厚煤层开采技术分析及应用

厚煤层开采技术分析及应用

李玉峰

淮河能源控股集团煤业公司张集煤矿 安徽淮南 232001

摘要：厚煤层作为我国高产高效的主采煤层，在我国煤炭资源储量与产量中所占比例约为45% ，因此，厚煤层开采方法的选择以及开采技术的应用是一项重要的研究课题，在煤炭开采中意义重大。

关键词：

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。我国是一个厚煤层储量大国,也是厚煤层的开采大国。而厚煤层开采工艺大体可分为三种,即分层开采、大采高一次采全高开采、放顶煤开采。

我国厚煤层产量占原煤总产量的45%左右。自1974年在开滦矿务局唐山矿试验成功厚煤层倾斜分层下行垮落金属网假顶综合机械化采煤法以后,分层开采的综合机械化采煤工艺有了进一步的发展,目前是我国厚及特厚煤层的主要采煤方法之一,在大中型矿井得到普遍采用,并积累了丰富的经验。

1 厚煤层开采技术

1.1 分层开采

当开采煤层较厚时，一般来说厚度超过5m ，此时单一长壁开采法已满足不了开采需求。我们就需要把煤层分成若干采高2-3m 进行分层来开采。分层开采法根据煤层的倾斜程度划分为斜切分层、水平分层和倾斜分层。斜切分层适应于急倾斜厚煤层，工作面沿走向推进，它将煤层分成若干个与水平面成一定角度的分层。水平分层和倾斜分层适应于倾斜、缓斜厚煤层。其中水平分层工作面一般沿走向推进，它将煤层分成若干个与水平面相平行的分层。倾斜分层工作面沿走向或倾斜推进，它将煤层分成若干个与煤层层面相平行的分层。由于分层开采法在我国的长期应用，所以技术相对成熟，在瓦斯治理方面、设备投资等方面都具有相对优势。但分层开采同样也有一些缺点，如巷道掘进率高、产量低、开采成本高、下分层巷道支护难度大、区段煤柱损失大、采空区反复扰动、易引起采空区自燃等。

1.2 放顶煤开采

一次采出的煤层厚度在5～12 m之间；煤的硬度系数一般应小于 3 ；煤层倾角不宜过大；煤层所含夹石曾厚度不宜超过 0.5 m ，其硬度系数也应小于3；煤层直接顶具有随顶煤下落的特性，其冒落高度不宜小于煤层厚度的 1.0～1.2 倍，基本顶悬露面积不宜过大；地质构造复杂、破坏严重，断层较多和使用分层长壁综采较困难的地段，采用放顶煤能取得较好的效益。

在厚煤层中，采用放顶煤开采较分层开采具有明显的优越性：煤层掘进量小，掘进费用低，缓和了采掘关系；减少了搬家倒面次数，节省了综采面设备搬迁、安装的工作量及费用；较分层开采减少了铺网工序、材料、工资及巷道维护等费用；对急倾斜厚煤层，较普通开采的工作面产量提高 1~3 倍；提高了煤炭的块煤率，增加了煤炭的售价；减少了设备的运行费，特别是采煤机，相对减少了吨煤设备折旧费或租赁费；有利于矿井的集中控制，实现减面、减人，提高工效的目标；提高劳动生产率，降低成本，比一般回采工效提高 2~5 倍。但放顶煤开采也存在一些急待解决的问题，主要有煤尘大、回采率低，自然发火问题尚未得到很好解决，对高瓦斯矿井，有瓦斯局部积聚的危险。

1.3 大采高一次采全高开采

近年来随着国内外煤机制造业技术进步，特别是国内煤机设计与制造等技术的迅速发展，煤炭企业经济形势逐渐好转等，大采高开采方法逐渐得到推广应用。我国从20世纪80年代开始，在引进国外设备的基础上研制了适应我国煤矿地质条件的一系列设备，并进行了工业性实验和实际生产，取得了一定的经验。到目前为止，大采高一次采全厚采煤法已在我国多个矿区得到应用，取得了可喜的成绩。随着开采及相关技术的进步，大采高开采方法会得到进一步的推广应用。

大采高综采工作面的特点是支架高度大、采煤机功率大、强力刮板输送机和相应的大型巷道及辅助设备，其一次性投资较大，对井型及井下巷道、硐室的尺寸要求较大，具有产量大、效率高、适用于集中生产、井下布置简单等特点。

2厚煤层分层开采实例

2.1工作面地质概况

某工作面煤层倾向36~43°，倾角10°～18°/14°，煤厚4.6～5.9/5.25m，煤层赋存稳定。老顶为粉细砂岩，0.77～5.07/2.89m；直接顶为泥岩，1.45～9.75/5.6m；直接底为泥岩，0.59～6.4/1.92 m；老底为细粉砂岩，5.22～15.6/9.44m；工作面走向长890m，面长126m。

工作面总体形态为一单斜构造，面内构造比较发育。工作面内揭露断层9条，贯穿6个异常区。

2.2 开采方案比较

工作面煤层倾角变化较大在∠10～18°平均14°,煤层厚度为4.6-5.9/5.25m，根据上述参数对采煤方法进行比较。

2.2.1采煤方法比较

（1）综采与炮采

① 综采：生产效率高、安全性高、劳动强度低、经济效益好

说明：工作面煤层倾角小，断层少，所采3煤层赋存比较稳定，采用综采工艺，能够实现安全高产高效。

② 炮采：生产效率低、安全性差、劳动强度高、经济效益差

⑵ 综采分层开采

优点：

①　支护强度高，安全系数大；

②　煤炭回收率高；

③　工序简单，用工少，劳动强度低；

④　有利于提高单产水平，工效高。

⑤　利用伸缩梁及时护顶，杜绝因掉顶而引起的抽冒现象。

缺点：

①　上分层直接底板为松软煤底，不易控制。

②　需要铺设人工假顶，材料消耗量大。

③　下分层顶板为再生顶板，稳定期长，回采期间易掉顶形成网兜，需加强顶板管理。

通过比较得知，综采工艺具有安全系数大、工序简单易操作，劳动强度低，用工少，单产高等优点，其优势远大于炮采。但综采一次采全高无法适应11113工作面地质条件，在技术上有诸多难点，以目前所掌握的经验还无法确保回采成功，故工作面最终选用综采分层下行式开采，其中上分层采高设计为3m。

2.3 采煤方法

采用后退式倾斜分层走向长壁综合机械化采煤方法，采用下行垮落法控制顶板。

3 结束语

目前我国厚煤层开采中上述3种方法均有所应用，其中在20世纪80年代中期以前，我国的厚煤层开采是以分层开采为主，其主要的开采技术、开采装备、开采理论都主要是针对分层开采而言的，这也使我国长壁分层开采的综合技术在世界处于先进水平。20世纪80年代中期，我国开始了放顶煤开采方法的研究和应用。由于放顶煤开采技术自身的优点以及煤矿企业当时经济条件的制约，降低成本、提高产量和开采效益成为当时煤炭企业主要战略思路，因此放顶煤开采技术在20世纪80年代后期至21世纪初得到了迅速发展。在其发展过程中，相应的理论与技术问题也得到了有效解决，使我国的综合机械化放顶煤开采技术在世界处于领先水平。大采高开采方法真正得到广泛认可和利用是近十年的事情。早期由于支架、采煤机等技术与制造业的制约，加之大采高工作面投资大，使得这一方法的推广遇到一定困难。

参考文献：

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