论文部分内容阅读
摘 要：针对煤矿开采工作来讲，其是难度较大且应用广泛的工程项目，在不同地质环境下进行煤矿作业，由此若想进一步更高煤矿开采效率，则应该全面研究现有技术，从而在优化的同时提高煤矿开采水平。其中厚煤层开采工作无论是开采技术还是工艺均有更为严格的要求，出于厚煤层开采效率的提高，则应该有效应用综采技术，以此提高开采水平。本文将着眼煤矿厚煤层开采工作，简要分析综采技术的有关应用。
关键词：煤矿开采;厚煤层;放顶煤开采;大采高开采
众所周知，我国是世界上煤炭生产和消费大国，占世界煤炭产量的1/3以上。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，厚煤层（厚度≥3.5m）的产量和储量均占45%左右，是我国实现高产高效开采的主力煤层，具有资源储量优势。由于煤层厚度大，对其开采可以有多种方法进行选择。随着煤炭市场好转和高产高效开采的迫切需要，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。然而煤炭开采与具体的地质条件、开采条件等有密切关系，因此厚煤层开采要根据煤层条件和技术条件等采用合适的开采方法。随着开采煤层厚度和开采强度的增加，还会出现许多迫切需要解决的新的课题，例如提高煤炭资源回收率、支架合理选型、瓦斯运移规律与防治技术等。
一.厚煤层综放开采技术
（1）分层开采。在20世纪90年代，我国的厚煤层大都是分层开采方式，也就是把平行的厚煤层分成许多个2.5m左右的小分层，然后从上到下逐层对小分层进行开采，偶尔也会有从下开始开采的情况。如果从上往下进行煤层开采时，把上一个小分层开采完成之后，在上层垮落的顶板下面进行开采下一个小分层，为了保证下分层施工人员的采煤安全，上一小分层需要设置再生顶板进行开采工作。现在一般都是使用金属网铺设在煤矿的分层之间，以此来作为开采下一层的顶板。在这个顶板的保护下开采煤矿，可以称作是下分层煤矿开采。还有一些煤矿区为了保护矿区的地面安全，或在比较容易发生自燃的厚煤层上进行上层开采，如风力充填法等。厚煤层采用分層的开采技术已经较为成熟，我国长期使用这种煤矿开采方式，其开采设备的投入成本较少、治理瓦斯的技术相对先进、地表煤层缓慢下沉。不过厚煤层的分层开采也有一定的局限性，开采的成本非常高、产量较低、支护技术不成熟、容易发生自燃等。由于厚煤层开采存在的局限性，我国一直致力于研究厚煤层的开采技术，已经取得了不错的成效。
（2）放顶煤开采。放顶煤开采是在厚煤层的最下方设置采高的开采工作面，一般情况下都是利用常规的煤矿开采方式，借助煤矿的压力作用和爆破的方式，把煤矿支架上面的顶煤破碎，然后通过支架后面的出口放出破碎的顶煤，再由开采工作面后方的煤矿输送机把放出的破碎顶煤运出去。放顶煤开采技术根据使用的开采设备和支护设备大致可以分为两种采煤技术，综合开采放顶煤技术和简易放顶煤技术。综合开采放顶煤主要是使用机械化设备来进行放顶煤的开采工作。简易放顶煤是在顶梁支架上铺设顶网进行煤矿开采，此法不能很好的控制顶板，支架的阻力和支撑力几乎不能达到规定的开采要求，容易发生安全事故，所以一般不使用这种简易放顶煤开采技术。放顶煤的开采技术有明显的优势，投资成本和开采成本比较少，不过煤矿的产量多、开采效率高，同时对厚煤层的各种裂缝和硬度要求极高，破碎的煤矿大小要合适，能够自行放出，因为煤炭的产量较高，因此涌出的瓦斯量会很大，开采煤矿残留的煤渣会严重阻碍瓦斯的防治工作和地面下沉。
（3）大采高开采。现在，我国煤矿设备的制造技术不断发展，尤其是在设备的设计方面，煤矿企业的经济效益逐渐增加，大采高开采技术应用的越来越广泛。根据相关规定，采高的最大高度不能低于3800mm，一次大采高工作面使用的支架是液压支架，所对应的工作面是大采高工作面。我国从二十世纪八九十年代就开始不断研究适合我国煤矿开采条件的一些机械设备，并且多次进行生产实验和工业化的研究，逐步取得显著成效。发展到现在，大采高开采厚煤层的方法应用的越来越广泛，在我国很多个煤矿进行应用，得到了不错的效果。随着煤矿开采技术的不断发展和进步，大采高采煤技术会逐渐在全国范围内进行推广和使用。大采高开采煤矿工作面使用支架高度较高、开采设备的功率大，各种煤矿输送机和相关的大型辅助机械设备的成本较高，需要一次性全部投入使用，对煤矿类型和巷道尺寸的规定和要求比较严格，不过这种开采方式的产量很大，工作效率高，比较适合煤矿的集中生产，煤矿井下的各种设施比较简单。
二、综采技术在厚煤层开采中的应用
2.1顶煤弱化技术在厚煤层开采中的应用
放顶煤技术是解决厚煤层开采问题的关键技术之一[3]，能起到全厚开采的效果，从而有效提高了煤矿开采时的回采率，具有降低煤矿耗损、避免资源浪费的优势。在放顶煤时为了提高效率，需要对顶煤进行弱化，这项技术称之为顶煤弱化技术。在运用顶煤弱化技术对厚煤层进行开采的过程中，其运用的思路或方法为：首先需从放顶煤技术的特点与基本规律出发，在支承压力作用之前，需合理运用爆破技术破坏顶煤的完整性，从而破坏顶煤的整体结构并改变其力学性质。破坏后的顶煤强度较低，这导致应力在顶煤中传递的范围较大，从而提高放顶煤的效率。值得注意的是，在利用顶煤弱化技术进行厚煤层的开采时，弱化并不是对全部顶煤进行弱化，只是弱化部分顶煤，弱化的主要作用在于：让顶煤最终破碎度满足放顶煤的条件。因此在运用该技术时，还需充分利用岩体的应力，这样才能进一步提高厚煤层开采的效果。
2.2放顶煤液压支架技术在厚煤层开采中的应用
调查研究表明[4]，中国目前在煤矿资源开采上虽然取得了很大进步，但依然还存在很多问题。比如厚煤层开采中机械化水平较低的问题、采煤经济效益不高的问题及采煤时安全保障较低的问题等。上述的这些问题都值得相关技术工作者加强研究，在现有的技术基础上进行改进和创新。而实践证实，放顶煤液压支架技术在中国厚煤层煤矿开采中的应用能有效解决目前煤矿开采存在的问题，促进厚煤层开采效益的提升。放顶煤液压支架在厚煤层开采中的应用，其特点是通过信息技术获得厚煤层开采时煤层的信息，并对煤层开采过程中的顶板起到智能支撑作用。放顶煤液压支架结构比较简单，但具有完整的顶梁、内伸缩梁和长侧护板等结构，而单输送机的后面连接着相应端面的顶
板与支架，且端面是完全封闭的。所以应用该技术进行厚煤层煤矿资源的开采，能让厚煤层内部过煤空间不会随着采煤高度的变化而发生变化，或避免受到顶梁工作状态发生变化影响。在运用该技术时需注意的是支架后掩护梁应设计成弯曲的分界面，以增加对特厚煤层的煤矿资源开采率。此外，在使用时通过调整支架的伸缩功能，能实现对顶梁工作状态的有效调整。
三、结语
近年来，厚煤层开采技术在我国得到了飞速的发展，产量和效率屡创世界纪录，目前厚煤层大采高和放顶煤开采技术已处于世界先进水平。但是厚煤层开采技术目前在我国仍存在一些问题，如大采高开采支架的合理工作阻力选取，工作面端头支护与顶板控制技术等问题;放顶煤开采提高顶煤的回收率，采空区瓦斯的处理等问题，均需要进行深入系统的研究和解决。
参考文献：
[1]尹希文，闫少宏，安宇.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，2008，25（2）：222-225.
[2]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，2008，3（11）：829-832.
[3]天地科技采矿技术研究所.综采放顶煤技术理论与实践的创新发展[C]//综放开采30周年科技论文集.北京：煤炭工业出版社，2012.
关键词：煤矿开采;厚煤层;放顶煤开采;大采高开采
众所周知，我国是世界上煤炭生产和消费大国，占世界煤炭产量的1/3以上。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，厚煤层（厚度≥3.5m）的产量和储量均占45%左右，是我国实现高产高效开采的主力煤层，具有资源储量优势。由于煤层厚度大，对其开采可以有多种方法进行选择。随着煤炭市场好转和高产高效开采的迫切需要，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。然而煤炭开采与具体的地质条件、开采条件等有密切关系，因此厚煤层开采要根据煤层条件和技术条件等采用合适的开采方法。随着开采煤层厚度和开采强度的增加，还会出现许多迫切需要解决的新的课题，例如提高煤炭资源回收率、支架合理选型、瓦斯运移规律与防治技术等。
一.厚煤层综放开采技术
（1）分层开采。在20世纪90年代，我国的厚煤层大都是分层开采方式，也就是把平行的厚煤层分成许多个2.5m左右的小分层，然后从上到下逐层对小分层进行开采，偶尔也会有从下开始开采的情况。如果从上往下进行煤层开采时，把上一个小分层开采完成之后，在上层垮落的顶板下面进行开采下一个小分层，为了保证下分层施工人员的采煤安全，上一小分层需要设置再生顶板进行开采工作。现在一般都是使用金属网铺设在煤矿的分层之间，以此来作为开采下一层的顶板。在这个顶板的保护下开采煤矿，可以称作是下分层煤矿开采。还有一些煤矿区为了保护矿区的地面安全，或在比较容易发生自燃的厚煤层上进行上层开采，如风力充填法等。厚煤层采用分層的开采技术已经较为成熟，我国长期使用这种煤矿开采方式，其开采设备的投入成本较少、治理瓦斯的技术相对先进、地表煤层缓慢下沉。不过厚煤层的分层开采也有一定的局限性，开采的成本非常高、产量较低、支护技术不成熟、容易发生自燃等。由于厚煤层开采存在的局限性，我国一直致力于研究厚煤层的开采技术，已经取得了不错的成效。
（2）放顶煤开采。放顶煤开采是在厚煤层的最下方设置采高的开采工作面，一般情况下都是利用常规的煤矿开采方式，借助煤矿的压力作用和爆破的方式，把煤矿支架上面的顶煤破碎，然后通过支架后面的出口放出破碎的顶煤，再由开采工作面后方的煤矿输送机把放出的破碎顶煤运出去。放顶煤开采技术根据使用的开采设备和支护设备大致可以分为两种采煤技术，综合开采放顶煤技术和简易放顶煤技术。综合开采放顶煤主要是使用机械化设备来进行放顶煤的开采工作。简易放顶煤是在顶梁支架上铺设顶网进行煤矿开采，此法不能很好的控制顶板，支架的阻力和支撑力几乎不能达到规定的开采要求，容易发生安全事故，所以一般不使用这种简易放顶煤开采技术。放顶煤的开采技术有明显的优势，投资成本和开采成本比较少，不过煤矿的产量多、开采效率高，同时对厚煤层的各种裂缝和硬度要求极高，破碎的煤矿大小要合适，能够自行放出，因为煤炭的产量较高，因此涌出的瓦斯量会很大，开采煤矿残留的煤渣会严重阻碍瓦斯的防治工作和地面下沉。
（3）大采高开采。现在，我国煤矿设备的制造技术不断发展，尤其是在设备的设计方面，煤矿企业的经济效益逐渐增加，大采高开采技术应用的越来越广泛。根据相关规定，采高的最大高度不能低于3800mm，一次大采高工作面使用的支架是液压支架，所对应的工作面是大采高工作面。我国从二十世纪八九十年代就开始不断研究适合我国煤矿开采条件的一些机械设备，并且多次进行生产实验和工业化的研究，逐步取得显著成效。发展到现在，大采高开采厚煤层的方法应用的越来越广泛，在我国很多个煤矿进行应用，得到了不错的效果。随着煤矿开采技术的不断发展和进步，大采高采煤技术会逐渐在全国范围内进行推广和使用。大采高开采煤矿工作面使用支架高度较高、开采设备的功率大，各种煤矿输送机和相关的大型辅助机械设备的成本较高，需要一次性全部投入使用，对煤矿类型和巷道尺寸的规定和要求比较严格，不过这种开采方式的产量很大，工作效率高，比较适合煤矿的集中生产，煤矿井下的各种设施比较简单。
二、综采技术在厚煤层开采中的应用
2.1顶煤弱化技术在厚煤层开采中的应用
放顶煤技术是解决厚煤层开采问题的关键技术之一[3]，能起到全厚开采的效果，从而有效提高了煤矿开采时的回采率，具有降低煤矿耗损、避免资源浪费的优势。在放顶煤时为了提高效率，需要对顶煤进行弱化，这项技术称之为顶煤弱化技术。在运用顶煤弱化技术对厚煤层进行开采的过程中，其运用的思路或方法为：首先需从放顶煤技术的特点与基本规律出发，在支承压力作用之前，需合理运用爆破技术破坏顶煤的完整性，从而破坏顶煤的整体结构并改变其力学性质。破坏后的顶煤强度较低，这导致应力在顶煤中传递的范围较大，从而提高放顶煤的效率。值得注意的是，在利用顶煤弱化技术进行厚煤层的开采时，弱化并不是对全部顶煤进行弱化，只是弱化部分顶煤，弱化的主要作用在于：让顶煤最终破碎度满足放顶煤的条件。因此在运用该技术时，还需充分利用岩体的应力，这样才能进一步提高厚煤层开采的效果。
2.2放顶煤液压支架技术在厚煤层开采中的应用
调查研究表明[4]，中国目前在煤矿资源开采上虽然取得了很大进步，但依然还存在很多问题。比如厚煤层开采中机械化水平较低的问题、采煤经济效益不高的问题及采煤时安全保障较低的问题等。上述的这些问题都值得相关技术工作者加强研究，在现有的技术基础上进行改进和创新。而实践证实，放顶煤液压支架技术在中国厚煤层煤矿开采中的应用能有效解决目前煤矿开采存在的问题，促进厚煤层开采效益的提升。放顶煤液压支架在厚煤层开采中的应用，其特点是通过信息技术获得厚煤层开采时煤层的信息，并对煤层开采过程中的顶板起到智能支撑作用。放顶煤液压支架结构比较简单，但具有完整的顶梁、内伸缩梁和长侧护板等结构，而单输送机的后面连接着相应端面的顶
板与支架，且端面是完全封闭的。所以应用该技术进行厚煤层煤矿资源的开采，能让厚煤层内部过煤空间不会随着采煤高度的变化而发生变化，或避免受到顶梁工作状态发生变化影响。在运用该技术时需注意的是支架后掩护梁应设计成弯曲的分界面，以增加对特厚煤层的煤矿资源开采率。此外，在使用时通过调整支架的伸缩功能，能实现对顶梁工作状态的有效调整。
三、结语
近年来，厚煤层开采技术在我国得到了飞速的发展，产量和效率屡创世界纪录，目前厚煤层大采高和放顶煤开采技术已处于世界先进水平。但是厚煤层开采技术目前在我国仍存在一些问题，如大采高开采支架的合理工作阻力选取，工作面端头支护与顶板控制技术等问题;放顶煤开采提高顶煤的回收率，采空区瓦斯的处理等问题，均需要进行深入系统的研究和解决。
参考文献：
[1]尹希文，闫少宏，安宇.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，2008，25（2）：222-225.
[2]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，2008，3（11）：829-832.
[3]天地科技采矿技术研究所.综采放顶煤技术理论与实践的创新发展[C]//综放开采30周年科技论文集.北京：煤炭工业出版社，2012.