综采放顶煤开采技术研究

综采放顶煤开采技术研究

郭玉峰

郭玉峰（西山煤电斜沟煤矿综采一队）

摘要：综放开采技术以其高产、高效和安全的综合优势，将在今后相当长的时间内，成为我国厚煤层开采的主要技术。该文通过介绍20世纪80年代中期以来对我国煤炭工业有重大影响的综采放顶煤开采技术的概况；并对综采放顶煤技术提高煤炭回收率的技术措施、新型系列综放支架及其配套设备、综放工作面安全保障系统进行了具体的阐述。

关键词：煤炭开采综采放顶煤安全保障系统

1综采放顶煤技术发展与现状

综合机械化放顶煤开采技术最早出现在国外。1957年，前苏联研制出了KTY型掩护式放顶煤液压支架，并在库兹巴斯煤田的托姆乌辛斯克使用；1963年法国研制成功了“香蕉”支撑掩护式放顶煤液压支架，1964年在布朗齐矿区使用并获得成功；80年代初，匈亚利研制成功单输送机前开天窗式放顶煤液压支架。此后，波兰、南斯拉夫、印度等国都使用过综放技术，但效果不够理想，加上国际能源结构变化等原因，80年代后国外综放技术开始萎缩，90年代只有极少数矿井使用。

我国综放的发展始于80年代。1984年6月，由原煤炭部立项，在沈阳矿务局蒲河矿用我国自行研制的FY400/14/28综放支架开始试验，后因支架稳定性差，四连杆强度不足损坏严重，加之设备的配套性不好，支架不能前移，造成工作面发火中止试验；1987年，平顶山矿务局一矿引进了匈牙利VHP-732型高位插底式放顶煤液压支架，取得了平均月产44206t，最高月产55000t，回采率79.6%，平均工效25.5t的初步成绩；1988年阳泉矿务局、1989年潞安矿务局开始试验，超过了以前各局所取得的效果。与此同时，在窑街、靖远、晋城、郑州、兖州、辽源、乌鲁木齐、平庄等矿务局推广使用。从1984年第一个试验工作面算起，到1994年的10年间，我国综放技术迅速发展，1994年，全国综放开采的总产量达到3688104t，有28个矿务局，60个综放面在生产。其中，年产量超过百万吨的21个，综放技术日趋成熟。在设备、工艺、安全保障等方面做了大量的理论研究和现场试验，为近几年的发展打下了坚实的基础。到1998年，全国综放总产量达到7000*104t，综放工作面总数达到82个，全国64个百万吨综采队中，有22个是综放，其中9个队的年产达到200*104t以上，占当年200*104t队的81.8%。使用条件由初期的缓倾斜煤层发展到倾斜、急倾斜煤层；由开采条件较好工作面发展到条件较差的“三软”、“两硬”、“不稳定”煤层。其中以缓倾斜厚煤层工作面的效果最明显，工作面最高年产量达到500*104t以上。

目前，我国综放技术使用的数量、范围、技术的先进性和取得的效果，均居世界领先地位。最近，我国正在努力拓展外部市场，向国外输出综放技术及成套装备。

2我国对综放开采技术的贡献

我国科技人员在综放开采的技术进步中，投入了大量的力量，在理论、技术和装备等方面取得了系统和丰硕的成果。

2.1顶煤冒放性的定量评价方法顶煤能否顺利冒落并有效放出，是决定放顶煤开采能否成功的关键，也直接影响到工作面的煤炭回收率。我国科技人员先后提出了多种冒放性评价方法，例如：将影响因素量化后进行回归；用回归公式计算冒放性；用模糊聚类法计算冒放性；用距工作面煤壁不同距离处顶煤位移量达到100mm处的位置远近作为冒放性判别指标。现场使用较多且直观方便的方法是下述的“7因素加权模糊推理法”。这是对煤层地质条件和开采条件的综合评价，没有考虑辅助措施对冒放性的影响作用。当采用辅助措施影响冒放性时，相当于改变了煤层地质条件和开采条件，因此，该方法仍然适用。

2.2综放面顶板结构与支架围岩关系综放面顶板结构与支架围岩关系一直是学术界和工程界长期争论的课题。一种观点认为，放顶煤一次采出厚度大了，顶板压力必然增大，因此有些厂家设计出了大吨位支架，然而这些支架在有些采场出现了钻底、钻顶及歪架现象，直接影响了矿井的效益；另一种观点认为，放顶煤采场冒落矸石厚度大，顶板压力被缓冲了，压力变小了，因此有些矿井选用了吨位较小的支架，结果出现了立柱压爆、油缸变形的严重事故。那么，到底放顶煤采场压力是变大了还是变小了，应该怎么认识这个问题，已成为综放支架设计和选型的首要问题。

2.3综放支架受力与顶板结构的关系由上述分析可知，综放面顶板压力不仅与顶板结构有关，而且与采空区充填状态有关。对于一般的顶板结构，支架设计和选择时，Pc的选择可根据煤层硬度适当调整。此结构下水平推力不是主要矛盾，也不会有大的冲击载荷。对于坚硬梁式结构采场，顶板压力大小的预计及支架选型应采用以下步骤：首先估计在预定放出率条件下的直接顶厚度；对照具体采场的顶板岩层，推断坚硬梁式结构形成的位置及可能性；计算坚硬梁式结构运动的自由空间(采空区的空虚程度)；估算结构失稳时最大动力载荷及力作用方向；提出对支架架型及参数的要求。

3提高煤炭回收率的技术措施

经过十多年的奋斗，围绕提高煤炭回收率，展开了矿压、设备、回采工艺等一系列的研究。目前，取得了回收率高于80%的成果，主要的技术创新有以下4条：①首先试验并推广了小煤柱沿空掘巷技术，并使大断面全煤巷实现了锚网化，减少了大量区段煤柱；②研制了过渡放煤支架和端头放煤支架，使工作面回收率提高了2%以上；③特厚煤层采用预采顶分层铺底网技术，一方面提高了回收率，另一方面减少了混矸；④对回采工艺进行了重点攻关，优化生产工艺，如“兖矿集团兴隆庄矿优化工艺后，工作面回收率提高5%以上”。

4新型系列综放支架及其配套设备

支架是综放开采技术的关键设备，我国综放支架的研制居世界领先水平，我国目前已拥有适合不同倾角、不同厚度煤层和不同顶底板条件的系列产品以及相配套的设备。我国已成功地设计制造了过渡支架和端头支架两个特殊品种，使综放开采技术具有更好的适应性和安全性。

5综放工作面安全保障系统

综放工作面突出的安全问题主要是瓦斯、煤炭自燃和煤尘。研究表明，在低瓦斯煤层中，综放开采与分层开采矿井的绝对和相对瓦斯涌出量没有太大的差别。综放面瓦斯涌出特点与防治措施如下：

在高瓦斯矿井，综放工作面瓦斯涌出的特点是：绝对量增加，如阳泉五矿15号层综放工作面产量是分层工作面的1.5~1.9倍，而绝对瓦斯涌出量是分层工作面的1.1~1.6倍；综放开采的相对瓦斯涌出量比分层开采的第一分层低，比分层开采的其他分层高，如阳泉8204工作面(综放)相对量12186m3/t，开采一分层的8103、8101工作面(一分层工作面)分别为16106m3/t、17134m3/t，其他分层则低于综放工作面。

有效的防治措施为：本层抽放或邻层抽放；采空区抽放；加大抽排风量和强化局部瓦斯聚集区的处理力度。

实践证明，准确掌握工作面瓦斯涌出特点，采取针对性措施，可以有效解决综放面的瓦斯问题。

6结束语

综放开采技术以其高产、高效和安全的综合优势，将在今后相当长的时间内，成为我国厚煤层开采的主要技术。但我国地域辽阔，厚煤层埋藏条件和开采条件的多样性决定了综放技术的层次性，不应该也不可能用一种或少数几种方法来解决所有问题；也不能完全用现有矿井的模式来容纳综放开采技术。新井的设计和老井的改造，应根据煤矿采煤技术的发展寻求与之相适应的，全新的矿井模式。

参考文献：

[1]宋振骐，陈立良，王春秋等.关于综采放顶煤安全开采条件的认识[J].煤炭学报.1995.20(4)：356~360.