我国厚煤层开采方法的选择原则与发展现状.pdf

第3 7卷第1 期 2 0 0 9年 1 月 煤 炭 科 学 技 术 C o a l S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Vo 1 ． 3 7 No ．1 J a n ． 2 0 0 9 我国厚煤层开采方法的选择原则与发展现状 孟宪锐 ，王鸿鹏 。 ，刘朝晖 ，张 英 1 ．中国矿业大学 北京 ，北 京1 0 0 0 8 3 ；2 ．孝义市煤矿安全监察局，山西 孝义0 3 2 3 0 0 摘 要针对 目前厚煤层开采方法的发展和应用现状 ，分析 了大采高和放顶煤开采 2种方法在技术 和经济上的优越性及适用条件，对大采高存在的工作面煤壁片帮与设备下滑问题 ，以及放顶煤存在 采出率低 、瓦斯与煤 自燃防治、坚硬顶煤的弱化等 问题，提出了在开采技术上应该采取的有效措 施。探讨了将来厚煤层开采技术的研究重点与采煤方法选择原则。重点从开采技术与工艺以及安全 生产现状方面对厚煤层开采的三种方法进行 了分析，指出了目前我国厚煤层开采现状及国家的技术 政策，确定 了厚煤层开采技术研究的重点和发展方 向。 关键词 厚煤层开采；大采高；放顶煤；开采方法 中图分类号T D 8 2 3 ． 2 5 3 文献标志码A 文章编号0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 0 9 0 1 0 0 3 9 0 6 S e l e c t i o n Pr i nc i p l e a n d De v e l o pme n t S t a t u s o f Th i c k S e a m M i n i n g M e t ho d s i n Ch i n a MENG Xi a n r u i ，W ANG Ho n g p e n g ’ ， LI U Ch a o h u i ，ZHANG Yi n g 1 ．C h i n a U n i v e r s i t y o fMi n i n g a n d T e c h n o l o p g B o ij i n g ，B e ij i n g 1 0 0 0 8 3， C h i n a 2 ．X i a o y i C i t y C o a l Mi n e S a f e t y S u p e r v i s io n B u r e a u， X i a o y i 0 3 2 3 0 0， C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e d e v e l o p me n t a n d a p p l i c a t i o n s t a t u s o f t h e t h i c k s e a m mi n i n g me t h o d s i n C h i n a ，t h e p a p e r a n a l y z e d t h e t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c a d v a n t a g e s a n d a p p l i c a t i o n c o n d i t i o n s o f t h e h i g h c u t t i n g a n d t o p c o a l c a v i n g mi n i n g me t h o d s ．Ba s e o n t h e c o a l w a l l s p a l l i n g a n d e q u i p me n t s l i d i n g o c c u r r e d i n t h e h i g h c u t t i n g f a c e a n d t h e l o w c o a l r e c o v e r y r a t e ，g a s a n d s p o n t a n e o u s c o mb u s t i o n c o n t r o l ， h a r d r o o f w e a k e n i n g a n d o t h e r d i ffic u l t i e s o f t h e t o p c o a l c a v i n g mi n i n g f a c e ，t h e e f f e c t i v e me a s u r e s s h a l l b e t a k e n f r o m t h e p o i n t o f t h e mi n i n g t e c h n o l o g y ．T h e p a p e r d i s c u s s e d t h e r e s e a r c h k e y p o i n t s a n d t h e c o a l mi n i n g me t h o d s e l e c t i o n p r i n c i p l e f o r t h e f u t u r e t h i c k s e a m mi n i n g t e c h n o l o g y ．T h e p a p e r a n a l y z e d t h e t h r e e t h i c k s e a m mi n i n g me t h o d s f r o m t h e mi n i n g t e c h n o l o gy t O t e c h n i q u e a n d t h e s a f e t y p r o d u c t i o n s t a t u s ．The p a p e r po i n t e d o ut t he t hi c k s e a m mi n i n g s t a t u s a nd t h e s t a t e t e c hn i c a l po l i c y i n Chi na a n d de t e r mi ne d t h e r e s e a r c h ke y p o i n t s a nd de v e l o pme n t t e n d e n c y o f t he f u t u r e t hi c k s e a m mi ni n g t e c h n o l o g y ． Ke y wo r d s t h i c k s e a m mi n i n g；h i g h c u t t i n g；t o p c o a l c a v i n g ；mi n i n g me t h o d 我国的厚煤层 厚度 ≥3 ． 5 m储量丰富，约 占全部煤层储量 的 4 4 ％ ，厚煤层 的产量也 占总产 量的4 0 ％以上。厚煤层资源在我国广泛分 布，而 且厚煤层是我国实现高产高效开采的主采煤层 ，具 有资源储量优势 。 在 2 0世纪 8 0年代中期以前 ，我国的厚煤层开 采是以分层开采为 主，当时厚煤层 主要 的开采技 术 、开采装备 、开采理论都是针对分层 开采而言 的，这使得我国长壁分层开采的综合技术在世界处 于先进水平 。2 O世纪 8 0年代中期以后 ，1 9 8 4年先 在沈阳蒲河煤矿开始综采放顶煤工业试验。 自此以 后 ，由于放顶煤开采技术 自身的优点 以及煤矿当时 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 2 0世纪 8 0年代后期至 2 l 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 问题也得到了有效发展，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。近 1 0年以来大 采高开采方法也得 到了快速 的发展，早期 由于支 架 、采煤机等技术与制造业的制约，以及大采高工 作面投资大，使得该方法 的推广遇到一定 的困难 。 随着相关技术的解决以及相关设备的国产化进程加 快 、煤矿企业经济效益好转 ，大采高一次采全高方 法得到了广泛的应用。 目前 ，在我国厚煤层开采形 3 9 2 0 0 9 年 第1 期 煤 炭 科 学 技 术 第3 7 卷 成了分层 、放顶煤 、大采高 3种开采方法 的各具特 色的局面。分层开采在我国应用时间最长 ，技术已 经比较成熟。随着煤炭开采技术的不断发展 ，近年 来放顶煤开采和大采高开采技术得到了快速发展和 广泛应用。因此 ，下面主要针对大采高和放顶煤 2 种方法加以论述。 1 一次采全高开采技术的特点与现状 大采高的定义是利用机械破煤一次采全高采煤 法，一次开采全高达 3 ． 57 ． 0 n l 的长壁采煤法。 受工作面装备稳定性限制 ，用于倾角较小 的煤层 ， 受采高的限制 ，一般采用综采工艺。根据 MT 5 5 0 1 9 9 6 大采高支架技术条件规定 ，最大采高大 于或等于 3 8 0 0 mm，用于一次采全高工作 面的液 压支架称为大采高液压支架，对应的回采工作面称 为大采高工作面。 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 ，但具有产量大 、效率高 、适 用于集 中生产 、井下布置简单等特点。大采高综采 工作面一般装备成 套设 备，其特征是大功率采 煤 机 ，强力双中链刮板输送机和双伸缩立柱掩护式液 压 支架 配套 。 到 目前为止 ，大采高一次采全高采煤法 已在我 国多个矿 区得到应用 ，并取得 了高产 高效 的效果 ， 如在神府矿区、晋城矿区、邢台矿区、大同矿区等 数十个大采高工作面，平均工作面单产超过 5 0 0万 t ／ a 。我国神东矿 区集 国 内外最先 进 的采 掘技术 ， 建成 了系统简单 、装备精 良、人员精干、安全高效 为基本特征主采厚煤层 的现代化亿 吨矿 区。2 0 0 7 年矿区原煤产量达到 1 ． 1 9 2 6亿 t ，全员工效达到 1 0 0 t 以上 ，百万 吨死亡 率 0 ． 0 0 8 4 。 2 0 0 2年晋城煤业集团开始研 究适 合晋 城矿区 的大采高技术 ，2 0 0 3年开始 与郑 州煤机厂合作 研 制了国产的 Z Y 8 6 0 0 ／ 2 5 ． 5 ／ 5 5型两柱掩护式大采高 液压支架 ，最高月产达 6 7万 t l 3 J ，随后又开始研制 和使用了 Z Y 9 4 0 0 ／ 2 8 ／ 6 2型两柱掩护式大采高液压 支架 ，工作面年产达到 8 0 0万 t 水平，最高 日产达 2 ． 7万 t 。神东分公 司上湾煤矿采用国产 Z Y1 0 8 0 0 ／ 2 8 ／ 6 3 D型大采高支架 ，于 2 0 0 7年 4月在井下进行 工业试验 ，最 高月产达到 1 0 9 ． 5万 t 。大唐塔 山矿 40 井 8 1 0 2工作面采用大采高工艺 ，工作面最 高月生 产能力达到了 l l 0万 t 的水平。 2 0 0 7年 ，我国研制成功了最大支撑高度为 6 ． 3 IT I 的液压支架 ，用于神东矿区采高为 6 i n厚的煤层 开采 。目前正在研制最大支撑高度为 7 ． 0 I T I 、支护 阻力达 1 0 0 0 0 k N以上的大采高支架 ，这标志着我 国在大采高开采技术和设备研制方面已处于国际领 先水平。 2放顶煤开采方法的特点 与现状 相对于分层综采，综采放顶煤开采方法是一种 能够实现高产高效的采煤技术。它的优势是能在不 同条件下实现不 同水平的高产 、高效生产。具体表 现为以下 6个方面 1 高产高效。由于综采放顶煤实现了采放平 行作业 ，使一面多点同时出煤成为现实 ，一个工作 面可相当多个工作面同时生产 ，较分层开采单产和 工效均可提高 8 0 ％ 一 1 0 0 ％以上。 2 巷 道 掘进 率 低 。一 般 要 比分 层 开 采 低 1 0 0 ％ ～ 2 0 0 ％ ，大幅度减少了巷道掘进费用和维护 费用 ，改善采掘的接续状况 ，为生产集中化创造了 条件。 3 工作面搬家次数减少 ，一般 同等条件下搬 家次数较分层开采减少一半以上。 4 减少材料消耗与吨煤工资支出。与分层开 采相 比，可大 幅减少坑木、金属网 、截齿 、电能 、 工资等消耗 ，可使工作面吨煤 直接成本下降 5～l 0 元 以上 。 5 对地质条件 ，煤层赋存条件有很大的适应 性 。实践证 明，综采放顶煤可在缓倾斜煤层中适应 煤层厚度变化 4～ 2 0 I T I 。对落差不超过割煤高 度的断层 ，对破 碎顶板及 “ 三软 ”等复杂条件煤 层与分层开采相 比有更好的适应性。 6 可使急倾斜特厚煤层实现机械化开采 。急 倾斜厚煤层 的机械化开采一直是采矿业的难题 ，水 平分段放顶煤综采使急倾斜特厚煤层的开采实现了 机械化 ，而实现了工作面的安全高产高效生产 J 。 尽管放顶煤开采存在着一些问题 ，但是由于在 厚煤层开采方面放顶煤开采技术有着其他开采方法 无法相比的技术经济优势 ，因此这一技术在我国以 后的煤矿 开采 中会得到 了进 一步的推广应用 。目 前 ，仅综采放顶煤工作面在全国就有 2 0 0个以上。 孟宪锐等 我国厚煤层 开采方法 的选择原则与发展现状 2 0 0 9年第 1 期 近十几年 ，综放开采技术在 2种不同类型的情 况下都得到了发展 。一种类型是矿井大型和特大型 矿井，煤层厚度大，储量大 ，地质构造简单 ，瓦斯 不大 ，煤质中硬 ，使用综放开采的条件好 ，经过努 力 ，工作面单产 、效益大幅度增长 单产超过 2 0 0 万 t ／ ／ 月 。如兖州东滩矿年产 6 0 0万 t 以上 ，工作 面效率达 3 0 0 t ／ ， 工，另外平朔安家岭二号井放顶煤 工作面年产达到 8 0 0万 t ，大 同塔山矿放顶煤工作 面最高 日产达 5万 t 。另一种类 型则是大量 的，即 矿井井型较小 年产量小于 1 5 0万 t ／ a ，矿井各 环节设备能力较小 ，地质条件相对复杂 ，特别是一 些难采煤层 ，如 “ 三软 ” 、 “ 两硬” 、 “ 大倾 角” 、 “ 高瓦斯” 、“ 易燃” 、“ 边角煤” 、“ 小块段” 、“ 较 薄厚煤层” 等条件的综放开采技术有 了较大发展 ， 并在技术上形成了各 自的典型模式，因几年轻型放 顶煤支架的广泛应 用，扩大 了综放开采 的使用范 围。使这些条件复杂的难采煤层也成功的使用了综 合机械化放顶煤开采方法 ，并实现了工作面的安全 高效生产。 这一阶段的另一个特点表现在 放顶煤开采在 更加广阔的范围内得到了成功应用 ，放顶煤适用于 6 m以上缓倾斜厚煤层的界线已被实践所改写。在 边角煤和 4 ． 5 m左右的煤层中采用轻型支架放顶煤 也取得 了良好的效益。在解决放顶煤采 出率、瓦 斯 、煤 自燃 、粉尘 等问题 方面，也取得 了显 著成 效。不仅在针对 以上 4大 问题 的具体措施 上有进 展 ，而且在改善总体生产系统 ，标本兼治方面也作 了深入研究。 随着放顶煤开采技术渐趋完善 ，出现了与各矿 具体条件相适应 的放顶煤 高产 高效技术方 式例 如 ，郑州米 村矿 “ 三软 ”方式 ；石 炭井 乌 兰矿、 靖远王家山矿和开滦赵各庄矿的 “ 大倾角”方式 ； 徐州矿区和大屯矿 区 “ 较薄厚煤层” 方式；大 同 忻州窑矿 “ 两硬 ”方式；淮南谢桥矿 “ 高瓦斯较 溥厚煤层”方式 ；靖远魏 家地矿和哈密硫磺沟矿 的 “ 特厚煤层” 方式；兖州东滩矿和平朔安太堡 矿的高产高效方式等。这些综放开采的典型经验 ， 几乎涵盖 了我国厚煤层赋存现状 的绝大部分类型。 目前振动放顶煤技术在潞安王庄煤矿 5 2 0 9工作面 进行了工业试验 ，激振机构安装在掩护梁上 ，由于 振动机构的作用 ，使顶煤放 出率平均提高 3 ％。研 究结果表明，振动放顶煤技术可以较大幅度提高块 裂顶煤放 出率 ，降低混矸率 ，是放顶煤开采的一项 很有前景的新技术。 3 我国目前大采高开采的主要技术措施 大采高综采长壁工作面开采后 ，垮落带高度随 采高增大而增加。如垮落的直接顶岩层不能填满采 空区 ，而在坚硬岩层下方出现较大的自由空间。折 断后的基本顶岩层往往在靠直接顶附近难以形成砌 体梁式的平衡 ，在其 回转运动过程中通常对下位岩 层和工作面支架形成 冲击载荷及在工作面前方的煤 体中形成较高的支承压力 ，并在工作面引起强烈的 周期来压。因此 ，大采高工作面基本顶来压更为剧 烈，局部冒顶和煤壁片帮现象更为严重。煤壁片帮 深度随采高增大而增加。为此大采高工作面应该在 开采时采取如下技术措施 3 ． 1 控制初采高度 为了有利于在开切眼 中进行大采高液压支架 、 采煤机 、输送机等设备安装 ，开切眼的高度一般不 宜超过 3 ． 5 m。初采高度与开切眼高度一致。自开 切眼开始 ，工作面保持初采高度推进 ，待直接顶初 次垮落后 ，将采高逐渐加大至正常采高。若工作面 上下 回采巷道高度小于工作面初采高度 ，可在直接 顶初次垮落前 ，沿平行于工作面方向，先将工作面 两端 5～ 6架支架范围内的采高由回采巷道高度逐 渐增大至初采高度 ，然后待直接顶初次垮落后 ，再 沿工作面全长将采高逐渐加大到正常采高。 3 ． 2加强煤壁片帮的防治 工作面容易出现煤壁大面积片帮，片帮后端面 距加大 ，顶板失去煤壁支撑 ，常造成冒顶事故。大 面积、大深度片帮是大采高工作面周期来压显现的 特征 。防止煤壁片帮及架前漏顶是大采高工作 面开采与矿压控制的关键技术 ，其主要措施有 1 采煤机割煤后及时带压移架 ，及时打开护 帮板 ，必要时将第一段护帮板用千斤顶使其向上翻 转，超前临时支护暴露的顶板 ，以减少端面距 ，并 以第二段护帮板支撑煤壁 ，在采煤机通过前收起。 2 优化作业方式 ，加快工作面推进速度。 3 用木锚杆 、或快硬膨胀水泥尼龙绳锚杆或 树脂及玻璃钢等可切割锚杆加固煤壁。 4 用聚氨酯或其他化学树 脂注浆 固结煤壁 ， 增加煤壁的整体强度。 5 在开拓开采部置允许 的条件下 ，尽量采用 41 2 0 0 9 年第1 期 煤 炭 科 学 技 术 第3 7 卷 俯采方式进行开采。 6 适 当提高液压支架 的初撑力 和工作 阻力， 以改善近煤壁处围岩的应力状态 ，减小端面顶板 的 下沉量及减轻煤壁片帮程度 。 3 ． 3 防止液 压支架 倾倒 和下 滑 大采高综采工作面的装备重量大 ，工作面倾角 大于 8 。 后 ，输送机及液压支架的下滑及支架倾 倒 问题将会出现 ，随着倾角的加大，这一问题将更加 突出。要满足大采高综采支架对煤层倾角的要求 ， 除 了增加支架的稳定性 外 ，应该选择宽度为 1 ． 7 5 m以上的支架。在开采 中除 了要采用普通综采支架 一 般的防倒 、防滑措施外 ，大采高综采支架还应采 取以下措施 1 严格控制采高 ，尽量做 到不 留顶煤 ，使支 架直接支撑于顶板。当顶板 出现 冒顶时，应及时在 支架顶部用木料接顶 、背严刹紧，以便有效地控制 顶板 。 2 对工作面排头 、排尾的 3架液压支架 ，用 顶梁千斤顶 、底座及后座千斤顶进行锚 固，防止倒 架。当工作面倾角较大时 ，中部支架也要增设防倒 千斤顶，当工作 面倾角 大于 1 0 。 时，可在每 1 O架 液压支架范围内增设一个斜拉防倒千斤顶。 3 工作 面端头应 采用大采 高专用 的端 头支 架 ，其应具有防倒 防滑装置 ，并能够实现 自移 、推 移输送机机头和转载机的功能 ，能与平巷的断面形 状和支护形式相适应。 4 我 国放顶煤开采存在的主要 问题 虽然放顶煤开采技术得到了迅速发展 ，并取得 了一些成果，但是 目前放顶煤开采仍存在着一些需 要认真研究解决的问题 ，主要包括安全技术及工艺 问题和开采理论问题 2个方面。 4 ． 1 放顶煤开采的安全技术及工艺问题 1 进一步提高放顶煤开采的采出率。放顶煤 开采的煤炭资源采出率能否达到国家有关规定 ，能 否达到甚至高于厚煤层分层开采和大采高一次采全 高开采 ，是关系放顶煤开采可持续发展 的重要 问 题 ，也是 自综放开采以来一直困扰综放发展的技术 问题。除了放煤工艺不可避免地造成丢煤损失外 ， 工作面初末采损失 ，端头过渡支架不放煤与区段煤 巷顶煤损失和护巷煤柱损失 ，均是长期没有很好解 决的问题 。因此，综放面采出率一般低于能够合理 42 分层和大采高的工作面。据统计 ，我国综放开采工 作面 的采 出率平均达到 8 1 ％ ～8 3 ％ ，区段之 间不 留护巷煤柱 ，采 区采出率可以达到 7 5 ％ 以。留区 段煤柱开采 ，采区采 出率将低于 7 5 ％ 。 2 放顶煤开采的瓦斯灾害防治。由于厚煤层 开采一次采出煤层全高 ，采动后 的岩层运动 、工作 面前方支承压力的分布 、顶煤运移和裂隙发育及其 对瓦斯析出的影响 、采空区瓦斯溢出、运移和聚集 情况与大采高和分层开采有很大不同。从多年的生 产实践来看，放顶煤开采工作面相对瓦斯涌出量明 显降低 ，瓦斯高的威胁有所缓和。但是 ，在工作面 后方的采空区上部 ，聚积部分高浓度瓦斯 ，随着顶 煤 的冒落 ，这部分瓦斯将涌人工作面，造成工作面 瓦斯超 限。因此 ，综放开采瓦斯 防治实践表明，建 立在分层开采基础上的厚煤层防治瓦斯的技术体系 必须随着放顶煤整层开采的出现而加 以调整或重新 建立 ，相关理论也有待修改。 3 放顶煤开采的煤 自然发火防治问题。厚煤 层开采 的煤 自然发火问题一直较严重。在综放开采 初期有一些工作面因发生煤 自燃 ，来不及撤出设备 就将工作面封闭造成巨大损失。近年来该现象逐年 减少。采取 的主要 防火措施有如 下几种方式 ① 向采空区及高 冒区灌注黄泥浆 ；② 向采空区注入 惰性气体 注氮 ；③ 用阻燃物质灌注高冒区；④ 加固巷道围岩 煤 、巷道支架壁后充填 ；⑤ 用阻 燃物质喷涂巷道表面或向巷道松动圈内灌注阻燃物 质 ；⑥ 沿空巷巷道一侧灌浆 阻燃 物质 封隔采 空区；⑦ 向工作面收作线 即终采线 上方顶煤 预注阻燃物质。 尽管防治火灾的措施很多，由于具体实施中存 在着重视不够 ，实施复杂 ，成本偏高等原因，仍有 一 些工作面发生 自燃而被迫封闭工作面。因此 ，在 防治措施选择决策科学化 ，与降低防治火灾成本方 面还需要进一步研究探索。 4 复杂开采条件下 ，如顶煤坚硬 的难 冒落煤 层 、厚度超过 1 2 l i t 的特厚煤层 、大倾角煤层、含 厚硬夹矸煤层的放顶煤开采技术和顶煤的弱化技术 及设备的防倒 防滑技术 。2 0 0 6年修订 的 煤矿安 全规程规定 “ 采用预裂爆破对坚硬顶板或者坚 硬顶煤进行弱化处理 时，应在工作 面未 采动区进 行 ，严禁在工作面内采用炸药爆破方法处理顶煤 、 顶板及卡在放煤 口的大块煤 矸 ”和 “ 采放比大 孟 宪锐等 我国厚煤层 开采方法的选择原则与发展现状 2 0 0 9年第 1 期 于 1 3的严禁采用放顶煤开采 。 ’ ’ ，因此对于坚硬 顶煤的弱化技术必须保证安全 ，迫切需要研究新的 有效措施。同时 ，为保证采出率和安全对于厚度超 过 1 2 m的特厚煤层 ，如何正确选择开采方法将 是 今后研究的问题。 目前 ，针对特厚煤层煤层放顶煤 开采时的采放比超限问题 ，已经提出了采用大采高 放顶煤采煤法和分层放顶煤采煤法相结合的方法来 解决的技术方案 。 5放 顶煤支架与配 套设备 的系列化研制 问 题。综放工作面 的排头 过渡 支架与端头支架 的研制是一个薄弱环节。端头缺少合适的支架与放 煤手段 ，影响煤炭采出率的提高 ，而丢煤又造成 了 相邻工作面的煤 自燃隐患。端头支护的手工作业 ， 不仅劳动强度大 ，安全条件差，而且严重制约工作 面的推进速度 ，影 响全套设备 高产高效潜力的发 挥。这一问题需要集中力量 ，尽快解决。此外 ，与 液压支架 配套 的工作 面输送机 ，特别是后部输送 机，也要根据综放面的特点不断从结构上进行优化 改进 ，以适应放顶煤开采的特殊需要。 6 放顶煤开采的粉尘防治问题。放顶煤开采 和其他采煤方法一样很难做到主要产尘尘源的下风 向无作业人员。因此 ，工人呼吸的空气中粉尘含量 远高于国家卫生标准。工作面增加 了放煤工序也增 加了产尘尘源数量 ，虽然放顶煤开采时煤的产尘率 降低了，但空气中总的含尘量往往比一般综采工作 面高 ，因此 ，对降尘的要求更加迫切。 应该指出尽管采取了很多防尘措施，但是我 国综放工作面防尘的实际效果与一般综采工作面和 炮采工作面一样 ，远达不到国家工业卫生标准的要 求 ，还有大量工作要做。防尘问题能否解决 ，将关 系到放顶煤开采技术的进一步发展。 7 沿底煤巷支护技术问题。放顶煤开采的回 采巷道均应沿煤层底板掘进 ，因此巷道上部均留有 不同厚度的顶煤作为巷道顶板 ，由于这部分煤顶松 软破碎，同时承受动压时间长 ，造成巷道掘进与维 护十分困难。寻求最佳的掘进支护方式，使放顶煤 开采回采巷道满足生产的要求 ，是 目前急需解决的 问题 ，尤其是那些 “ 三软”煤层 的沿底煤 巷支护 技术 问题 。 4 ． 2 放顶煤开采理论研究方面存在的不足 放顶煤开采在理论研究方面存在的不足和主要 问题有如下 4点 1 对放顶煤开采技术应用 的可行性和经济合 理性的评估标准与方法研究不够。目前还主要集中 在顶煤冒放性 的研究上 ，对其他影 响因素考 虑较 少 ，因此往往不能全面准确的反映放顶煤开采的可 行性和经济合理性。 2 放顶煤开采采场力学模型的正确建立。主 要应反映采场中基本顶一直接顶一顶煤一支架一直 接底之间的力学系统的作用规律和控制效果的力学 模型还不清楚。 3 在放顶煤开采 中的围岩应力分布 、上覆岩 层运移与变形规律 、顶煤破坏机理与破坏过程 、老 顶岩层平衡 、放煤时煤流的放出规律与控制等方面 的理论研究还远不能满足指导生产 的需要 。 4 放顶煤开采工作面及采空区内瓦斯运移及 分布规律还不能清楚地掌握 ，需要加强必要的理论 及实验研究。因为 ，放顶煤开采时紧随工作面后方 的空顶区上方存在一个高浓度的瓦斯积聚带 ，该瓦 斯积聚带直接影响到放顶煤开采工作面的安全和瓦 斯综合治理的措施与效果。 虽然我国近年来放顶煤开采技术取得了很大的 进步 ，同时也应该看到瓦斯、自燃等不安全因素仍 然制约影响这一技术 的发展，采出率的问题 目前仍 然没有得到很好的解决，约有 4 0 ％左右 的放顶煤 工作面单产和采出率还不是很高 ，大多数属于难采 煤层。还有一些急倾斜水平分段放顶煤工作面，产 量也不是很高，但这些放顶煤工作面的单产和工效 比原来采用其他采煤方法时均有所提高，这些工作 面的生产能力均有较大潜力可挖 。 5 厚煤层开采方法的选择原则与适用条件 与分层综采相比，大采高综采工作面产量和效 率大幅度提高 ；回采巷道的掘进量比分层减少了一 半 ，并减少了人工顶板的铺设 ；减少了综采设备搬 迁次数 ，节省 了搬迁 费用 ；设备投 资比分 层综 采 大 ，但产量大 、效益高。与综放开采相比，采出率 高。其缺点是在采高增加后 ，液压支架 、采煤机和 输送机的重量都将增大。在传统的矿井辅助运输条 件下，装备搬迁和安装都比较困难。另外 ，工艺过 程中防治煤壁片帮，设备防倒 、防滑和处理冒顶都 有一定难度，对管理水平要求也高。 5 ． 1 大采高开采适用条件 目前的开采技术条件下 ，大采高开采方法的一 43 2 0 0 9 年 第1 期 煤 炭 科 学 技 术 第3 7 卷 般适用条件是 1 工 作面地 质构造 简单 ，无 大的褶 曲和断 层 ，水文地质条件简单。 2 工作 面煤层 的煤 质较硬 普 氏系数大 于 1 ． 5 ，煤层厚度 3 ． 5～6 m，煤层赋存稳定 ，厚度 变异系数小。 3 煤层倾角一般小于 l 2 。 ，最大不超过 1 8 。 。 4 煤层顶板属于稳定或较稳定的类型 ，煤层 顶板能够随采随冒，冒落后能够充满采空区；煤层 底板较坚硬。 5 矿井生产能力大 ，辅助运输提升条件能够 满足重型支架的运送要求。 5 ． 2 放顶煤开采适用条件 放顶煤开采在经济效益和适用范围方面具有很 大的优越性 ，其适应的条件是 1 煤层厚度以 5～1 0 m为佳。煤层平均厚度 小于 4 m时严禁 放顶煤 ；采放 比应控制 在 1～3 ， 轻型支架放顶煤的厚度可适当减小。对于厚度变异 系数大的煤层 ，采用放顶煤开采比用其他开采方法 能取得更高的采出率和更好的经济效益。 2 煤层的普 氏系数值一般应小 于 3 ，否则需 采取顶煤 的预破碎或其他弱化措施。 3 煤层埋深不 宜小 于 1 0 0 m，节理裂 隙不发 育的煤层最好在 3 0 0 m以上 。 4 煤层中含有坚硬夹石层厚度单层不宜超过 0 ． 5 m，否则需采取破碎措施。顶煤 中夹石层厚度 占煤层总厚度的比例也不宜超过 1 0 ％ ～1 5 ％。 5 直接顶应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 。 6 煤层倾角。综放采煤方法在缓倾斜和倾斜 煤层中均可采用 ，单体液压支柱放顶煤的煤层倾角 应小于 3 0 。 ，在急倾斜特厚煤层 中可采用水平分段 放顶煤采煤法 。 不具备大采高或综放开采条件的 ，应采用分层 综采或分层普采工艺 。一般而言 ，对于井型较小 、 煤层瓦斯灾害严重 、煤层硬度较小 、地面需要缓慢 下沉的矿井应用分层开采仍然是合适的开采方法 。 在厚煤层开采 的采煤方法选择上应该遵循根据 具体煤层条件按以上各方法 的适用条件进行合理的 选择原则 ，首先应该符 合 煤矿安 全规程 的规 定。对于瓦斯较小或者瓦斯可以得到有效治理 、煤 层硬度较小、厚度在 6～1 5 m的煤层 ，采用放顶煤 44 开采方法则是较好的选择。对于煤层厚度 4～7 m、 煤层硬度较大 、工作面生产能力要求较大的煤层 ， 采用大采高开采则是较好的方法。对于许多特厚煤 层 ，如厚度在 1 0 m以上 ，甚 至达到 3 0 m或者 5 0 m时，可以综合应用上述方法 。 参考文献 [ 1 ] 孟 宪锐 ，李建 民 ．现代放 顶煤开 采理论与实 用技术 [ M] ． 徐州 中国矿业 大学出版社 ，2 0 0 1 ． [ 2] 吴 键 ，孟 宪 锐 ，姜 耀东 ．中国放 顶 煤开 采技 术 的发 展 [ C]／ ／ 9 9厚煤层现代开采技术 国际专 题研讨会论 文集．北 京 煤炭工业 出版社 ，1 9 9 9 ． [ 3 ] 王家臣 ，仲淑桓 ．我 国厚煤 层开采技术 现状及 需要解 决的 关键问题[ J ] ．中国科技论文在线 ，2 0 0 8 1 1 ． [ 4 ] 刘长友 ，李新宝 ．煤炭 开采新 理论 与新 技术 [ M] ．徐 州 中国矿业大学出版社 ，2 0 0 8 ． [ 5 ] 尹希文 ，闫少宏 ，宁宇．大采高工作面煤 壁片帮特 征分析 与应用[ J ] ．采矿与安全工程学报 ，2 0 0 8 2 ． [ 6 ] 王 家臣．我 国综放 开采技 术及 深层 次发展 问题 探讨[ J ] ． 煤炭科学技术 ，2 0 0 5 1 ． [ 7 ] 国家安全 生产监督 管理 总局 ．关 于修改 煤矿 安全规 程 第 6 8条和第 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