基于礦井中厚煤層放頂煤開采技術研究

摘 要： 隨著高產高效礦井的建設，綜合機械化開采已成為現代礦井的主要開采方式，然而在工作面的采掘過程中，放頂煤采煤方式始終是一個需要解決好的問題，本文以大同煤礦集團晉華宮礦中厚煤層放頂煤開采技術為研究對象，對中厚煤層放頂煤開采進行了闡述，值得其他類似工程借鑒。

關鍵詞： 中厚煤層 放頂煤 開采技術

山西大同煤礦集團晉華宮礦為多井口大型礦井，年產量600多萬t，主要含煤地層為下侏羅統大同組，主要開采12-3#層煤。其12-3#層煤是侏羅紀最下一層煤，屬不太穩定煤層，煤層厚度最薄2.32m，最厚達6.08m，平均3.84m，平均埋深306m；老頂為灰色中細砂巖，具水平層理，厚度為11.15 ～15.61m，平均13.44m，普式系數為5～6；直接頂為細砂巖，炭質泥巖，層理發育，厚度為1.18～1.8m，平均為1. 52m，普式系數為4.5～5.2；偽頂為細砂巖，厚度0～1.8m；底板為炭質泥巖，厚度較厚。采煤工作面采用走向長壁后退式回采，采用全部垮落法管理頂板，采煤方法為綜采一次采全高，低位放頂煤開采。

1 提高放頂煤開采的采出率

1.1提高了頂煤放出率。對于軟煤層，由于混矸多，該礦著力于支架放煤機構的研制和放煤工藝的改進，以降低含矸率為主要目的。而對中硬以上的煤層，由于冒落塊度大，難以放出，頂煤放出率低，把主攻方向放在增加頂煤的冒放性，以增加頂煤放出率。采取沿空掘巷，采區不留階段平巷煤柱，由下一個采區平行于上采區巷道掘進的放煤方法，使工作面采出率始終保持在80%以上。

1.2提高了工作面采出率。當頂煤放出率問題基本得到解決以后，影響采出率的問題主要集中在工作面端頭損失和初采與末采損失上，這兩部分損失約占工作面總損失的36.5%。 為此，該礦在認真研究支承壓力分布特征和頂煤壓裂規律的基礎上，概括出工作面三段式壓力分布理論，提出在技術上可能的前提下，加大工作面傾斜寬度和走向推進長度來降低這部分損失。同時，為減少端頭損失，改進了端頭支架及支護方式。在減少初采率損失的過程中，廣泛應用了超前開頂層小切眼爆破頂煤、滯后開切眼爆破頂煤、深孔爆破初次放頂煤等人為增加頂煤自由面的技術。為減少末采損失，采用了鋪設舊鋼絲繩、金屬網及專用錨網索支護等護頂措施。

1.3提高了采區采出率。該礦在工作面采出率和頂煤放出率得到較好的解決后，大膽采用沿空掘巷、沿空留巷及窄小煤柱護巷等技術，使區段護巷煤柱損失大大減少。通過將原采區重組、在新設計時盡量擴大采區范圍等措施，使采區護巷煤柱損失進一步減少。

2加強對長距離、大斷面的采準巷道支護和維護

該礦采煤工作面采用走向長壁后退式回采方法。回采巷道斷面主要由工作面設備選型布置和風量等因素決定，若采用其他采煤方法時斷面大，支護與日常維護問題也比較突出，支架易處于臨界失穩狀態，尤其是頂梁彎曲撓度增加，受采動影響，頂板移近量劇增。

采用單體液壓支柱排行鋼梁支護方式具有較高的斷面利用率，而且受采動影響后圍巖變形量較小，有利于端頭維護，支護工作量小、成本低，是一種較為理想的支護方式。或采用以聚氨酯為主的合成材料，將兩種組分物質同時注人錨桿孔內，混合后迅速滲人煤體縫隙并膨脹硬化，實現錨桿的全長錨固，對煤體有較高的抗變形能力和較強的粘結度，同時起到煤體化學加固和錨桿支護雙重作用。

3做好綜采放頂煤開采設備選型及工藝優化

放頂煤開采設備選型與配套受多種因素影響，主要應考慮采區和工作面的地質條件，如煤層厚度、結構，傾角、圍巖性質，煤的層理及節理發育情況以及水文地質、瓦斯等。

3.1 在緩傾斜中硬厚煤層放頂煤開采時，為保證較好的放煤效果，合理選擇放煤口的形狀和大小，優先選用可松動頂煤的低位放頂煤支架，并根據老頂巖性、來壓方式、直接頂厚度及垮落特征等因素確定支架的工作阻力，以利于頂煤的離層。

3.2 在傾斜厚煤層實施放頂煤開采中，重點應提高支架的穩定性和抗扭性，從而避免倒架和下滑。具體是選用底座與掩護梁相連接的掩護式液壓支架，提高掩護梁的抗扭強度，保證支架在大傾角條件下能正常工作。在工作面下端頭設置端頭支架以對全工作面支架起定位作用，防止工作面支架下傾下滑。

3.3放頂煤開采必須講究工藝優化，合理的放采比主要取決于開采煤層厚度、煤層的自然特征（如硬度、傾角、裂隙發育程度等）和支架技術特征以及采放工藝，厚煤層開采，底層采高一般為2.5～3.5m，最大放采比一般不超過3，特別是在頂煤較硬的情況下，放采比過小，混矸率則較高，一般放采比不宜小于0.6，原則上講冒放性好的煤層放采比可適當大一些，否則放采比應小一些，我國大多數情況下放采比取1～2。

4解決礦井通風與安全問題

放頂煤開采由于工作面開采強度大，瓦斯涌出相對集中，要求從礦井通風系統、采區通風系統及工作面通風系統等方面都要以低耗、高效、安全為準則進行合理規劃，更好地為高產、高效、安全的集約化生產提供安全保障，不斷探索放頂煤工作面的自然災害隱患規律，因地制宜地采取強有力的礦井瓦斯、火災和粉塵防治措施，確保安全生產。

瓦斯綜合治理是厚煤層開采中不可忽視的問題。采放高度達6.8m的綜放工作面，冒落帶高度達36.5m，約為采放總高度的6倍，而在相同條件下的分層開采工作面（采高2.2m），冒落高度只有18m左右，故綜放開采時無論來自本煤層還是鄰近層的瓦斯都特別大，表現在工作面瓦斯涌出強度增大、局部瓦斯積聚加劇、初采期瓦斯涌出量大且集中，瓦斯治理難度大。在綜放面構建“U"形、“U+L"形、“U+I"形通風系統，通過配高抽巷和配大直徑鉆孔等引排和抽放等瓦斯治理揩施，解決綜放面的瓦斯問題。

在突出危險的煤層中進行放頂煤開采一直是比較敏感的問題。近年來，采用開采保護層、預采頂分層并配以高強度的綜合瓦斯抽放等技術和研究彈性波技術、電磁波技術和紅外線探測技術在內的非接觸式預測預報技術，保障了突出危險性預測的實效性。

在綜采放頂煤開采工作面的粉塵防治工作中應做好煤層注水、噴霧降塵等基礎性工作。放頂煤開采粉塵治理的關鍵是做好煤層注水工作，在現有注水的基礎上，進--步研究長鉆孔鉆機鉆具，推廣雙排或上下交叉鉆孔，并添加濕潤劑，使全煤體濕潤，實現注水降塵和提高頂煤冒放性的雙重效果。

參考文獻

[1] 高飛，綜采工作面放頂煤采煤工藝流程研究，能源與節能，2016.06

[2] 陳連省，大采高綜采面新型除塵裝置的研制及應用，山東煤炭科技，2014 .04

[3] 王榮超，厚煤層放頂煤開采技術，中國煤炭工業管理，2006.01

作者簡介：蔡永吉 （1997.06—）男，漢族，山西和順縣人，系山西大同大學煤炭工程學院采礦工程系15級學生。