淺談綜采放頂煤開采的發(fā)展及存在的問題與對策

＊賈永翔

（霍州煤電呂臨能化公司龐龐塔煤礦 山西 033200）

1.綜采放頂煤開采的優(yōu)越性和適應(yīng)性

(1)綜采是進(jìn)行煤炭開采經(jīng)常使用的一種方法，也是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的采礦技術(shù)

①煤層開挖工作量少，開挖成本低，有利于采礦和開挖之間聯(lián)系，于此同時(shí)避免了進(jìn)行移動(dòng)的次數(shù)，節(jié)約了很多相關(guān)安裝的費(fèi)用。

②在傾斜較為嚴(yán)重的厚煤層，采取常規(guī)方法方式進(jìn)行開采的位置其性能有所提升。

③促進(jìn)礦井采掘工作面集中布置，達(dá)到減少頭面，減少人員，提高效率的目標(biāo)。

(2)適應(yīng)性

①綜采的厚度應(yīng)控制在6-10m的范圍內(nèi)。如果煤厚度超過10m，則應(yīng)選擇煤炭開采。

②頂煤洞的綜采一般適應(yīng)于0的煤的硬度系數(shù)f?？梢约俣?到0.6，對于f＞2，可以采取必要的措施進(jìn)行完全機(jī)械的井工開挖。

③適合煤層的地質(zhì)條件和儲(chǔ)藏條件。實(shí)踐結(jié)果顯示，綜采上層煤層能夠針對輕微傾斜煤層中煤層厚度適應(yīng)在4-20m，這一高度超出采煤高度。煤層在頂板破碎的情況下，采取“三軟”煤層更為適合。

2.我國的綜采放頂煤技術(shù)的發(fā)展概況

中國完全機(jī)械化是二十世紀(jì)末期出現(xiàn)。前煤炭部于1984年6月發(fā)起了一個(gè)項(xiàng)目，由中國開發(fā)綜合機(jī)械化放頂煤開采工藝在沈陽礦務(wù)局的普禾礦進(jìn)行了測試。后來由于穩(wěn)定性差，載體未很好地協(xié)調(diào)，無法向前移動(dòng)，從而導(dǎo)致工作表面著火并停止測試。1987年，平頂山礦務(wù)局的第一座礦場推出了匈牙利高位置液壓助力器VHP-732，其月平均產(chǎn)量為44,206t，最高月產(chǎn)量為55,000t，回收率為79.6%，平均工作效率為25.5t的結(jié)果。1988年，陽泉礦務(wù)局和潞安礦務(wù)局開始了超過以前辦事處結(jié)果的試驗(yàn)。從1984年到1994年的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的工作面去進(jìn)行計(jì)算，我們國家的完全機(jī)械化井工技術(shù)獲得了快速的發(fā)展。在發(fā)展到1998年的時(shí)候，全國綜放開采整體的數(shù)量提升到了7,000,104t，井工綜采區(qū)域總數(shù)提升到了82個(gè)。

3.綜采放頂煤開采存在的問題

(1)絕對瓦斯量增加

較厚煤層的破裂產(chǎn)生了煤層的全部高度和厚度。由于拆除之后各層的運(yùn)動(dòng)，工作面之前的支撐應(yīng)力上的分布，其在頂部煤進(jìn)行運(yùn)移以及裂縫的發(fā)展、針對瓦斯沉淀、瓦斯溢出、運(yùn)移與聚集情況的影響以及拆卸存在很大的差異。通過多年的不斷生產(chǎn)和實(shí)踐，頂級煤礦開采并未增加瓦斯危害的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)開采主要瓦斯源為煤層的厚煤層時(shí)，頂煤工作面的相對瓦斯排放面積顯著減少。災(zāi)難的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)降低?？墒?，在工作面其后方的采空區(qū)上方經(jīng)常會(huì)匯集部分濃度比較高的氣體。在頂煤掉落的時(shí)候，這一部分氣體會(huì)流入到工作面中。

(2)采出率不高及含矸率增加

綜放區(qū)的煤耗大致可分為三部分：崩落過程所造成的損失約為面積損失的一半或稍多，設(shè)備條件的限制所造成的損失為1/4。頂板的設(shè)計(jì)參數(shù)有限或不足，造成的損失約為1/4。例如，設(shè)計(jì)與巷道開口尺寸不一致，導(dǎo)致頂煤流失，采煤工藝復(fù)雜，部分平行作業(yè)管理難度大，不適合高產(chǎn)高效。另外，采用綜放開采后，原煤中矸石的含量增加，對煤質(zhì)的影響也更大。

(3)發(fā)火問題嚴(yán)重

煤炭開采過程中一旦出現(xiàn)火災(zāi)問題那么必然是較為嚴(yán)重的。井工開采過程中出現(xiàn)的自燃火災(zāi)能夠大體分成兩類：開采之前和之后的火災(zāi)。規(guī)則的煤炭上表面不會(huì)離開采空區(qū)的空巷，并且開采后發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)相對較低。開采前的火災(zāi)主要與礦區(qū)的巷道有關(guān)，例如在打開前將工作面向前推進(jìn)。經(jīng)過一段時(shí)間采空區(qū)發(fā)生自燃，會(huì)導(dǎo)致工作面密閉，無法撤回設(shè)備并造成較為嚴(yán)重的損失。

4.解決綜采放頂煤問題的的對策

(1)瓦斯綜合防治措施

①在煤和瓦斯暴發(fā)的煤礦中，必須在開采前釋放瓦斯，以減少瓦斯自身的壓力以及當(dāng)前瓦斯在排放過程中的濃度，然后再去完成運(yùn)行。

②在實(shí)際進(jìn)行生產(chǎn)中，需要對吊頂采空區(qū)里的瓦斯積累程度進(jìn)行監(jiān)測。屋頂應(yīng)事先進(jìn)行手動(dòng)噴砂處理，以免瓦斯在采空區(qū)上部積聚，并防止瓦斯掉入舊采空區(qū)并造成意外事故。

③為工作面提供通風(fēng)。保障風(fēng)量以及風(fēng)速能夠滿足“煤礦安全規(guī)定”提出的要求。并需要減少工作面上的全部點(diǎn)火源，特別是預(yù)防出現(xiàn)電火花。如果煤層中含有石或黃鐵礦，則必須繼續(xù)灌溉煤以使設(shè)備正常運(yùn)行。為避免因開孔鎬的撞擊而產(chǎn)生火花，請勿切割頂部和底部的石頭。

(2)提高采出率降低含矸率

為了讓工作面上的退化率不斷提升，我們需要基于以下幾點(diǎn)內(nèi)容入手：

①強(qiáng)化針對放煤理論的研究，完善放煤的相關(guān)技術(shù)，降低放煤中出現(xiàn)的損失；完成對工作面中設(shè)備以及支撐方案的改良，以降低工作面產(chǎn)生的損耗，讓當(dāng)前工作面的設(shè)計(jì)得到完善，以降低因?yàn)槭┕?shù)問題而出現(xiàn)的損耗。本文針對鶴崗礦業(yè)集團(tuán)興安煤礦作為例子。為了提高礦區(qū)的恢復(fù)率，在礦井的街道布局中規(guī)定了“三進(jìn)一回”（見圖1）。

圖1 巷道布置示意圖

②采用煤壁爆破松動(dòng)方法。煤壁在工作面前30-40m處進(jìn)行了預(yù)爆，具有對頂煤進(jìn)行預(yù)裂碎的作用，也可以加快推進(jìn)速度，確保頂煤順利放出。實(shí)踐表明，最大的煤炭回收率可以達(dá)到85%以上，并且矸石的含量會(huì)大大降低。

(3)粉塵防治

①收割機(jī)除煤的時(shí)候，除了使用噴霧降低粉塵量之前，還需要選擇收割機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓去完成二次除塵。

②在立柱和煤腔出口之間安裝防塵袋，以減少灰塵。

③在回風(fēng)通道中安裝了水簾，并在每個(gè)抽氣點(diǎn)噴灑了噴水以減少灰塵。

④注水。在噴涂前，應(yīng)將降塵劑與水混合，以使灰塵容易碎裂。

⑤將水預(yù)先注入煤層以減少粉塵。

(4)自然發(fā)火防治

①選擇輕質(zhì)泡沫材料將其當(dāng)成注射材料，并選擇地下移動(dòng)式的注射裝置為相鄰的采空區(qū)噴灑和堵塞完全機(jī)械化的井工區(qū)域的兩條車道。使用發(fā)電廠的粉煤灰作為速凝骨料膠水注入并阻止泄漏。結(jié)合壓力均衡和工作面通風(fēng)，可創(chuàng)建有效的漏氣保護(hù)系統(tǒng)，以防止采空區(qū)形成大規(guī)模通道和自燃。

②為了降低氧氣濃度并延緩火災(zāi)持續(xù)時(shí)間，應(yīng)向綜采工作面的采空區(qū)和鄰近采空區(qū)可能發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域注入氮?dú)?。必須解決氮?dú)庾⑷胨璧臈l件，時(shí)間和地點(diǎn)，以降低氮?dú)庾⑷氲某杀静⑻岣叩獨(dú)庾⑷氲念A(yù)防火災(zāi)的效果。

③認(rèn)識(shí)到自燃的機(jī)理，對于道路點(diǎn)火規(guī)律和具體產(chǎn)生的影響因素進(jìn)行分析。預(yù)測沿著采空區(qū)掘進(jìn)過程中自燃的最短時(shí)間以及點(diǎn)火范圍，以便在點(diǎn)火前可以采取特定的防火措施，并提高防火和滅火的效率。

5.總結(jié)

井工開采特別是綜采是一種綜合的新型煤礦開采技術(shù)。在適當(dāng)?shù)臈l件下，對較厚的煤層進(jìn)行平緩傾斜和陡坡傾斜時(shí)，使用這樣一種新技術(shù)完成采礦已得到了非常明顯的經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)獲得了快速的發(fā)展。但是，綜采頂煤開采的方式仍然有非常多的不足，例如采收率和步態(tài)率彼此之間產(chǎn)生的矛盾，大功率和高瓦斯以及高煤塵的矛盾和缺少采煤率等多種問題。5備以及生產(chǎn)系統(tǒng)上的技能（尤其是在老礦山中）。支持性設(shè)施和低水平的管理阻礙了工作空間生產(chǎn)率的提高。因此，我們必須努力克服這些技術(shù)難題，并朝著高產(chǎn)高效方向發(fā)展。