芻議煤礦綜采的技術(shù)與裝備及在厚煤層開采中的應(yīng)用

王秋紅

（山西高平科興平泉煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

為了解決厚煤層在開采過程中產(chǎn)生的資源浪費(fèi)問題，實(shí)現(xiàn)煤礦的高效安全開采，本文將對(duì)目前我國(guó)綜采技術(shù)的工藝與設(shè)備做簡(jiǎn)要介紹，分析目前于厚煤層開采應(yīng)用的幾種采煤技術(shù)的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)。

1 頂煤弱化技術(shù)于厚煤層開采的應(yīng)用

放頂煤是解決開采特厚煤層及厚煤層的重要技術(shù)之一，放頂煤能夠?qū)崿F(xiàn)一次全厚開采，進(jìn)而達(dá)到提高煤炭的回采率，減少材料的消耗量，有效解決了自然發(fā)火的問題，達(dá)到高效高產(chǎn)效果。不過目前放頂煤開采還有許多難題沒有解決，例如放頂煤的厚煤層開采中提高頂煤冒放性，就是一個(gè)還需長(zhǎng)期研究的難題。堅(jiān)硬頂煤的預(yù)先弱化技術(shù)的思路是，根據(jù)頂煤的破壞過程的特點(diǎn)和基本規(guī)律，在支承的壓力作用前，運(yùn)用爆破的技術(shù)手段事先降低頂煤整體的完整性，改變頂煤整體的結(jié)構(gòu)和其整體的力學(xué)性質(zhì)，破壞頂煤的抵抗外力，預(yù)先降低頂煤的整體強(qiáng)度，充分利用和發(fā)揮支架反復(fù)支撐和支承壓力的破煤效果，讓預(yù)先弱化的作用、支架反復(fù)支撐的作用和支承壓力的作用相互配合協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)有效地控制頂煤最終的破碎程度和垮冒特征，達(dá)到降低頂煤的頂板傳遞活動(dòng)壓力能力的結(jié)果。頂煤弱化技術(shù)中，一般條件下的弱化措施是直接作用在部分的頂煤，而不是全部頂煤。預(yù)先弱化是將頂煤最終的破碎程度和垮冒特征滿足頂煤的放出條件為目的的，在預(yù)先弱化技術(shù)中利用和發(fā)揮好礦山的壓力是至關(guān)重要的。

2 放頂煤液壓支架技術(shù)

我國(guó)存在很多復(fù)雜地質(zhì)的難開采煤層，其開采普遍存在著效益差、機(jī)械化水平不高、安全性能差等缺點(diǎn)。近年來為解決這些地質(zhì)情況復(fù)雜的煤層開采及厚煤層使用綜采技術(shù)時(shí)遇到的難題，研制及開發(fā)利用了一批新型的輕放支架，在實(shí)際生產(chǎn)中取得了很好的效果。該技術(shù)裝備主要是通過研究巖石的力學(xué)特性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律與狀態(tài)變化，以及支架的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)、受力分析、運(yùn)動(dòng)形態(tài)分析，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)研究支架的結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、受力變形、裝配與制造間隙等變化狀態(tài)、破裂、運(yùn)動(dòng)的影響情況，得出全新的綜采場(chǎng)圍巖同支架關(guān)系，從而設(shè)計(jì)出的支架不僅有支撐頂板的功能，還能有效控制頂煤同其圍巖。放頂煤液壓支架技術(shù)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，支架有整體的頂梁、內(nèi)伸縮梁、長(zhǎng)側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)，全封閉式的端面頂板，單鉸接機(jī)構(gòu)的后部支架。在放煤作業(yè)時(shí)，放煤后部同過煤的空間不隨采高變化以及頂梁的工作狀態(tài)的改變而改變，支架后部的掩護(hù)梁設(shè)為折線彎曲形狀計(jì)能減少對(duì)破碎頂板與破碎頂煤間煤巖的分界面擾動(dòng)，降低頂煤在放出時(shí)所含的矸量以及提高煤礦的回收率，用有雙伸縮效果的后柱支架，能夠有效調(diào)節(jié)頂梁的工作狀態(tài)，保持和相鄰支架構(gòu)成的封閉頂板，緊湊的支架結(jié)構(gòu)，總體同部件的尺寸較小，相對(duì)重量輕，低成本制造，利于運(yùn)輸、安裝，且能起到較高強(qiáng)度支護(hù)作用。

3 減沉注漿技術(shù)于厚煤層中的應(yīng)用

減沉注漿技術(shù)的原理是利用地下煤層被采出后，覆蓋著的巖層部分形成自然垮落的冒落帶，部分則形成彎曲下沉的離層帶。開采煤礦之時(shí)會(huì)形成地下空間，產(chǎn)生的地下空間破壞了巖體的原始平衡狀態(tài)。如能在巖層移動(dòng)過程中及時(shí)填充這一空間，就可阻斷巖層繼續(xù)向上發(fā)展至地表，便可控制和減小因地表自然下沉所帶來的危害。減沉注漿的主要機(jī)理可開闊為以下幾種：

第一是支撐作用。通過地面鉆孔來向覆巖離層空間高壓注入混合漿液，用水把填充物輸送至離層帶，然后脫水時(shí)填充物沉淀，體積和密實(shí)度不斷增加，支撐上覆巖層，阻止其下沉彎曲，控制好最大離層位置向上繼續(xù)發(fā)展。

第二，壓實(shí)作用。注入進(jìn)離層帶的高壓漿液作用于四周巖體，擠壓其下部巖體，讓巖層在向上移動(dòng)過程中所形成的裂隙和空隙被壓實(shí)，在設(shè)計(jì)注漿層位置形成更大的注漿空間，由此便可更充分地對(duì)巖層進(jìn)行填充，減小二次降沉，提高降沉效果。

第三便是控制還有減緩地表破壞程度。實(shí)施減沉注漿技術(shù)不僅可以減小因開采產(chǎn)生的地表降沉和變形等影響，還能夠一定程度的降低降沉速度，讓地表下沉速度減慢，從而減少開采厚煤層時(shí)所帶來的不必要的損失。經(jīng)過在我國(guó)撫順、大屯、充州等地對(duì)減沉注漿技術(shù)的工業(yè)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用了減沉注漿技術(shù)的地表下沉率僅為36%-65%。

每個(gè)煤層的覆巖結(jié)構(gòu)特征均不相同，存在不同厚度和硬度的巖層，其所具備的工作面各地質(zhì)采礦條件也不相同，所以在對(duì)煤礦實(shí)施減沉注漿技術(shù)之時(shí)，應(yīng)對(duì)煤層做出分析，以便能夠合理地選擇注漿參數(shù)，讓減沉注漿技術(shù)發(fā)揮最大作用。

4 厚煤層綜采設(shè)備應(yīng)用及研制

開采厚煤層主要有分層機(jī)械化綜合采煤法、放頂煤機(jī)械化綜合采煤法以及一次采全高厚煤層機(jī)械化綜合采煤法幾種。采用分層式的垮落采煤工藝比較復(fù)雜，掘進(jìn)率較高，不過網(wǎng)下的開采，頂板容易破碎，出口處很難維護(hù)。使用放頂煤的開采方法，回采率較低、煤塵大、會(huì)產(chǎn)生自然發(fā)火的情況，同時(shí)工作面的瓦斯涌出量多，會(huì)造成局部積聚。如今厚煤層的開采多選用一次采全高機(jī)械化綜合開采，不過大采高的全厚開采落差大，使得工作面空間維護(hù)量大，頂板容易冒頂，煤壁易片。更為重要的是全厚開采技術(shù)的機(jī)械化設(shè)備的配套技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)還不是很成熟，尤其是地質(zhì)條件較復(fù)雜的厚煤層，壓力大、斷層多，開采的回采率和安全程度低等情況，制約著該開采技術(shù)的使用效能。所以，厚煤層綜采設(shè)備技術(shù)是一項(xiàng)函待解決的難題。

就目前國(guó)內(nèi)的條件來看，綜采設(shè)備應(yīng)達(dá)到下面幾點(diǎn)要求。

（1）就各高效高產(chǎn)工作面的生產(chǎn)情況來看，綜采裝備最為關(guān)鍵的就是采煤機(jī)，采煤機(jī)是決定生產(chǎn)能力的重要環(huán)節(jié)，它應(yīng)該可以使長(zhǎng)壁的工作面生產(chǎn)效率和能力得到進(jìn)一步的提高，采用遙控操作采煤機(jī)，開采可以滿足2.5至5.3米的采高需求，它的上方應(yīng)該設(shè)置45度的擋煤板。

（2）為了達(dá)到采煤機(jī)的截割要求深度，應(yīng)該增加支架的頂梁長(zhǎng)度，來維護(hù)工作面的頂板，避免冒頂。液壓支架應(yīng)設(shè)置護(hù)幫裝置，且護(hù)幫高度要大于800mm，必要的時(shí)候可設(shè)二級(jí)護(hù)幫，其最大的護(hù)幫高度可達(dá)2.2米以上。遙控操作液壓支架，于支架后側(cè)安置抬高行人通道，支架可適應(yīng)2.5至5.3m的高度變化。

（3）刮板輸送機(jī)的牽引方式和外型尺寸應(yīng)同采煤機(jī)匹配，且輸送機(jī)的長(zhǎng)度和工作面的長(zhǎng)度要一致，刮板輸送機(jī)應(yīng)安置側(cè)幫擋板，其運(yùn)輸能力要與采煤機(jī)的工作能力相適應(yīng)。

結(jié)語

在開采結(jié)構(gòu)復(fù)雜、厚度大的煤層時(shí)，綜放開采發(fā)揮利用了各種先進(jìn)的技術(shù)手段，確保了工作面生產(chǎn)安全，大大提高了煤炭的采出率，實(shí)現(xiàn)了高效安全生產(chǎn)，為今后類似情況的開采提供了寶貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。因此加大研究及開發(fā)新型的綜采技術(shù)及設(shè)備，不管是從理論的角度還是從煤礦的安全生產(chǎn)角度來講都有很高的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。

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