放顶煤开采常见问题与研究苏为根

放顶煤开采常见问题与研究苏为根

苏为根

淮南矿业集团唐家会煤矿内蒙鄂尔多斯017000

摘要：通过对放顶煤开采特点的认识，分析了厚煤层放顶煤开采技术的发展及采矿方法的应用，提出了解决崩落性回采率低，回收率低的问题的有效措施。采矿，旨在提高崩落采矿技术，提高我国优质煤的开采率。

关键词：放顶煤；采矿技术；回收率；问题；措施

前言

放顶煤开采技术是厚煤层开采过程中的一场技术革命。崩落采矿技术可以实现底部放煤和顶部放煤同时进行，或者缩短工序间隔。其开采高度是分层开采的2-5倍，适用于5m20m厚煤层的开采，可实现一次性全高开采。因此，它具有高产、高效、低耗、低成本、巷道布置和生产系统简单、工作面相对安全、经济效益显著等突出优点，并在实践中得到广泛应用，近年来取得了巨大成功。然而，崩落法开采也存在许多安全和技术问题，如瓦斯涌出量增加，工作面煤尘浓度过高，自燃风险增加，顶板管理难度增加，这些问题比分层开采更加突出。因此，加强对这些安全技术问题的研究，不仅有助于提高矿井安全生产，也有助于使放顶煤开采技术不断完善和推广。

1放顶煤及其开采特征

1．1放顶煤的特点

放顶煤的特点如下:（1）由于开采高度增加，开采所需的直接顶板厚度远大于普通开采高度。如果坍塌的直接顶板不能填满采空区，在旧顶板相对坚硬的情况下，采空区将容易形成一个大的空隙，这将导致瓦特的积累，当旧顶板坍塌时，这将淹没支架，同时，岩石坍塌和支架之间的摩擦将容易产生火花。（2）上覆岩层的活动范围很大。与分层顶煤开采相比，一次顶煤开采的全厚度引起的上覆岩层坍塌、移动和碎裂的范围更大。（3）随着碎顶煤的存在，在放顶煤支架顶部有一层碎顶煤，这是传递上层负荷的介质，也是支架控制的对象。由于其刚度小，而且破碎的顶煤在支架后面释放，顶煤的破碎程度和释放影响支架载荷以及支架和围岩之间的关系。

例如：放顶煤支架前柱工作阻力大于后柱，工作面支架压力分布宽，超前工作面距离大，与分层开采相比，工作面压力变化不明显。

1.2放顶煤开采的基本特点

放顶煤开采是一种采煤方法，在厚煤层中，沿煤层或区段底部布置一个开采高度为2m~3m的长壁工作面，在综合机械化采煤过程中进行开采，支架上方的顶煤在矿压的作用下破碎成松散体，或者在人工松动方法的辅助下，从支架后面或上面释放并回收。

与分层综采相比，它具有以下优点:（1）可以在平行工作面进行平行开采和多点同时开采，大大提高了开采效率，实现了高效高产。（2）能有效降低能耗，减少材料损耗，从而降低成本；（3）巷道掘进量小，可以有效提高巷道掘进效率，使掘进更加连续，生产更加集中。（4）该放顶煤开采技术适应性强，能够很好地适应较复杂煤层的开采，如缓倾斜厚煤层中煤层厚度变化不均匀性大、顶板脱落和破碎。（5）在急倾斜厚煤层水平段开采时，放顶煤开采可以实现高效安全的机械化开采。因此，崩落法开采技术以其在厚煤层开采中的优势得到了广泛应用，但采用崩落法开采技术仍存在一些问题。

2放顶煤采矿技术存在的主要问题

2．1回收率相对较低

鉴于厚煤层开采，国家对工作面回采率和矿区回采率有非常严格的规定。在实际开采过程中，由于煤层厚度变化很大，并且由于煤层中存在断层，分层开采的回收率根本不能满足要求。尽管采用崩落采矿技术克服了这些因素，但回收率仍然不是很高，仅达到81%~86%，煤炭损失率相对较高。综放工作面煤炭损失包括:放煤过程造成的损失、设定条件限制造成的损失和设计参数造成的损失。

2．2自燃

采用综放开采厚煤层时，容易发生自燃。其主要影响因素有:（1）综放开采的回收率低，导致更多的煤炭流失，给自燃带来隐患。（2）与分层开采相比，综采放顶煤加强了工作面顶板的活动范围，顶板冒落高度较高，采空区不能及时紧密塌陷，因此采空区具有一定的渗透性。（3）综放开采整体掘进速度相对较慢，采空区氧化自燃带无法快速进入窒息带，综放开采采空区空间大、气流慢，为采空区氧化自燃提供了蓄热条件。

2_3瓦斯涌出的问题

在工作面推进速度相同的情况下，综放工作面产量是分层工作面产量的1倍和4倍。因此，当开采相同瓦斯含量的煤层时，综放工作面的绝对瓦斯涌出量将增加一倍。然而，与第一层分层开采相比，综放工作面的瓦斯排放将显著减少。原因是在第一层开采期间，由于卸压，底部煤层中的气体被淹没到第一层采空区中，而崩落开采是煤层全厚度的整体推进，这是不存在的，因此单位气体排放量减少了。此外，综采放顶煤工作面的整个厚度一次使得瓦斯排放相对均匀的。

此外，在综采放顶煤过程中，工作面上方的放顶区和裂隙区高度远高于分层开采，这增加了对邻近地层的影响以及邻近地层的卸压和卸压范围。因此，在相邻层赋存条件相同的情况下，综放工作面相邻层绝对瓦斯涌出量大于普通机械化采煤工作面。由于综放工作面支架上方存在比开采高度高几倍的冒落区，大量气体容易积聚在工作面的上、下角，这部分气体会通过放煤口和支架上方的裂隙涌出工作面，从而在支架上方和放煤口附近形成局部气体积聚，给矿井安全生产带来隐患。

2．4支架和支撑设备的问题

在放顶煤开采过程中，工作面和端头支架的过渡问题难以克服。在实际生产中，很难在工作面末端找到合适的支架和理想的放煤方法，这不仅影响了回采率，也影响了采煤的进度，增加了火灾隐患，使工作面的工作环境复杂化。因此整套放顶煤开采设备无法有效发挥作用，影响了高效安全生产。

3解决措施

3．1提高采出率的措施

为提高综放开采的回收率，应充分考虑影响回收率的因素。根据实际开采情况，应选择适当的措施。主要方法有:（1）优化矿区设计和巷道布置，尽量减少矿区煤柱，尽可能向大采长方向发展矿区设计，合理设置煤柱尺寸，认真研究瓦斯抽放系统，不留瓦斯尾巷。（2）选择合理的综放支架型式；（3）加强工作面两端的支撑，减少工作面末端的损失；d)减少工作面初始开采和最终开采的损失；（4）加强工作面煤层注水，软化煤体，及时放顶煤，提高放煤效果；f)选择合理的综合放顶技术，同时加强放顶技术的管理，减少开采和放顶技术的损失。

3．2放顶煤开采中自燃的预防措施

在实际防治过程中，应考虑可行性和可操作性，选择合理的防治措施。常用方法有:根据煤层自燃期间工作面的合理进展，工作面应配备防火灭火系统和火灾监测系统，并采取预预防注浆或惰性气体注入等预防措施，及时防止开采时采空区自燃。合理选择停止位置，避免漏风区域。在工作面结束时，应及时撤出支架，并建立永久防火墙。3-3瓦斯灾害防治措施综采放顶煤工作面瓦斯防治的总体思路是增加风量，抽走瓦斯，加强局部瓦斯积聚治理。其中，最直接和有效的方法是抽出气体。在矿井巷道中设置三合一的方法来抽出位于角落和支架上方的气体，这样进入工作面的采空区中的气体可以被转移，然后被稀释，然后气体可以被喷入远处的煤壁中缓慢释放。

3．3综采放顶煤支护设备

综采放顶煤支架的选择必须确保对工作面顶板的有效控制，还应与矿井地质条件、其他配套设备和采煤技术相适应，同时要充分、安全地进行高效生产。目前，放顶煤液压支架的发展趋势；大采高放顶煤液压支架、最大高度为3.8m-4.5m的双柱放顶煤支架和四柱放顶煤支架；强放顶液压支架，特别是10000kN至15000kN的大工作阻力支架，可以满足各种硬煤和特厚煤层综放开采的要求。分体组合式线性轻放顶煤液压支架，其适应性很强，适用面积大。

3.4地球物理勘探证实的地下施工技术

在80m-1201ti区域前面。如果地球物理勘探结果中没有异常区域，SI15井眼设计成扇形。如果地球物理勘探结果有异常区域，将根据《矿井水防治条例》设计15个钻孔进行探测和排水，以查明前方水体的空间位置和发生情况，并结合观测到的排水条件和矿井排水能力采取措施有效组织排水作业，彻底缓解洪水。

3.5回采工作面

使用“地球物理勘探+钻探验证”施工技术，使用全方位探测器在工作面进行第一次地球物理勘探，以查明上覆矿区的位置和积水情况，然后进行地表地球物理勘探和地下地球物理勘探，以适应该情况，并使用钻探进行验证，即沿工作面和地球物理异常区的两个最低点布置钻探场，以勘探上覆采空区。

4结语

鉴于小煤矿多年非法开采，大量采空区威胁了现场生产安全，地面物探加钻探、物探先行、钻探验证的地下勘探开采施工技术，解决了地下采煤工作面生产的盲目性，减少了钻探施工工作量，提高了采矿施工进度，确保了矿井生产安全。

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