关于“三软”煤层煤质分析及采煤技术应用探讨

[摘 要]本文分析了“三软”复杂煤层的煤质情况，并“三软”煤层的开采技术进行了探讨，以及对放顶煤开采技术的难点和关键点，提出了建议和对策。

[关键词]三软煤层；煤质管理；大坡度采煤；放顶煤

中图分类号：TD823.251 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0051-01

按照我国煤炭工业的发展规划，到2000年采煤机械化程度将达76%，综合机械化程度将达42%。要达到这个目标，就必须要扩大综采的适用范围，尤其是在“三软”煤层中使用好综采。

1 三软煤层煤层特征及煤类

1.1产于上含煤岩系下部，厚0.15～3.48m，平均0.92m，变化系数0.32，稳定程度指数0.17。含1～3层夹矸，厚0.02～1.36m，岩性为泥岩、炭质泥岩，存在分支现象。属较稳定、结构较复杂煤层。呈灰黑-黑色，条痕棕褐、黑灰色，粉沫状、碎块，性脆，具玻璃-似金属光泽。条带状结构，层状构造，断口呈阶梯状、参差状，内生解理较发育，见团块状、星点状黄铁矿。以亮煤、暗煤为主，夹少量镜煤和丝炭条带，为半亮型煤。

1.2煤的显微组分含有机组分和无机组分，有机组分51.60%～67.93%，平均60.93%，无机组分32.40%～48.40%，平均39.07%，属微硫化物质煤。镜煤最大反射率（R0max%）在1.31%～1.35%，平均1.33%，变质程度属烟煤Ⅳ阶段。煤类以瘦煤为主，含少量的焦煤和无烟煤3号。

1.3煤质分析中水分、灰分、挥发分及固定碳项目，统称为工业分析，它们是煤质分析常规项目，反映最基本的煤质特征，发热量是评价煤炭质量的重要指标。以空气干燥基水分（Mad）、干燥基灰分（Ad）、干燥基固定碳（FC，d）、干燥无灰基挥发分（Vdaf）及干燥基高位发热量（Qgr，d）来表征。

2 “三软”大倾角煤层对工作面生产的影响

2.1“三软”煤层条件下，由于煤体强度低，在工作面紧靠顶梁面和梁端的顶煤较破碎，易产生013～015m的端面冒顶。放煤时顶煤易垮落且垮落角一般>90°，放顶煤后支架顶梁尾端的顶煤失去了稳定性，以松散状态堆积在支架顶梁上面，当支架前移时，顶煤在支架前方破坏更加严重。如果采煤机割煤后，移架不及时，架前冒顶和煤壁片帮则会更加严重和增多，造成支撑能力不能充分发挥作用，将会给顶煤及煤壁区的管理带来一定的控制难度。

2.2“三软”煤层条件下，支架推移或初撑力达不到要求，顶煤垂直方向位移量增大，导致顶板位移增量大于顶煤位移增量，煤壁区受力随之加大，易向煤壁深处片帮，如遇滑移面，片帮范围进一步加大。

2.3 “三软”煤层条件下，由于三软煤层的可放性较好，低位放顶煤支架尾端有一个破碎区，放煤时控制不当，顶煤放的过多，破碎区前移，顶煤的完整性受到破坏，支架前方支撑力较小或无支撑力的情况下，支架顶梁后部顶煤的完整性被破坏，位移量急速增加，支架上方的顶煤将随着前部冒落的空间流出，形成空顶，影响支架的稳定性，能造成支架歪斜或倒架。

3 三软煤层采煤方法的选择

3.1对于厚煤层来说，走向长壁综合机械化放顶煤一次采全高最大可达49°，大于50°特厚煤层可考虑水平分层或斜切分层综放开采。从倾角来看，三软煤层宜采用综放开采，而不适合大采高综采。巷道采用“锚、喷、网”、锚索，实现了对巷硐的及时封闭，防止了软岩的风化，注浆充填围岩裂缝后，改变了软弱围岩的承载能力，二次支护的主要技术预应力锚索支护和围岩注浆加固，提高了支护的强度和围岩的岩体强度有利于保持围岩的长期稳定性。

3.2三软煤层煤层底板以泥岩、炭质泥岩和粉砂岩为主，遇水膨胀、软化，因此在回采过程中需要注意防止底板软化，同时在支架设计方面要考虑尽量降低支架吨位，减小支架前端比压。综放支架吨位相对小于大采高支架，对于三软煤层煤层开采来说，从底板条件分析，综放开采较大采高综采合理。可以考虑采用底板岩巷的“一巷三用”，合理选择高强度轻型放顶煤支掩式液压支架，以及综采防片帮和防冒顶等技术。

3.3“三软”煤层在生产过程中极容易发生煤壁片帮冒顶的事故，工作面管理难度大。大采高综采相对综放开采，由于其割煤高度的增加，加大了煤壁片帮冒顶的可能性。对三软煤层注水，改变原有的“煤―瓦斯”的平衡体系，形成“煤―瓦斯―水”新的平衡体系，煤体中游离瓦斯在水压作用下能从裂隙大的孔隙被挤向细小的孔隙内，使瓦斯压力增加。根据煤层的赋存条件和注水设备，可在注水工艺上采取相应的措施，以增大煤层注水量，从而提高煤层的注水速度，使注水效果更佳。

4 三软煤层采煤中应注意的关键点

4.1顶裂隙。煤能暴露的时间短的缘故使得煤层松软、裂隙大并且一次的采高大，使得顶板的压力传递向煤壁从而使得顶煤的完整性遭到破坏，使得采动裂隙加大了，而端面顶煤暴露的发生有可能诱发端面的冒顶。

4.2顶空。端面的冒顶及回采空间的漏顶以及放顶煤时抽顶都可能导致支架顶空，造成支架脱离主要的体系进而失去平稳，继而可能导致各种垮面事故相继发生，比如挤架、倒架、爬架等；

4.3底软。底板松软并且其抗压强度较弱变出现支柱钻底的问题。200～500mm左右是正常的单体柱钻底量。如果支架将提不起也迈不动则采空区冒矸的侧向压力的作用就会导致尾梁发生啃底现象，使其移架变得困难；

4.4片帮。松软的煤质，裂隙大且其支承压力较大，于是煤壁就蓉易出现片帮问题，并且片帮又会加大无支护的空间并进一步诱发端面冒顶问题。

5 三软煤层采煤技术应用要求

5.1管理的支护应该同时兼顾支、护、稳的原则，就是做到“以护为主，以支求稳”。应该以具体的技术难点和关键点为依据来制定一系列具有针对性和适用性的有效措施并执行，做到最大限度对可能的片、抽、漏、冒等潜在的事故进行及时有效的控制。

5.2加大煤壁及其端面的管理力度：对支架的顶梁前端进行翻转式前探梁的增设工作，在操纵液压系统时落煤后可以及时的进行护顶以防止端面发生冒顶的问题。而在移架后可以更好的支撑煤壁以防止其发生片帮现象。

5.3落煤时必须尽可能减少甚至避免落煤破坏煤壁和顶煤，尽量保持煤壁和顶煤的完整性及其支承能力；尽量提升支护系统的刚度及强度：由于工作面的支护系统主要包括支架、底板及背顶材料三个部分，而决定“三软”复杂煤层放顶煤的开采成功与否的关键技术之一就是管理好底板。

5.4必须以底板的比压为依据进行特制柱鞋的设计，尽量减少顶底板之间的移近量，尽量减少及防止支柱发生钻底问题，扩大支柱和底板之间的接触面积，确保支护系统强度和刚度足够高；还要尽量加大矿压的监控工作力度，尽量提高支柱的初撑力，加强支护系统的初撑强度和刚度，使其足够高；加大末排支柱的管理力度：对末排支柱的补液工作要在放顶煤前进行，尽量提高其支撑力并且要尽量加大顶煤垮落时的产生的摩擦力以防止放煤时抽空支架及其切顶线向前移动。

5.5必须要使支架指向煤壁的水平阻力足够大，尽量降低顶煤的拉应力，尽量减小和避免端面的冒顶及其煤壁的片帮问题；加大底板和尾梁的接触面积：可以将尾梁的末端向后进行折弯操作或者是增加滑撬板来加大底板和尾梁的接触面积，这样还能有效防止尾梁发生啃底。可以通过对放煤口进行喷雾使煤矸湿润，另外可以将可拉伸的注浆管埋设在风巷内，能随时对采空区进行注浆以隔绝煤尘和氧气发生接触，进而有效地防止煤尘的自燃现象的出现。

参考文献

[1] 齐建军；王岩；；三软煤层深部掘进工作面瓦斯抽放技术[J]；中国矿山工程；2010年02期

[2] 何东升；韩国栋；；三软煤层综采工作面围岩控制实践[J]；山西建筑；2010年17期