厚煤层开采技术综述

【摘 要】目前我国厚煤层开采工艺大体为三种，即分层开采、大采高一次采全高、放顶煤开采。这三种开采工艺每一种都有其各自的优点和缺点，文章对此进行了分析。并分析了厚煤层开采中需要解决的几个问题，即提高煤炭回收率和做好瓦斯防治工作，最后文章分析了厚煤层开采未来的发展方向。

【关键词】厚煤层；开采技术；分层开采；放顶煤；大采高

1 前言

众所周知，我国是世界上煤炭生产和消费大国。我国一次能源的70%来自于煤炭，因此煤炭在我国能源结构中具有其它能源无法替代的作用。在我国现有煤炭储量和产量中，厚度在3.5m以上的厚煤层占了将近一半的比例，对于保障煤炭产量具有重要意义。而在我国新疆地区，厚煤层更是占了绝大多数，很多煤层的厚度在10m以上，有的甚至达到40 m以上。因此，做好厚煤层开采技术的研究工作，对于我国煤炭采掘业具有十分重要的意义。

2 我国厚煤层开采的主要方法及其特点分析

2.1 分层开采

在上世纪80年代以前，由于支架高度有限，一次开采高度也受到限制，厚煤层普遍采用分层开采法开采。即首先平行于厚煤层面将厚煤层分为若干个分层，每个分层的厚度约2～3m，然后按照一定的顺序依次对每个分层进行回采。一般是按照自上而下逐层开采，个别也有自下而上逐层开采的。

当自上而下逐层开采时，上一分层开采后，下一分层是在上分层垮落的顶板下进行的，为确保下分层回采安全，上分层必须铺设人工假顶或形成再生顶板。目前多采用在分层间铺设金属网，作为下一分层开采的“假顶”。下分层开采在“假顶”保护下作业，称为下行分层开采。有的矿区为了进行地面保护，或在特易自燃的特厚煤层条件下采用了上行充填开采，如水砂充填、风力充填等，称为上行分层开采。

分层开采的优点是技术相对成熟，是我国长期应用的1种采煤方法，具有设备投资少、一次采高小、瓦斯治理技术相对成熟、上露岩层及地表可以实现缓慢下沉等。但是也存在许多不足，主要表现在：①采准巷道系统复杂，巷道掘进率高，巷道的掘进与维护费用高；②上分层开采时要铺设人工假顶，增加了工人的体力劳动和生产成本；③对地质构造特别是断层的适应性差；④煤层厚度变化时容易丢煤；⑤单产低、效率低，尤其是特厚煤层的开采更是如此。

2.2 放顶煤开采

从上世纪八十年代开始，我国逐渐从国外引进了放顶煤开采技术来开采厚煤层。该技术是在厚煤层下面先用常规方法进行回采，采高一般为2～3 m，回采后，利用矿山压力作用或辅以松动预爆破等方法，使支架上方的顶煤破碎成散体后，自行冒落下来，然后由支架尾部的放煤口将冒落的煤放出。放煤高度一般可以达到采高的3倍。比如对于12 m后的煤层，可以采3 m，放9 m，即可一次将厚煤层回采掉。综合机械化采煤技术出现以后，该技术经常与综采技术结合使用，即在正常回采时，采用综采工艺。这种工艺成为综采放顶煤工艺，简称综放工艺，或综放开采。

由放顶煤的工艺可以明显看出，该法具有投资少、开采成本低、巷道掘进率低、产量大、效率高等优点。在我国新疆、山西、内蒙等地区得到广泛应用。但该技术也有亟待解决的问题，主要是：①煤炭损失量较大，回采率较低，一般在80%左右，由于这一原因，目前国外已经没有国家继续使用该技术回采，仅在我国还在继续使用；②煤尘大，比分层开采高出1―3倍，甚至更高；③煤层容易自燃发火；④对高瓦斯矿井，瓦斯涌出量大，有局部积聚的危险。

2.3 大采高开采

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。根据MT550-1996《大采高支架技术条件》规定，最大采高大于或等于3800 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。

我国从上世纪八十年代开始实验大采高技术，在引进国外设备的基础，研制了一些高度很大的液压支架，并就大采高技术进行了一些列的探索，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，最典型的神华神东煤炭集团，该集团在陕西、内蒙等地区的一些煤矿普遍采用大采高开采，最大采高达到7 m以上。

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，以前，神东集团采用的液压支架、采煤机等全部是国外进口的设备，价格很高。现在，随着国产设备质量的提高，该公司对国产设备的使用逐渐增多。同时，国产设备在其他煤炭企业的使用也越来越多。

由于采用的设备尺寸都很大，因此该技术对井型及井下巷道、硐室的尺寸要求较大。同时，大采高一次采全高开采工艺由于采高大，造成支架稳定性差，煤壁易片帮，管理难度大，同时工作面端头管理较困难。

3 厚煤层开采急需解决的问题

3.1 提高煤炭资源回收率

厚煤层的储量与厚度优势，为实现高产高效提供了基础条件，但同时也由于煤层厚度大，很难有一种方法正好开采煤层的全厚，这使厚煤层开采造成了较多的煤炭损失。

（1）厚度损失

无论是分层开采，还是大采高开采，往往很难干净地采出煤层的全厚。分层开采中各分层的划分，层间的煤皮留设等都会导致―些煤层厚度上的损失；大采高开采时，开采高度很难正好与煤层厚度相符，加之开采过程中，煤壁片帮与端面漏冒以及操作不熟练等，往往会人为的降低工作面采高，加快推进速度和提高产量，客观匕造成了煤层的厚度损失。当煤层厚度变化较大或顶底板不平时，更易造成煤层厚度损失。

（2）放煤工艺损失

放煤工艺损失是放顶煤开采煤炭损失的主要来源，主要表现在初、末采不放煤、工作面两端不放煤和正常开采时的放煤损失。其中初未采和工作面两端的顶煤损失目前还较难解决，尤其是工作面两端的顶煤损失更难有效解决。正常开采中的放煤工艺损失，可以通过合理的放煤工艺与参数适当减少，但是也很难有大幅度的减少。这主要与顶煤流动性及顶煤厚度有关，因此研究确定哪类煤岩条件适合于放顶煤开采和放顶煤开采的合适顶煤厚度是很重要的。其实放煤过程中顶煤回收率主要与顶煤流动性、顶煤厚度、放煤步距、放煤工艺及顶板条件等有关。

3.2 瓦斯防治技术

厚煤层尤其是特厚煤层一次采全高开采给瓦斯防治带来了许多新的问题，许多低瓦斯含量的特厚煤层开采由于开采强度大、出煤集中、煤岩卸压范围大，也会时常导致工作面瓦斯超限。因此，对于特厚煤层一次采全高开采，要加强瓦斯涌出规律和防治技术研究。特厚煤层―次采全高，采空区空间大，顶板活动剧烈，会周期性的压出采空区的瓦斯等有害气体，这给瓦斯等有害气体的防治带来困难。同时，工作面高度大，容易向采空区漏风，尤其是工作面端头漏风现象比较严重，易引起采空区浮煤自燃等。

4 厚煤层开采的发展方向

厚煤层现代开采体系是用当代科技的最新成果设计和改造矿井“开采体系”的开拓方式、生产布局、设备配置、采煤、掘进、提升、运输、通风、供水、供电等各个要素，达到设备与系统、布局与管理、人与物之问的匹配协调，使传统产业跟上现代科技发展的步伐。发展方向主要表现在以下几个方面：

（1）对缓倾斜、倾斜煤层长壁式开采，关键是不断改进采煤工艺，推行机械化。要多层次、因地制宜地应用和发展先进的、适应的机械化采煤技术。

（2）倾斜分层下行垮落采煤法是比较成熟的采煤方法，今后应进一步推广和改进机械化采煤工艺，研究分层采高的控制，假顶材料选择，减少岩石巷道掘进，改进巷道布置。

（3）大采高综采一次采全厚已获得成功，要继续改进设备，完善工艺。

参考文献：

[1]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州：中国矿业大学出版，1999.

[2]周立辉，郭立稳，杨占秋.赵各庄矿大倾角厚煤层综采放顶煤开采技术[J].煤炭工程，2008（7）.

作者简介：

曹彪（1984.10-），大专学历，工作于国投哈密能源开发有限责任公司国投哈密一矿，助理工程师。