置较为特殊的综采工作面（在工作面的后部增加刮板输送机，并且放置的支架为具有放煤功能的专用放顶煤支架），并进行开采的方法。此种方法经由在我国投入大量的实际使用并发展成熟，一般认为只要相关条件符合，采用“综合机械化放顶煤开采法”对煤层开采具有较强的技术优势。具体来说，其技术优势主要有以下五点：
①降本提效。综合机械化放顶煤开采法相较于其他方法而言，能够有效的降低巷道掘进工作量达一半以上，同时减轻了采煤机的割煤量，节约了开采所需消耗的电力及材料，从而摊薄了吨煤生产成本，促进了生产效率的提升，有助于相关单位实现集约化的高效率生产。②管理简单。采用综合机械化放顶煤开采法时，由于其“直接顶”为完整顶煤，因此避免了分层开采过程中受到人工假顶质量影响的因素，减轻了工作面顶板控制带来的相关问题，故而有利于整个开采过程的管理。③强适应性。采用综合机械化放顶煤开采法时，由于是沿着煤层的底板进行割煤，对支架上方的煤体通过放煤口进行回收，因而相关工作面的采掘推进受到煤层厚度的变化影响较小。④设备延寿。采用综合机械化放顶煤开采法时，由于其仍然属于放顶煤开采法的分支，相关煤炭产量的大部分仍由垮落顶煤所构成。这意味着在相同产量下，采用综合机械化放顶煤开采法时的支架、采煤机和前部刮板输送机等设备，比普通综采工作面设备拥有更短的使用时间，所承担的过煤量更少，因而变相延长了相关设备的使用寿命。⑤防止自燃。采用综合机械化放顶煤开采法时，可一次采全高，从而使得相关的采空区可以及时予以封闭，并且不用再次进入。这意味着当所采煤层为易自燃煤层时，可较大程度的降低煤层自然起火的几率。相较于下分层煤层自燃防治需采取繁琐措施的分层开采法，综合机械化放顶煤开采法无疑是更为有效便捷的方法。
3 大采高综采
迄今为止，我国采用“大采高”法进行煤层的一次采全厚综采已经取得了较多的成功。特别是在缓倾斜厚煤层的开采中，其在技术层面和经济层面上相较于倾斜分层综采法已经展现出了突出的优越性和发展潜力。有关统计数据表明，采用“大采高综采”下的工作面，其单产水平相对于同样煤层条件下，使用“倾斜分层综采”的工作面要高很多。此方法的相关优良特性，为煤层开采缓和采掘关系、简化相关生产环节、保证煤炭安全生产提供了有利条件。
虽然采用“大采高综采”需要更高的资金投入和承受更多的设备折旧费用，但由于采用“大采高综采”下的工作面煤炭产量高、生产效率高，并且减少了回采巷道的施工，减少了相关工作面的搬迁，再加上不用铺设假顶等等因素，其综合的经济效益反而较好。特别是在应对厚煤层方面，应用厚煤层一次采全高的技术和工艺具有不俗的优越性。
“大采高综采”主要具有以下基本特征：
①相关煤层工作面的开采高度大，覆岩破坏范围大，基本顶可回转、运动空间大，上覆稳定的砌体梁结构距采场较远。②相关煤层工作面的支护强度高、动载系数小、支架工作阻力与初撑力多呈现线性关系，支架围岩的受力以静载为主。③相关煤层工作面的煤壁片帮严重，片帮、冒顶联动性大，支架稳定性差，支架围岩系统的稳定性控制难度较大。④相较于分层综采具有更大生产能力、更高单产、巷道布置简单、工序简单、巷道掘进维护量小、回采工效和采出率高、吨煤成本低。⑤相较于综放开采的采出率高、含矸率低、煤尘小。在我国煤炭高效综采大型设备投入大规模使用、国家对于能源需求日益增长的今天，各方要求矿井高产、高效、安全开采煤炭的呼声已经变得越来越强烈。在这种情形和趋势下，大采高工作面的发展无疑是实现矿井高产高效建设的有效途径。
4 结 语
煤矿生产的核心技术是采煤工艺。对于采煤工艺的选择，从根本上决定了相关矿井的煤炭产量大小及生产成本的高低。从所在矿井的煤层实际情况出发，采取相对应的综合分析，特别是对厚煤层开采更优方法的可行性进行深入研究，才能满足矿井高效、安全生产的需求。
参考文献：
[1] 王金华.我国大采高综采技术与装备的现状及发展趋势[J].煤炭科学技术，2006，（1）.
[2] 孟宪瑞.我国厚煤层开采方法的选择原则与发展现状[J].煤炭科学技术，2009，（1）.
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