綜采放頂煤開采技術及實施要點

王 明

(霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200)

0 引言

對于煤炭開采而言，合理應用綜采放頂煤開采技術十分重要，其是提高煤炭開采量的基礎，也是保證煤炭企業經濟效益最大化的關鍵[1-3]。為此，相關部門需給予綜采放頂煤開采技術高度重視，促使其存在的價值與效用在煤炭開采中充分的發揮出來，推動煤炭行業持續穩定發展。需要研究綜采放頂煤開采技術及實施要點。

1 綜采放頂煤技術發展與現狀

綜采放頂煤技術最早出現在20世紀80年代[4]。我國自行研發出了FY400/14/28綜放支架，在20世紀80年代由原煤炭部立項，并在沈陽設試點，但因支架穩定性不強不能前移，四連桿強度不足，配置的設備不齊全，在實際運行中易引發火災，因此該試驗被迫終止；3年后VHP-732型支架被我國平頂山礦務局應用，通過此項技術利用，平頂山礦務局取得了傲人的成績，月均量高達40 000 t，最高達到55 000 t，回采率接近80%。在這之后，潞安礦務局與陽泉礦務局也開始進行試驗，他們的成績要遠遠超出其以前的成績。從首個試驗開始，經歷了10年的發展，綜放技術發展迅猛，此項技術進入到了鼎盛時期，諸多地方的礦務局皆開始應用。在1994年就有將近30個礦務局使用這一技術，且他們的綜放開采產量最高達到370萬t。其中產量在百萬噸之上的有20多家，可以說綜放開采技術越發成熟。無論是安全保障上，還是工藝、設備上皆有十分卓越的進步，為綜放開采技術飛速發展提供了有利條件。

2 對綜放開采技術的貢獻

2.1 頂煤冒放性的評價方法

頂煤的冒放性對頂煤開采有巨大影響，是決定煤炭回收率的主要因素[5-6]。我國有許多科技人員都提出了冒放性評價方法，如對影響因素先量化再回歸，之后運用回歸公式計算其冒放性；利用模糊聚類法計算冒放性。開采場地應用最為普遍的方式便是加權模糊推理法。其是對地質條件和煤層開采條件的系統評價，并未對其他措施進行考慮，導致其他措施對冒放性的影響不明。若是輔助措施會影響冒放性，無疑會使地質條件和煤層開采條件遭到改變，該方法依然能夠使用。

2.2 支架圍巖同綜放面頂板結構間的關系

頂板壓力：支架圍巖同綜放面頂板結構間的關系一直都是工程界與學術界辯論的課題之一。一種想法為，放頂煤采出厚度比較大，一定會加大頂板壓力，為此諸多廠家都構建了大噸位支架，但這些支架易在采場內出現倒架或是鉆底的現象，使回采效益受影響；另一想法為，冒落矸石厚度比較大，頂板壓力會受到一定緩沖，減少部分壓力，為此有很多礦井都選擇利用一些噸位相對較小的支架，但出現了油缸變形等十分嚴重的安全事故。放頂煤采場壓力變大變小的問題，已成為當前支架選型與設計的核心問題之一。

采場頂板結構:我國當前礦壓顯現規律與綜放采場頂板運動有了諸多研究成果，相對較典型的是：在三硬條件下對礦壓規律的分析；有關采場頂板結構同支架圍巖間的關系分析；在三軟條件下分析；有關綜放提升與創新的分析；有關網下等復雜條件下采場礦壓顯現規律分析等，上述成果十分全面的反映了多種頂板條件下的礦壓顯現規律，促進了放頂煤開采技術發展。前人研究皆認定，放頂煤開采條件下，直接頂的可能冒落厚度仍然為一次采出厚度的倍數，在一般采場條件下該數值為1.9～2.5倍。直接頂上方有傳遞力的結構，其冒落穩定后能有效代替強度中硬質頂板結構。

支架圍巖關系:普通結構，該結構下支架的壓力主要由3部分構成，其中包括直接頂與老頂間的接觸力、全部或部分直接頂作用力、頂煤重量；堅硬梁式結構，如果直接頂的厚度較小，頂煤與直接頂以頂荷載的手段作用于支架之上，支架同時還需承受老頂斷裂時的沖擊力，因此，一般情況下，都會應用動力學法解釋堅硬梁式結構支架圍巖關系。

綜放支架受力同頂板結構間的關系：通過以上分析發現，綜放面頂板壓力不單單與頂板的結構有關，還和采空區填充狀態息息相關。對于常規的頂板來講，平推力并不是最主要的問題，也并不會有多大的沖擊荷載。對于梁式結構煤礦場，頂板壓力與支架類型的預估需應用下述幾點：基于預定放出率為主，對直接頂厚度進行估計；通常情況下都會同采場的頂板巖層結構對比，對梁式結構的位置進行判斷；合理計算堅硬梁式結構的運動空間，即采空區的空虛度；對結構失穩時力作用方向與最大荷載進行估算；對支架參數與架型提出新的要求。

2.3 提高煤炭回收率的技術措施

基于綜放條件下推廣沿空掘巷技術，為煤巷支護錨網化提供有力條件，保證區段煤柱數量最少；研發過渡放煤支架等，提高工作面回收率；對于特厚煤層應選用分層鋪底網技術，不單單可以提升回收率，還可以有效降低混矸幾率；給予攻關回采工藝高度重視，進而獲取新興工藝；在工作面布置上，加大走向長度和傾斜長度，靈活多樣布置不等長、刀把工作面，避開斷層等地質構造的優化工作面布置設計，盡可能增加可采儲量。

2.4 新型系列綜放支架及其配套設備

綜放支架在當前得到了廣泛利用，其可以說對我國煤礦開采具有不可或缺的作用。通過長時間探究，在緩傾斜厚煤層的綜放面低位放頂煤支架架型成為目前使用的主流。當前，我國能夠設計并制造不同厚度煤層與傾角的系列支架，支架的使用年限與牢固性皆達到了世界較先進的水平。采煤機同支架的配套性好，應用自如。還設計并制造了端頭支架與過渡支架這兩種特殊架型，讓綜放開采技術的安全性與實效性更甚。

3 加強煤炭回收率的措施與安全保障體系

3.1 加強煤炭回收率的措施

國內的科技研發人員主要以提升煤炭回收率為中心任務，以設備、回采技術以及工藝為研究課題，通過堅持不懈的努力，讓我國目前煤炭回收率得到了有效提升，實現了80%以上，在技術方面的優化有以下4個方面：①通過對沿空掘巷技術進行有效試驗，全面推廣后可使區域煤柱數量持續下降；②端頭放煤支架使用讓煤炭回收率同以往相比上漲了兩個百分點；③合理應用預采頂分層鋪底網技術能夠有效提升煤炭回收率，并且減少混矸；④著重對回采工藝優化與研究，比如某礦在對煤炭回采工藝(多輪順序均勻放煤)優化以后，回收率上漲了5個百分點。

3.2 綜放工作面安全保障體系

煤塵、瓦斯等是導致綜放工作面出現事故的原因。針對綜放面瓦斯涌出特征與預防方法進行詳細闡述。

綜放面瓦斯涌出量提升，比如在某礦13號層綜放面產量高于分層工作面產量1.5～2倍，綜放開采面的瓦斯涌出量要比分層工作面高1～1.6倍；分層開采面的涌出量要少于第1層，但是多于其他分層。具體防治措施為：鄰層或是本鄰抽放；提升排風量與抽風量及采空區抽放等。

4 結語

綜放開采技術具有較強的安全性與高效性，會在日后較長的時間內，成為我國煤炭開采的核心技術。但我國地域寬廣，厚煤層開采條件與埋藏條件的多元化決定了綜放技術多樣性，不應該局限于一種方法或是幾種方法僵化拼湊；也不能局限于現有的礦井模式。舊井的優化與新井的設計，需依據采煤技術的進步與應用實踐不斷更新、發展，以此獲得最大經濟效益、安全效益。