綜采放頂煤采煤工作常見問題分析與解決方法研究

＊張玉柱

（晉能控股煤業集團地煤精通興旺煤業有限公司 山西 037003）

1.放頂煤開采概況

(1)工作面概況

本文所研究的對象為晉能控股煤業集團旗下某煤礦，其煤層厚度在3.0～6.0m的范圍內，平均可以達到4.7m。同時，經過調查發現該煤礦煤層結構相對簡單，其上層為黃土狀，與此同時存在透氣差的現象，而對于下部而言，存在粉末狀或碎塊狀，但煤層中間有一層泥巖夾矸厚度在0.1～0.2m左右，煤層變異安全系數γ值為0.97。對于3號煤礦進風順槽而言，其方向與煤層頂板方向保持一致。在實施巷道支護的過程中，作業人員選擇錨桿與錨索相結合的方式。一般進風順槽包括如下三種形式：第一，煤礦進風；第二，工作人員通行；第三，煤炭運輸。工作面長度基本按照150m布置，采高2.0m，頂部煤層厚度2.7m，回采率93%，采放比例1:1.35。當采用傾斜后退式方法后，可以借助傾斜開采的形式對煤礦進行開采，在實施開采的過程中，選用“一采一放”形式進行挖掘，對頂板實行垮落法管理。目前已有很多采面取得成功，進而可以在放頂煤開采時獲得相應的經驗。

(2)放頂煤的工藝流程

在綜采工作面上，為了能夠實現單向割煤的操作，往往從端部傾斜切割，相應的落煤一般可以通過雙滾筒采煤機實現雙向割煤。一般，前側滾筒切割上部煤層，后側滾筒切割下部煤層，切割下來的煤則可以通過前部設置的刮板機將其輸送出去，其余煤在推溜時由鏟煤板送到前側刮板輸送機，在礦山自身壓力作用下，頂煤會沿著支架切頂線方向破碎冒落，在經過支架尾梁作用將煤輸送到后側刮板運輸機中。一個完整的放頂采煤工序主要包含十二步：第一步端頭維護；第二步機電檢修；第三步煤層注水；第四步收護幫板；第五步割煤；第六步前探支護；第七步開啟護幫板；第八步推前側輸送機；第九步收伸縮梁；第十步移架；第十一步放頂煤；第十二步拉后側輸送機。

(3)放頂煤的工藝特點

作為該礦采煤的重要方法之一，放頂煤開采適用5～20m厚度左右煤層且需要進行一次性全高開采。通常可以在每層下端設置一個煤層開采工作面，對應的煤層往往可以從支架的上部位置傳送煤。一次性放頂煤開采法逐漸替代多層次煤層開采法，這樣可以實現對中厚煤層的開采。經過實踐發現該方式效果比較理想，給采煤方法帶來了巨大的技術革新。但是，此種采煤方法對采煤工作面周圍巖石破壞程度很大，且瓦斯涌出量相對較大，很容易導致復雜地質發生煤塵超標、瓦斯爆炸等安全事故。根據煤層實際賦存條件，采用放頂煤開采法可以讓煤炭產量提升5%～10%左右，具有較大的經濟效益。

2.放頂煤開采常見問題

(1)煤壁片幫、漏頂現象比較嚴重

由于煤層厚度相對較厚，而煤機切割的過程中，導致煤質變松，很容易導致煤壁發生片幫、斷面距變大，進而導致漏頂發生。漏頂、煤壁片幫主要是由煤質松軟自動垮落、煤層切割后未及時進行煤壁支護造成；除此以外，還有就是煤層較薄支架無法得到有效支撐，頂煤發生自然冒落。

(2)支架倒架現象時有發生

在實踐的過程中發現，采煤工作面出現了倒架現象，經過分析發現是由于支架接觸不良導致的，同時出現受力不均勻的現象，從而導致相鄰之間不能實現較好地制約。采高超高很容易導致局部頂煤發生片幫，支架移動時未和壓貼頂架同時移動發生倒架；煤層切割后，拉架支護不及時導致漏頂倒架；支架操作完成后手把歸零不及時持續移動，盡而導致支架發生重疊交錯。經過斷層、地質構造區域以及頂板破碎區域時，因未及時使用圓木對頂板不平整處進行接頂，而導致倒架。還有就是因為空頂開采周期較長導頂板暴露時間過長，從而使漏頂倒架現象發生。

(3)絕對瓦斯涌出量不斷增加

一般在對厚煤層選用放頂煤時，在煤層厚度范圍內或者煤層底板處布置一個2～3m高度的煤層開采工作面。此礦為高瓦斯礦井，其中煤層瓦斯含量遠超標準，雖然煤礦開采之前會打井抽放瓦斯，可是由于該煤層松軟吸附量相對較高，由此可以看出，僅僅選用打井的方式來實現排放瓦斯，并不能實現較好地排放瓦斯。由此可以看出，在進行煤層回采時，往往引發因煤體破碎而出現瓦斯泄漏的現象，從而導致隅角區域瓦斯含量攀升。為此工作人員需要選用合適的方式來降低隅角區域瓦斯濃度。

(4)采出率不高和含矸率的增加

經統計可得，因設備自身條件限制導致煤炭損失占比約為10%～20%；因放煤工藝導致煤炭損失占比約為50%。開采工作面參數設計受限導致煤炭損失占比約為20%。假如選用放頂煤進行開采的過程中，工作面支架不能實現放煤，那么將會不利于頂煤開采。

3.解決綜采放頂煤問題的相關對策

(1)煤壁片幫、漏頂的控制措施

①防治思路。假如在開采的過程中，出現煤壁片幫以及漏頂時，那么工作人員必須停止作業。與此同時需要進行維護。當工作面位置出現了大量的漏頂時，那么工作人員可以選用原木來實現板皮剎頂，這樣能夠有效地優化支架接實煤層頂板的效果。放頂煤開采工作面在煤層切割完成后應及時對煤壁進行護板幫支護。在支架下扎之初，可以借助人工的形式循環下扎，從而可以有效地控制頂煤。

②帶壓移架。超前移架：假如煤層出現片幫或者頂煤破碎的現象時，那么需要移架采煤切割機，接著才可以開展作業。頂板破碎位置可以實施超前移架，那么必須進行超前移架，而出現不能超前移架時，必須使得采煤機與切割機同步移架。帶壓擦頂移架：具體如下所示：第一步，移動拉移手把，這樣可以把護幫板設置為垂直形式；第二步，移動降架手把，這樣可以保證支架移動到正確位置。

③限制采高。通常采高設定在2.0m±50mm的范圍內，嚴禁出現超高回采的現象。此外，驗收人員必須加強對工作的驗收的管理，這樣可以優化工作面支護的安全性。當采煤機割煤完成后要對煤壁進行及時支護，以避免片幫現象出現。

(2)發生倒架的控制措施

假如在開采的過程中出現了倒架現象，那么需要對支架進行有效地調整。同時需要采取相應的改進措施，防止出現安全問題。

扶架方法。拉頂梁扶正：需要給倒架留出足夠的空間，一般工作人員可以選用單體支護的形式進行支護，保證頂梁在豎直方向保持垂直。邊拉邊扶正：假如出現嚴重的倒架時，那么將會引起頂板垮落的現象，這時可以選用一邊拉架一邊扶正的形式。

(3)回采過程中瓦斯防治措施

①深孔預裂。一般情況下，預裂孔打在煤壁工作面運順延伸線，相應的深孔預裂爆破往往遵循沿著煤壁延伸線。一般情況下，預裂孔深度為6m，預裂孔間距為0.5m，每班鑿孔5個，頂板和預裂孔角度設定為80°，孔眼底面朝老塘夾角設定在70°到80°的范圍內；伴隨工作面作業的推進，應該采用退錨設備對工作面范圍內的支護錨桿、錨索進行提前退掉，以確保落頂效果的實現。

②端頭封堵。在回采過程中，順槽兩側端頭頂板垮落不充分，并且懸頂深度超過3m以上，當老塘區域頂板冒落不充分時，需要用裝滿浮煤的尼龍袋壘墻，從下往上壘起直至封堵頂板為止。與此同時，工作人員可以選用黃泥來填充尼龍袋縫隙。當完成回采作業后，可以將其選用一次封堵。

③預埋抽放管抽瓦斯。每次進行封堵之前，都應該將第一節抽放管拆卸，并將其運輸到離工作面100m的地方進行放置，然后在抽放管接頭處進行短接操作，以確保采空區能被抽放管所覆蓋。

(4)提高采出率、降低含矸率

①支架的選型。應該對頂煤開采率和液壓支架在放煤口安放位置兩者之間關系進行正確掌握。液壓支架在放煤口安放位置主要分為高位、中位、低位這三種，高位、中位主要是進行液壓支架安裝，由于放煤口處于較高的位置，因此引發煤口周圍煤炭無法放出，進而大大降低了回采效率。經過實踐發現，液壓支架能夠有效地優化頂煤開采率，其優點如下：第一，實現持續放煤；第二，放煤效率高；第三，放煤口不易堵塞；第四，可以進行大塊煤切割。

②放煤步距。放煤步距會對放煤效果產生重要影響，其中60%的煤是通過支架放煤口輸送。假如放煤步距過大，會導致采空區周圍三角煤無法放出，從而使煤炭開采量降低；假如放煤步距過小，會導致采空區周圍矸石優先到達放煤口，遵循見矸關門操作原則，會使部分煤炭被關閉在放煤口處，如果放煤口不關閉，那么會導致大量矸石運輸到工作面。

③放頂煤開采厚度。根據礦井支架型號，頂煤厚度2.7m以內，采高工作面不超過2.0m等條件，可以得出當采煤機要進行2m煤層切割時，必須要按照1:1.35采放比進行。

4.結語

根據煤層傾角大、地質情況復雜等因素對煤礦回采作業的影響，對如何提升放頂煤開采效率、提高煤炭開采回收率以及支架與頂板工作面位置關系進行詳細闡述，從而使煤炭開采率得到有效提高。當前放頂煤開采法依然存在諸多問題需要大家共同研究解決，為了確保放頂煤開采法的快速應用，后期應該加強對流頂煤安裝以及擋矸支架技術的引進。與此同時，還應該積極推廣放頂煤開采法，為類似的煤礦開采提供豐富的參考經驗。