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1、我国厚煤层开采的技术研究摘要：厚煤层矿井的开采体系极大地影响着煤矿生产经营成本。只有建立起完整的现代开采体系，才能最大限度地发挥矿井的能力和潜力。在当今先进的科技经济发展的新形势下厚煤层开采主要用放顶煤和大采高较多，这也使得煤矿企业解决了各种复杂条件下厚煤层开采的一系列技术难题，并且取得了极其显著的技术经济效益。本文探讨厚煤层的开采现状与技术重点，掌握煤火的防治和提高采出率等技术手段，进而提高煤矿企业的经济效益。 关键词：厚煤层 开采技术 分层开采 放顶煤0 引言井工开采厚度3.5m以上的煤层、露天开采厚度10m以上的煤层为厚煤层。丰富的厚煤层储量构成了我国煤矿产业的一个特色，也是煤矿生产行业
2、的一个优势。但是由于目前我国在厚煤层开采方面的工艺流程和技术措施相对落后，传统回采工艺巷道掘进率高、工序复杂、效率低、成本高，使得储量丰富的优势难以转化成巨大的效益。所以，在如今煤炭行业集约化经营的改革要求下，如何选择科学的回采工艺和技术措施，已成为煤矿企业亟待解决的一个问题。1 厚煤层现代开采技术工艺的选择结合目前煤矿产业厚煤层开采情况来看，分层开采、放顶煤开采和大采高综采是主流的开采技术。本文将重点介绍分层开采技术和放顶煤开采技术。1.1 分层开采1.1.1 优越性。现阶段，分层开采的综合机械化采煤工艺是应用较为普遍的采煤工艺。分层开采法不但可防止综放开采时煤矸混杂影响煤质，而且采放比适中
3、，可提高顶煤回收率，同时顶分层还能起到保护层和卸压作用。1.1.2 缺点。采准巷道构造复杂，巷道掘进率高，不易于维护，工程费用高;必须借助人工假顶才能回采上分层，工作量大，无形中增加了人工费用;地质构造对回采工艺的影响较大;煤层厚度发生变化时丢煤问题比较严重;单产低，效益差。1.2 放顶煤开采1.2.1 放顶煤开采的优越性及适应优越性。a回采工艺的机械化水平高，技术先进;b吨煤工效高，可集中生产，对经济效益的共效率高;c减少了矿井开拓和准备的作业量，有助于新矿及新区改进巷道布置;d基于矿压理论、放矿理论，实现不利因素向有利因素的转化。适应性。a放顶煤回采的煤层厚度应该大于6m且不超过10m。厚
4、度超过10m的煤层，考虑到回采的安全性、经济性和技术要求，建议分段回采。b煤层走向应大于500600m，在煤层倾角较缓的条件下应用效果明显。有些倾斜或急倾斜煤层，如果顶板条件和管理水平符合放顶开采要求，也能使用这种开采方式。c普放模式的顶板管理水平不及综放模式，因此建议多使用综放开采方式。d放顶煤开采，一般适应煤的硬度系数f为0.50.6。当f2时，要使用放顶煤开采技术，必须采取一定的技术措施，前期准备要充分。1.2.2 缺点。煤尘量明显高于分层开采的煤尘量;通常只能达到80%的回采率，不经济;不能“根治”自然发火问题;高瓦斯矿井若采用放顶煤开采方式，会造成瓦斯积聚。2 厚煤层开采现状自上世纪
5、七八十年代以来，厚煤层综合机械化长壁放顶煤开采方式一直是世界各国广泛关注的研究课题，也是我国520m厚的煤层一次全高开采率先推广应用的新型采煤模式。厚煤层综合机械化长壁放顶煤开采方法要求将回采作业面布置在下部煤层，通过上部支架的窗口放出煤炭。若按传统方法，必须经过多次分层才能采出煤炭，而这种新型采煤方法无需多次分层就能将煤炭一次性采出，其应用优势显而易见。另外，放顶煤开采技术也是比较经济的开采方式。但是也应该看到，这项技术会大面积破坏作业面采场围岩，对提高煤炭回采率的贡献不大，而且回采中可能会增加瓦斯涌出量和煤尘量，增加煤层自然发火安全风险。由于我国厚煤层资源丰富，占总储量的44.8%，因此放
6、顶煤技术的研究和推广对我国煤炭工业的发展具有特别重要的意义5。3 厚煤层现代开采的技术重点3.1 综放工作面放顶煤能力提高问题。要提高综放出煤率，首先要保证尽量同步采放。具体来讲，就是放顶煤平均循环时间要小于采煤机平均割煤循环时间，尽量不让采煤机停机等待放顶煤工序。综放面采煤机割煤时，煤层高度基本一致。在煤层厚度变化大的时候，就要重点监控后部刮板输送机能力，控制好放煤速度，协调好前后部刮板输送机的作业能力，适当扩大液压支架后部放煤空间，提高放煤口启停速度，以确保各部分协调工作。3.2 加大工作面长度。作业面煤炭掘进速度提高后，为了节省采煤机斜切进刀时间和综采面端口作业影响时间，提高有效开机率，
7、采掘面的长度应该适当延长，以增大可采储量，延长作业面连续推进时间，控制上、下端头顶煤丢煤现象，从而提高煤炭回采率。3.3 大功率装备的国产化配套。我国大型采煤机、刮板输送机、液压支架等国产设备，通过引进、消化、吸收，已有望赶超国外的设备水平。但有一部分重要元件的制造仍有赖于国外的生产工艺，尤其是电液控制设备和控制设备，应该尽快实现国产化。3.4 煤层自然发火的防治。煤层自燃发火及其产生的安全隐患是厚煤层开采过程中必须面对的问题。虽然目前煤炭防灭火技术的研究和开发已达到一定的水平，煤层自然发火现象也得到一定程度的控制，但是隐患尚在，如何彻底解决这个问题，还有待深入研究。3.5 提高煤炭回采率。在
8、采煤过程中，必须重视资源回采率的高低。一般来说，通过综放回采率提高煤炭资源回采率是比较可行的方法。这就需要研究人员熟悉顶煤的运动规律和冒放规律，确定一套科学的放煤工艺，在回采中不断优化调整支架结构，使回采参数更加合理，这都是提高煤炭回采率的可行办法。3.6 地面环境保护。与中厚煤层回采所造成的地表及环境的破坏情况相比，厚煤层只能说有过之而无不及。在厚煤层回采阶段，建议采用覆岩离层带注浆、厚煤层地表保护性开采、矸石回填塌陷区等方法，来控制对地表的破坏作用。但是即便如此，厚煤层回采还是会造成地面塌陷。 4 厚煤层提高采出率煤炭采出率低，而且在放顶开采过程中还有几个技术性的问题亟待解决，比如作业面端
9、头过渡支架不能放煤，区段平巷顶煤损失，区段煤柱损失等等。为了彻底解决这些技术问题，提高煤炭回采率，遇到倾角为025、煤质不是过硬、自然发火期在36个月左右的厚煤层时，笔者建议采用厚煤层无煤柱开采中一种错层位巷道布置采全厚采煤法。4.1 巷道布置。有的厚煤层具备分层回采的条件，同时也能满足一次采全高的开采要求，建议采用错层位巷道布置系统，在不同的层位合理布置区段进、回风平巷。对于倾角小的煤层，可以考虑在厚煤层的下部层位沿底板布置区段进风巷，在上部层位沿顶板布置回风巷。对于倾角大的煤层，则将上述结构颠倒过来，即在上部层位沿顶板布置进风巷，在厚煤层的下部层位沿底板布置回风巷。4.2 巷道布置的优点。
10、厚煤层错层位巷道布置全高开采模式是基于实际生产条件，将各类技术元素有机整合，形成了一套科学的回采工艺。该回采方式在原有分层开采工艺的基础上，在回采工艺和巷道布置方面有一定程度的创新，提高了煤炭产量，并且实现了无煤柱开采，巷道掘进和后期维护的效率大大提高，开采成本大幅缩减，资源采出率达到了预期要求。另外，安全生产系数大大提高。端头丢煤现象和煤层自燃发火问题得到有效控制，不再使用两巷在顶煤下掘进的生产方式，以规避巷道高冒区发火安全风险。在煤层上部沿顶板布置回风巷，用来疏散积聚在上隅角的瓦斯，确保井下安全作业。煤柱被取消后，在本层以下煤层回采过程中就不必从煤柱应力集中区通过，降低了作业难度，同时也有
11、效控制了地面下沉以及由此引发的各种风险。5 厚煤层自然发火综合防治措施5.1 防止下巷道喷浆自然发火。利用3cm厚的喷浆对井下所有巷道进行处理，经过喷浆处理后，粗料石砌碹的巷道空隙大大减少，进而减少了漏风，进一步降低了向煤层供氧的数量，这时煤层的氧化速度大大降低。同时，巷道经过喷浆处理后，可以有效地抑制跑漏浆现象。通过对巷道进行喷浆处理，为预防巷道壁后厚煤层自然发火奠定基础。对于井下密闭墙来说，通过进行喷浆处理，一方面可以防止采空区发生漏风，另一方面可以避免采空区煤层自然发火。5.2 改变采煤方法防止自然发火。在井下作业的过程中，通过采用分层的方式进行开采，火区始终与回采工作面保持同步，可以说
12、灭火与采煤互相影响。在回采工作面采用全高放顶煤采煤方法进行采煤作业，可以有效地减少采空区自然垮落快和漏风，并且可以及时封闭采过联络巷道，在这种情况下，可以明显减少采煤工作面高温点及煤层自然发火。5.3 改造矿井通风方式，预防煤层自然发火。通过混合中央并列式、中央分列式对矿井进行通风，同时对轨道运输巷、胶带运输巷进行入风处理，风经过工作面前顺槽直接进入工作面，然后经过采煤工作面、后顺槽、集中回风材料巷，最后到达风井。通过这种方式进行通风，在一定程度上可以减少了交叉巷道漏风，巷道壁后煤层自然发火得到有效的控制。5.4 地面用钻机向火区打钻孔灭火。确定井下自燃发火点后，在井上下对照图上填写火区坐标点
13、，同时在地面上根据井上下对照图进行选点打孔，通过采用钻孔灌黄泥浆的方式控制火区范围，进一步避免火区蔓延，然后在火区中心进行打孔，通过灌黄泥浆的方式进行灭火。如果火区范围较大，在这种情况下，可以利用多个钻机同时打孔;通过钻孔灌浆的方式可以有效地控制火区范围，为灭火创造有利条件。6 厚煤层矿井高效辅助运输系统从全球范围来看，单轨吊、卡轨车、齿轨车和无轨胶轮车是当前辅助运输设备的四大类，其驱动方式主要包括钢丝绳牵引、柴油机牵引和蓄电池机车牵引。在发展趋势上，无轨胶轮运输成为主流。根据厚煤层现代开采技术的要求，大型、高效的机械化运输技术成为今后辅助运输系统的主要发展方向。7 结论随着科学技术的发展，高
14、产、高效、高安全性和高可靠性成为现代采煤工艺的发展方向。通过将采煤技术与现代高新技术进行结合，进一步对采煤设备、生产监控系统进行优化和创新，进而在一定程度上改进、完善采煤工艺。近年来，随着不断引进、消化和吸收国外的先进技术，国内已经研发出一些大型设备，但是与国外相同设备相比，我们的设备在体积、重量、性能等方面有待进一步完善。研究开发煤炭开采技术，尤其是煤矿开采技术及配套装备，这是实现矿井高产、高效的重要途径，同时这些装备和技术可以提高采煤的安全性。实践证明，在其他条件一定的情况下，通过增加开采强度，在一定程度上可以提高规模经济效益。对于任何矿区来说，在实际生产过程中，需要结合自身的实际情况，选
15、择科学合理的开采工艺，不断扩大开采规模，进一步提高经济效益。通过产、学、研之间的相互结合，不断缩小我国煤炭开采设备与发达国家之间的差距。在研发任何新产品的过程中，都要以创造经济效益为目的。随着科学技术的不断发展，综放开采设备的研究开发空间将会逐渐增大，对此，国内需要充分抓住这一发展机遇，加快综放设备的研发进程。参考文献：1徐永圻.煤矿开采学M.中国矿业大学出版社，2004.2陈炎光，徐永圻.中国采煤方法M.中国矿业大学出版社，1991.3刘建新，刘涛.关于厚煤层开采工艺的选择J.煤炭工程，2003（07）.4任秉钢.中国综合机械化放顶煤开采M.北京：煤炭工业出版社，2002.5赵经彻.厚煤层现代开采体系的探索与实践M.煤炭工业出版社，1998.
