厚煤层采煤技术的发展与采煤方法

厚煤层采煤技术的发展与采煤方法

赵温传 ,孙晓旭

焦作煤业（集团）新乡能源有限公司  新乡市辉县市  453600

摘要：在本文主要分析了厚煤层采煤技术的发展历程，重点介绍了厚煤层采煤技术的三种主要类型方法以及其相应的选择原则，即分层开采技术、综合机械化放顶煤开采技术、大采高采煤技术。通过对我国厚煤层开采技术现状和发展历史的分析，能够更加合理地采用恰当的开采煤炭方法，降低对环境的不良影响，进而使煤炭产量增加的同时达到绿色开采的目的。

关键词：厚煤层；采煤技术；采煤方法

随着社会市场经济的不断发展，需要的煤炭资源也日益增多，其中，厚煤层的储备量和煤炭的开采量在煤炭产量中的地位也越来越重要，而且对解决煤炭需求问题来说，发挥着非常重要的作用，因此，对煤矿企业来说，正确选择煤炭的开采技术是当前面临的重大考验。

1 厚煤层的定义

按照《煤矿安全规程》中的解释，所谓厚煤层，即是指井工开采3.5m以上，露天开采10m以上的煤层。我国厚煤层产量占原煤总产量的 45% 左右，是一个厚煤层储量大国，也是厚煤层的开采大国。而且我国的产煤省、产煤区、以及各个煤炭企业都有着丰厚的厚煤层资源，厚煤层采煤技术已经成为我国完成高效开采煤炭资源的主要技术。
    厚煤层是我国实现高产高效开采的主要煤层，具有资源储量优势，由于其煤层厚度较大，可有多种采煤方法进行选择。随着近年来神东矿区、西部新疆等地大型煤田的开发，也有文献将厚煤层进行了进一步的划分，如特厚煤层、巨厚煤层等，但其划分标准相对未统一。

2 我国厚煤层采煤技术的发展

在上世纪的八十年代之前，我国的煤炭开采主要是运用分层开采，同样的相关设备研发也主要是针对分层开采进行的。在上世纪八十年代中期，我国开始了放顶煤开采技术的研发。从此以后，由于放顶煤开采技术的一系列优点以及当时的实际情况，在很长的一段时间内放顶煤开采技术得到了很广泛的应用，同时也促使我国的综合机械化放顶煤开采技术在世界 上处于领先地位。大采高开采技术的应用，是近10年来在采煤行业 中较为常见的一项技术，但我国早期关于该技术的研究较为落后，应用也并不频繁，且由于我国煤炭经济形势不乐观，对采煤行业也产生一定的负面影响，使得我国在大采高开采技术方面并没有获得良好发展。近年来，基于我国经济形势与采煤行业发展形势有所改善，且有关机械设备的研发速度也明显加快，大采高采煤技术的应用更为频繁。

3 国内厚煤层开采的主要采煤技术

3.1 分层开采

通过合理规划对应的煤矿分层开采方案，可有效提高不同作业条件下的煤矿开采效率。在应用此类技术时，需了解煤层特性，并结合煤层的独特物理性质制定对应的分层开采方案。其中，分层应控制在2.4 m左右，并合理控制上下层的开采速度。当顶部煤层作业完毕后，方可利用相关专业设备的进行下面一层的煤矿开采。此时，借助再生顶板的支撑作用，可为后续底部煤层的开采提供坚实可靠的安全保证。其次，在假顶铺设阶段，也可选择一定强度的金属网进行支撑。

在落实上述操作后，假顶的整体支撑作用可保证后续分层开采工作的有序开展，进而提高整个煤矿煤层的开采效率。通过引入此类生产技术，可显著降低煤炭企业在厚煤层开采过程中的整体投入，通过下行分层技术方案的合理实用，可最大程度提升分层开采的整体工作效率。

3.2 放顶煤开采

在开展放顶煤作业时，需首先在厚煤层底部横向开辟一个2至3 m的作业面，以此简化后续煤层的开采工作流程。借助矿山内部煤层的应力作用，可通过预爆破方案，松动顶层煤层，随后由放煤口排出，并进入传送带直接导入煤层外部。在开展此类作业项目中，根据早期工程预案可将采煤方案划分为综采放顶煤和简易放顶煤两种。

随着放顶煤开采方案逐渐成熟，开采人员应结合采煤工作面的作业环境，采用两柱支撑掩护式大采高放顶煤支架。此类方案的主要优势在于可直接提升作业面的整体结构稳定性，从而确保其支撑结构工作正常，从而优化整套技术系统的使用周期，提高整体经济性。目前仅综采放顶煤工作面就有200多个，在部分矿井中，由于存在着复杂的地质条件，例如““大倾角”、“较薄厚煤层”等，放顶煤技术成为了实现我国厚煤层高产高效的主要方法之一。

3.3 大采高开采

大采高采煤技术的机械化程度较高，但是对于巷道的要求较低，简单的巷道设计就可以满足该工艺的采煤需求，通过机械化的操作流程，相比于其他工艺，该技术具备更强的生产能力，同时由于机械设备的应用，大采高技术所需要的生产环境条件较低，生产环节的工序简单、回采功效较高，在一定程度上可以降低生产的成本。但是，由于该技术在应用过程中，工作面的高度远超其他工艺，会对煤矿的覆盖岩层造成严重的破坏，导致支架周围的岩石系统的稳定性较差，可能会造成坍塌事故，因此通常需要在开采时建立完善的支护系统，提升支护强度。为了提升支护强度，可以采用静载方式，优化支架与围岩之间的受力形式，随着采矿技术的进一步发展，采矿高度呈现出增长的趋势，因此大采高技术拥有较强的应用优势，通过对该技术的创新与优化，大采高技术正向着更加复杂的矿层进行发展，因此，开采人员需要充分利用技术优势，提升采煤工作的效率。

4 厚煤层开采需要解决的主要问题

厚煤层开采会带来较高的经济效益，可以采取的开采方式较多，为了开采工作的效率，避免资源类的浪费，需要根据具体的煤层条件以及采煤方法的适用条件选择合适的开采方法，开采工作需要做到提高煤炭资源的回收率，使得开采效益最大化，还需要做到与环境协调发展。但是结合现阶段的开采情况来看，虽然各种开采技术都比较成熟，但是在应用技术之后，却发现开采工艺并不适合实际的开采条件，因此，需要结合实际情况选择开采技术并制定开采方案，重点解决以下问题：首先，提高煤炭资源的利用效率，对煤炭进行回收，对于厚煤层而言，煤炭资源的储存总量及厚度都为高效开采奠定了基础，但是也是由于厚度较大，在应用采煤技术时，无法正好匹配开采煤层的全厚，不可避免地造成了较大的煤炭资源浪费，利用分层技术进行采煤时，需要对煤层进行划分，层间的煤皮留设都会导致煤层厚度上有所损失，使用大采高技术时，开采的高度与煤层的厚度也会有一定的偏差，容易造成煤层厚度损失。其次，在应用放顶煤采煤方法时，放煤工艺也会导致煤炭资源损失，主要体现在初采和末采阶段不放煤以及正常开采时的放煤损失，针对这种情况，可以将采煤工艺的参数适当减少，选择合理的放煤工艺。

5 厚煤层采煤方法的适用条件与合理选择

5.1 厚煤层采煤方法的适用条件

5.1.1 分层开采的适用条件

在使用分层开采技术对厚煤层进行开采时，勘探人员需要精准测定周边区域的地质环境因素以及煤层的当前状况数据，必要时需调取相关数据进行对应分析与研究，从而确定煤层中存在的各类潜藏的安全问题，以此降低分层采煤技术在实际的应用中出现问题的概率。同时，施工人员根据分层开采的主要技术特点，将自动化集成技术应用其中，以此提高分层开采作业效率。根据目前国内使用的常规厚煤层采煤技术看，在今后厚煤层开采技术发展方面，分层开采技术将逐渐走向自动化，并借助物联网技术实现对不同煤层开采的同步控制，以此提高分层开采技术的整体效率[1]。

现阶段，国内在厚煤层开采技术发展仍处于较低水平，在应用分层开采技术时，需参考对应条件：难以进行大采高以及综放开采煤区，则需采用分层方案进行;少数煤层较小，瓦斯量含量高的煤层也需应用分层方案方案;在面对部分超厚、硬度较高的煤层时，考虑使用大采高分层；适中条件即可采用大采高放顶煤分层开采。

5.1.2 放顶煤采煤方法的适用条件

是否选用放顶煤开采技术，应重点考量煤层整体的厚度，如果煤层厚度处于5~10m为最佳，但如果超过12~14m，则应考虑采用其他技术方法，即便是采用综采放顶煤开采技术，煤层的最高值也不得超过21m。不仅如此，还需要考虑厚煤层的坚固性系数，通常情况下，厚煤层坚固性系数在煤层本身没有接受煤弱化技术处理的状态下，应该不高于2.5，若高于2.5，则必须针对顶煤予以弱化。而经过开采的煤层，其赋存深度不应少于100m，如果每层节理裂缝无法满足有关要求，则深度还需要达到更高值。若煤层内包含有硬夹矸，厚度则不应超过40cm，且顶板也必须维持一定的厚度，针对部分自然发火期相对较短的煤层而言，会产生大量瓦斯，所以煤层出现煤尘爆炸的概率也会随之增加，在开采过程中存在一定的危险，所以施工单位应准备一定的安全措施，需优先将煤层表面的煤粉进行清理后方可开展后续作业方可采用放顶煤采煤方式[2]。

5.1.3 大采高一次采全厚采煤方法的适用条件

在应用大采高采煤技术时，需保证煤层厚度在4~7 m之间，且煤层的厚度变异系数较低，同时确保规划采高与作业面的最大厚度相同。另外应需要求回采率满足相关标准，煤层倾角应低于11°，若煤层存在倾角过大问题，可能导致整个作业面出现失衡问题，各类机械及作业人员难以正常开展采煤作业，这样就会造成推移的困难。若煤层的地质构造较为简单，煤层顶板结构性能良好，即断定整个煤层顶板强度较高，进而在实际开采过程中出现冒顶事故的概率较低。若煤层具备较好的稳定性，即可针对煤井的煤壁片开展对应作业方案。通常情况下，在大型煤矿中，执行采煤作业的大型煤矿设备应与传送机构应满足大采高作业需求。

5.2 厚煤层开采方法的选择原则

在厚煤层的具体开采方案规划选择过程中，应要求相关人员具备丰富的煤层开采经验，同时确保各类配套技术完善。但就实际情况而言，在实际的生产过程中，人工假顶在安装过程中的整体操作难度较高，各项工序流程较为复杂，涉及多项工序的同步进行，因此整个施工流程存在一定的安全隐患。与传统的分层开采技术相比，大采高采煤技术在单位面积产量以及效费比方面大幅领先分层开采，且在进行回采巷道的掘进率也低于传统开采技术。若移除人工假顶环节，则可大幅提升整体作业班组的采煤效率，同时显著降低班组的能源损耗。但是，在应用大采高的采煤技术时，对设备条件以及工作环境的早期建设标准要求较高，在针对厚煤层的分层和放顶等两项开采技术进行综合对比时可知，在应用分层开采技术时，可保证整体作业效率以及出煤量始终处于高位。但若将整个开采量限定至某一高位时，可能导致内部生产设备的整体压力较高，进而出现局部设备过热问题，进而影响后续设备的组装与拆卸工作，同时对后续设备的相应维护与修理也造成一定程度的影响，长此以往将导致整套设备出现严重的运行问题，进而在影响整个设备使用寿命的同时，降低整套设备的开采效率。所以在进行厚煤层的采煤方法选择的时候，必须优先勘测煤层周边的地质条件，若目标区域内瓦斯含量较低，则可通过瓦斯的直接抽放即可进行后续的生产作业工作。

结语

在我国大采高放顶煤开采技术逐渐进入成熟期后，煤炭企业针对厚煤层开采的整体生产力逐渐提高，为国内煤矿企业的高产出与低投入研究工作提供了重要的参考模板。因此，结合实际调整开采技术，不断引入高性能的生产设备，即可针对不同煤层环境实现高效率的煤矿开采，有效地解决煤矿生产过程中存在的各种问题，实现煤矿企业更多的发展目标。

参考文献：

[1]原长锁，贠瑞光.8.8m特厚煤层采煤机改造设计与受力分析[J].煤炭工程，2020,52(06):6-9.

[2]刘伟东.我国厚煤层采煤技术的发展及采煤方法的选择[J].石化技术2020,27(03):147-148.