煤矿井下厚煤层开采的工艺选择

煤矿井下厚煤层开采的工艺选择

童广忠

新疆新星市金茂矿业， 新疆 新星 839000

摘要：我国厚煤层煤资源十分丰富。厚煤层的开发，不仅能为社会短期内提供巨大的煤炭资源，而且能给煤矿企业带来很大的经济效益。厚煤层在不同回采技术条件下，其回采效果有一定差别。因此，必须针对具体情况，选择适当的开采方法。我国地下开采技术在过去几年里一直是以综合开采技术为主导，并因具体条件的差异而产生了多种开采技术，如“大采高”“放顶煤”等。开采方法各有其自身的特征和适用范围。通过对煤矿井下厚煤层中常用的几种采煤技术进行分析，并对其选型原则进行了讨论。

关键词：煤矿井下；厚煤层开采；工艺选择

1.常见的厚煤层开采工艺特点

1.1.一次采全高工艺

一次采全高工艺是普通综采工艺的改进，将液压支架升高至高度与煤层厚度相一致，从而可以对煤层进行一次全厚开采。煤层厚度不同，所需的液压支架高度也不同，这导致使用的液压支架都是根据煤矿实际情况进行定制的。

该工艺具有如下特点：一是开采的效率较高。由于采高较大，可以使得工作面产量较大。二是需要更大断面的回采巷道。通常情况下，一次采全高的液压支架的体积比较大，为了便于运输，需要增大巷道断面的尺寸。该工艺只在一些地质条件较好的地区得到应用，例如神东矿区，目前最大一次开采高度达8.8m。更为重要的是，采煤工艺的成套设备初期投资大，这限制了该工艺的应用。

1.2.普通综采工艺

普通综采工艺是标准化综采工艺，也是目前应用最广泛的采煤工艺。该工艺由于在中国应用的时间较长，所使用的设备和技术都较为成熟。该工艺具有如下特点：一是最大采高为3.5m，即使用的液压支架升起的最大高度为3.5m，主要适用于煤层厚度3.5m下的厚煤层开采。由于采高的限制，煤层厚度略大于最大高度时煤炭的回采率降低。二是工作面回采相对简单，经过多年探索，适用于一些复杂情况下的厚煤层开采，例如煤层倾角较大的倾斜煤层。

1.3.充填开采工艺

充填开采工艺是在回采过程中加入充填工艺，主要目的是防止采空区顶板下沉而引起地表沉陷。该工艺的特点如下：第一，需要较大量的充填材料，且便于运输到工作面。由于煤炭开采量较大，回采过程中充填材料的使用量也会很大。当充填材料的成本升高时，煤矿开采成本也会急剧升高，不利于工作面开采的经济性。目前，采用矸石和高水材料回填采空区。第二，能较好地控制地表下沉。在煤层开采后，采空区上覆岩层会发生运动，当这些运动波及到地表时，会引起地表的不均匀沉降，对地表上的一些建筑物和水体影响十分大。使用该工艺时，需要做好成本和效率控制。这就要求在进行充填开采时，不能增加过多的成本。充填材料的成形需要一段时间，这就要求工作面的循环作业时间要大于材料的成形时间，否则充填起不到控制顶板下沉的效果，这势必会对回采效率产生一定的影响。

1.4.放顶煤开采工艺

放顶煤开采工艺是利用综采工作面前方的支承压力使液压支架上方的顶煤破碎，并将煤从液压支架后方地放煤口放出。该工艺与普通综采工艺的区别在于使用了放顶煤液压支架。通过控制合适的采放比，可以一次性实现对厚及特厚煤层的全厚开采。该工艺的特点如下：一是开采效率高，可以使工作面的产量大幅度提高；二是投资较低，操作方便。目前，该工艺在许多矿区得到了应用，创造了显著的经济效益。然而，当采放比不合适时，煤炭资源回收率较低；当顶煤夹矸厚度较大时，顶煤放出率也会很低；当放煤时间不当时，也会存在回收率较低的问题。此外，放顶煤开采时，粉尘浓度较大，在粉尘具有爆炸性时非常危险。而且，采空区遗煤量会比普通采煤技术的要大，发火和瓦斯超限问题严重。

1.5.分层开采工艺

煤层厚度接近或大于2倍普通综采工艺的采高时，采用分层开采。该工艺的原理十分简单，就是将厚煤层人为分成2层或多层，从上到下依次开采。该工艺具有如下特点：

（1）适用于厚度几十米的煤层开采。

（2）开采系统的布置比较复杂，依赖于现场煤层开采经验。

（3）有时开采效率并不高，在分层开采时需要在底板铺网，再造下层煤开采时的顶板。再生的顶板通常需要几年的时间才能形成，导致上、下分层开采的间隔时间很长。在分层开采时，为了简化巷道布置，通常将回采巷道布置在煤层的底板上，进而使巷道服务于多层煤开采。但是，在煤层开采过程中，位于顶底板的回采巷道将受到重复采动的影响，巷道维护变得十分困难。

此外，在上煤层开采时，底板位于煤层上，煤层比较软时，很容易出现液压支架嵌底现象，这会导致液压支架很难发挥支撑顶板的作用，有时还会导致液压支架不稳。煤层的压力被释放，下分层的瓦斯会急剧涌出，这会导致工作面的瓦斯含量急剧增加。由于底板是煤层，采空区内很容易出现浮煤氧化自燃的问题。在开采下层煤时，需要在人造顶板下回采。如果铺设的金属网出现破损，则会出现大面积冒顶现象，影响工作面的正常回采。

2.厚煤层开采工艺选择的原则

以上分析了几种常见的厚煤层开采工艺。在实际设计过程中，需要根据煤矿具体情况选择合适的采煤工艺。在选择采煤工艺时，需要遵循安全性原则、回收率高原则和效率高原则。下面，将进行具体分析。

2.1.回收率高原则

资源回收率是煤矿生产过程中的一个重要指标。随着浅部煤炭资源的枯竭，中国煤矿开采向深部延伸。深部开采存在较大的风险，资源回收率问题需要得到足够的重视。需要注意的是，采煤工艺不同，资源回收率也会存在一定不同。资源回收率在很大程度上受到煤层采高的制约。在实际生产过程中，很难保证采高始终大于煤层厚度，这就导致煤炭资源的回收率存在一定的限制。为此，在回采过程中，要综合对比各项采煤工艺在特定条件下的资源回收率。

2.2.效率高原则

而且，还要考虑到开采的效率。效率不但与煤炭产出有关，还与开采成本有关。当矿井的开采效率提高时，其开采费用也就降低了。应指出，在开采过程中，开采效果之间往往存在着某种矛盾。如对厚度较大的煤层进行分层开采，虽然采出率比较稳定，但采出率较低；若采用放顶煤法，虽然采出率很高，但资源回收率很低。所以，在选择采煤方法时，要根据不同的原则来确定最适合的方法。

2.3.安全性原则

在选择采煤工艺时，应首先考虑采矿方法在一定条件下是否安全。当一种开采工艺在生产中有很大的危险性时，就不应在采矿设计中选用。比如，如果煤尘具有爆炸性，而煤层中的气体又是高，那么，就不能将“放顶煤”作为第一选择。同时，也要考虑到开采时的潜在安全问题。如采空区覆岩移动所产生的导水裂隙带，落在含水地层或水体中，必须进行充填采矿。在地面有重大建筑的情况下，应将由开采引起的地面沉陷对建筑造成的不利影响加以考虑。

3.结束语

综上所述，厚煤层开采技术一直是我国煤炭行业的一个重要课题。在煤炭开采中，如何针对具体的地质情况，合理地选取合理的开采方法，是煤炭企业必须思考的问题。对厚煤层中常用的几种采煤方法进行了分析，并对采煤方法的选用原则进行了讨论，以期对厚煤层中的采煤方法有一定的借鉴作用。

参考文献

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