淺談煤礦井下厚煤層開采的工藝選擇

黃 濤

(潞安集團 古城煤礦，山西 長治 046100)

在我國的能源消費中，以煤炭為主的一次能源所占比例通常約為75%。近年來，隨著社會對煤炭需求量的持續(xù)加大，煤炭產(chǎn)量也逐年提高，煤礦不斷增大開采的范圍和深度，與此同時安全和技術(shù)管理要求也越來越高。雖然我國近年來在采煤工藝上取得了較大的進步，但受煤層賦存的地質(zhì)條件差異限制，難免存在許多技術(shù)問題沒有解決。在我國的煤炭資源中，厚及特厚煤層所占的比重達(dá)40%，在開采此類煤層時應(yīng)結(jié)合煤層賦存的具體地質(zhì)條件，選擇合理的采煤方法與工藝，這也是煤礦實現(xiàn)安全、高效開采的核心。

本文結(jié)合國內(nèi)厚煤層開采的現(xiàn)狀，對厚煤層開采工藝選擇的原則，各類開采厚煤層工藝的優(yōu)缺點，開采工藝與操作作業(yè)的優(yōu)化，提出以下幾點見解。

1 國內(nèi)厚煤層開采的現(xiàn)狀

由于我國的地域比較廣闊，雖然煤礦地質(zhì)賦存的條件體現(xiàn)出具有較大的差異性，但與薄煤層相比，厚煤層所占比重大，蘊藏的資源顯得更為豐富，煤層開采時工作面空間更為寬敞，更便于機械設(shè)備的布置和人員的操作作業(yè)。經(jīng)過多年煤礦裝備科研攻關(guān)，厚煤層開采技術(shù)基本上形成了以分層開采、大采高一次采全厚及放頂煤開采三種主要開采工藝技術(shù)。

2 厚煤層開采工藝選擇的原則

選擇合理的采煤工藝，直接關(guān)系到礦井能否實現(xiàn)安全、高效開采，不僅對煤礦生產(chǎn)過程的安全管理意義重大，而且對煤礦的經(jīng)濟效益和社會效益也有著舉足輕重的意義。因此，選取適合煤層賦存條件的、技術(shù)合理的采煤方法及工藝是首要條件，綜合看就是應(yīng)符合最大采出率原則、安全開采原則、裝備技術(shù)先進性原則[1-2]。

2.1 最大采出率原則

雖然我國煤炭蘊藏量大，但一次能源中化石類資源還是有限的、不可再生的，所以國家就以合理利用資源，減少煤炭開采對環(huán)境的破壞，取得最佳的經(jīng)濟和社會效益作為煤炭綠色開采的要求，對煤層的采出率做出明確的限定，力求采用先進的采煤方法和工藝，在保證生產(chǎn)安全的情況下，盡量提高煤炭的采出率。近年來，有的煤礦為了提高煤炭資源的采出率，都開始了邊角殘煤的復(fù)采，雖然付出了較大的成本，但一定程度上促進了煤炭資源的回收利用。因此，在煤層開采前期，就應(yīng)該根據(jù)最大采出率原則，選擇好煤炭開采方法和工藝，盡可能使煤炭的采出率最大化。

2.2 安全開采原則

煤礦安全是天字號工程，黨和政府對此非常重視，習(xí)總書記關(guān)于安全生產(chǎn)重要論述的十句“硬話”中，明確指出“人命關(guān)天，發(fā)展決不能以犧牲人的生命為代價”。因此，煤礦生產(chǎn)首先要保證生產(chǎn)環(huán)境符合安全生產(chǎn)條件要求，這也是煤礦開采工作的首要原則。煤礦井下開采環(huán)境較為惡劣，在進行采煤方法及工藝的選擇時，必須首先將安全開采原則放在首位，重視生產(chǎn)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)及工序安全，確保符合《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。尤其是對煤與瓦斯突出礦井，更要確保安全開采原則的貫徹執(zhí)行，以切實消除煤與瓦斯突出事故的發(fā)生。

2.3 裝備技術(shù)先進性原則

近年來，隨著煤炭科研工作水平的不斷提高和發(fā)展，一批批適用于煤礦井下生產(chǎn)條件的先進的開采方法、工藝及各種配套機械設(shè)備不斷投入應(yīng)用，煤炭開采方法和工藝也隨之發(fā)生了創(chuàng)新性提高，這也給煤礦提高生產(chǎn)效率、降低工人作業(yè)強度和實現(xiàn)安全生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。從一定程度上講，正是煤礦裝備技術(shù)先進的特點，促進了采煤工藝的變革，改善了煤礦井下安全生產(chǎn)環(huán)境，保障了工作面生產(chǎn)的安全和高效。因此，在煤礦正朝著自動化開采方向發(fā)展的當(dāng)下，煤礦裝備技術(shù)先進性，是選擇合適的采煤方法及工藝的原則。

3 各類厚煤層開采工藝的優(yōu)缺點

所謂厚煤層是指地下開采礦井大于3.5 m的煤層，這在我國是煤炭開采的主要煤層，其產(chǎn)量占原煤總產(chǎn)量的45% 左右，開采厚煤層時需要根據(jù)煤層的厚度，選擇適當(dāng)?shù)拈_采方法。隨著煤炭市場的增大和煤炭儲量的減少，對煤炭資源進行高效開發(fā)已經(jīng)成為行業(yè)的共識。煤層地質(zhì)條件以及開采條件，對煤層的開采具有很大的限制，要保證煤炭資源的合理、有效開采，必須根據(jù)具體情況選擇適當(dāng)?shù)拈_采方法。

我國是厚煤層的開采大國，開采厚煤層的礦井較多，經(jīng)過長期的研究與實踐，厚煤層的開采工藝基本上分為分層開采、大采高一次采全厚和放頂煤開采三種。厚煤層不同開采工藝的特點如下[3]。

3.1 分層開采工藝

分層開采就是通常將煤層分為兩層或多層開采的一種開采工藝，20世紀(jì)80年代以前，我國厚煤層的主導(dǎo)開采方法，是不同機械化程度的人工假頂分層開采，其中在開采頂分層時需要先鋪設(shè)人工假頂，以防止頂分層開采過后，頂板垮落下來的矸石混入下分層開采的煤炭中。直接頂較厚的厚煤層，采用分層開采工藝時具有以下特點：

1) 工作面具有較高的煤炭資源回收率，一般厚煤層回收率達(dá)到近95%；

2) 工作面開采工藝復(fù)雜，且與其他兩種開采方法相比效率較低、成本較高；

3) 工作面需要進行多次搬家，并要多掘進幾條巷道，總的巷道工程量較大，且下分層開采時工作面開采具有較大困難。

3.2 大采高一次采全厚工藝

隨著煤炭開采技術(shù)裝備的發(fā)展，1984年緩傾斜特厚煤層一次采全厚開采工藝與裝備, 首先在沈陽蒲河煤礦進行井下工業(yè)性試驗，開創(chuàng)了我國緩傾斜特厚煤層一次采全厚的先河。目前，一次采全厚開采方法應(yīng)用非常廣泛，由于技術(shù)設(shè)備的不斷深入發(fā)展，大采高成套設(shè)備型號齊全，適用于各種不同高度煤層開采的需要。大采高一次采全厚工藝具有下特點：

1) 大采高一次采全厚工藝相較于其他兩種開采方法，開采工序少，煤炭資源回收率高，煤炭含矸率低；

2) 由于采用大采高一次采全厚工藝，使得工作面礦壓規(guī)律顯現(xiàn)明顯，會導(dǎo)致地質(zhì)巖層結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重破壞；

3) 采用大采高一次采全厚工藝，所配套的采煤設(shè)備和液壓支架，具有體積大，不便于運輸、安裝的特點。

3.2 放頂煤開采工藝

放頂煤開采工藝，是在厚煤層底部布置工作面，其上部的煤炭資源采用爆破或礦山壓力破碎的方式，流放到液壓支架上方或后部刮板輸送機上運出的一種開采方法。1985至1986年,原甘肅窯街礦務(wù)局二礦對特厚煤層綜放開采法進行了試驗，隨之全國各地的煤礦企業(yè)也先后應(yīng)用了放頂煤開采工藝，總的來說該開采工藝具有以下特點：

1) 多個放煤口同時落煤，頂煤垮落效果好、人力成本低，但煤炭中夾矸含量較高；

2) 放頂煤開采工藝與分層開采工藝相比，工作面搬家次數(shù)少，生產(chǎn)集中化程度高；

3) 放頂煤開采工藝為了保證煤質(zhì)符合用戶要求，需根據(jù)頂煤的冒放性現(xiàn)場控制放煤操控量。

4 開采工藝與操作作業(yè)的優(yōu)化

當(dāng)前我國煤炭開采技術(shù)雖然已經(jīng)取得到了很大的成就，不同厚度煤層都可選取適當(dāng)?shù)姆椒肮に噥黹_采，但為了保證安全、高效開采，保障煤礦的生產(chǎn)安全，進一步提高煤炭資源的回收率，開采工藝還有優(yōu)化的空間[4-6]：

1) 靈活選擇開采方法。煤礦應(yīng)根據(jù)煤層的地質(zhì)賦存條件，靈活選擇開采方法，要擺脫傳統(tǒng)開采方法的限制，大膽應(yīng)用科學(xué)、合理、高效的開采工藝方法，打破傳統(tǒng)的思想觀念，在保證安全的情況下，大膽進行開采工藝嘗試，采取措施提高生產(chǎn)效率和煤炭資源回收率。

2) 合理控制采煤工序。合理控制每一道開采工序，認(rèn)真監(jiān)督關(guān)鍵工序點，防止出現(xiàn)一些細(xì)節(jié)問題，如過量放煤造成壓溜故障，導(dǎo)致系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)等。

3) 采取有效安全措施。為了保障工作面的生產(chǎn)安全，必須結(jié)合實際地質(zhì)條件制定合理的作業(yè)規(guī)程，經(jīng)安全培訓(xùn)后提高員工安全意識與處理事故的技能，做到持證上崗，以保障各個崗位安全生產(chǎn)。