综采放顶煤是厚煤层煤炭开采技术之一。把原来分层开采的煤炭,一次采完。方法是,在煤层底部按传统方法开采,使上面的煤炭在矿压的作用下,自动落下来。
一、厚煤层开采现状
厚煤层综合机械化长壁放顶煤开采方法是20世纪70-80年代出现、受到各主要产煤国广泛注意,并在中国首先成功推广使用的一种新采煤方法,适于5—20米厚的煤层一次全高开采。这种新采煤方法只在下部煤层中布置采煤工作面,上部煤炭则从支架上的窗口放出。它将原来厚煤层需分层多次才能采出的煤炭一次性采出,具有许多显著优点。
放顶煤开采新技术在经济效益上有着巨大的优势,使采煤方法产生了根本性的变革。但是,放顶煤开采新技术对工作面采场围岩的破坏范围大,回采率低,瓦斯涌出量大,出现了自然发火严重、煤尘超标等技术和安全问题。由于我国厚煤层资源丰富,占总储量的44.8%,因此放顶煤技术的研究和推广对我国煤炭工业的发展具有特别重要的意义。
二、厚煤层现代开采的技术重点
1. 综放工作面放顶煤能力提高问题
综放工作面要实现综合出煤能力最大,就必须满足采、放工序最大限度平行作业,即放顶煤平均循环时间不大于采煤机平均割煤循环时间,否则,采煤机就要停机等待放顶煤工序。综放工作面采煤机割煤高度变化不大,当煤层厚度较大时,后部刮板输送机能力和放煤速度将成为关键因素,因此,必须实现前后部刮板输送机能力协调,加大液体支架后部放煤空间及放煤口开启和关闭操作速度。
2. 加大工作面长度
由于采煤工作面推进速度加快,为了减少采煤机斜切进刀时间和工作面端口作业影响时间,提高有效开机率,必须进一步加大工作面长度。工作面长度加大后,工作面可采储量增加,延长工作面延续推进时间,可以保证工作面稳产高产,同时相对减少了上、下端头顶煤的损失率,提高了汇采率。
3. 大功率装备的国产化配套
我国大型采煤机、刮板输送机、液压支架等国产设备,通过引进、消化、吸收,已经逐步达到国外上个世纪90年代初的水平。但是,一些主要元部件的制造还没有过关,特别是电液控制设备要进一步国产化。
4. 煤层自然发火的防治
厚煤层开采的最大隐患是煤层的自然发火。虽然开发了一系列防灭火技术,有效地控制了开采煤层的自然发火。但是,煤层自然发火的隐患还在,如何更有效地解决煤层自然发火问题,需要进一步研究。
5. 提高煤炭回采率
提高资源回采率是煤炭开采的永恒主题,综放回采率仍然有进一步提高的潜力。加强对顶煤运动规律的研究和冒放规律的研究。确定合理的放煤工艺参数和支架结构,优化工作面参数有助于提高回采率。
6. 地面环境保护
与中厚煤层相比,厚煤层开采引起的地表和环境破坏都大得多。为了减少煤炭开采对地表的破坏,采用覆岩离层带注浆、厚煤层地表保护性开采、矸石回填塌陷区等方法,取得一定成效。但是,这些办法仍不能从根本上解决煤炭开采出后地面大面积塌陷问题。
三、错层位巷道布置提高采出率
煤炭采出率低,尤其是工作面端头过渡支架不能放煤和区段平巷顶煤损失以及区段煤柱损失是厚煤层放顶煤开采的技术难题。为提高煤炭资源采出率与综合解决这一难题,可采用一种厚煤层无煤柱开采的错层巷道布置采全厚采煤法,该方法适用于煤层倾角0~25°,煤质松软或中硬,自然发火期3~6个月以上的条件。
1. 错层位巷道布置
对于既可以分层又可以一次采全高的厚煤层,采用错层位巷道布置系统,将工作面两端的区段进风平巷与区段回风平巷分别布置在厚煤层的不同层位,回风巷沿顶板布置在厚煤层的上部层位,当煤层倾角较大时,区段进风巷沿顶板布置,回风巷沿底板布置,原理相同。
与工作面两巷通常都布置在厚煤层的同一层位不同,该方式称为厚煤层错层位巷道布置。平巷在上一工作面稳定的采空区下掘进。这种设计不仅端头顶煤被采出,端头煤损也称为三角形煤柱,区段煤柱被取消,煤损大为减少。
2. 错层位巷道布置的优点
厚煤层错层位巷道布置全高开采方法立足与生产实际,实现了现有成熟技术元素的综合集成,巷道布置与回采工艺都具有创新而切实可行的特点,保留了放顶煤开采的高产高效优势,吸纳了分层采的巷道掘进经验,实现了无煤柱开采,降低了巷道掘进、维护的难度与成本,提高掘进速度,降低掘进成本,提高资源采出率;在安全生产方面,减少了端头丢煤,降低了发火危险,尤其是取消了两巷在顶煤下掘进,避免了巷道高冒区发火。
四、厚煤层自然发货综合防治措施
厚煤层自然发火是煤炭开采中的一个重要问题,如何预防厚煤层的自然发火,以及发火的后的灭火也是开采中需要直面的。
1. 下巷道喷浆防止自然发火
对井下所有巷道进行喷浆,喷浆厚度平均在3cm,粗料石砌碹的巷道经喷浆后,减少了巷道空隙,减少了漏风,从而减少了向煤层供氧,减慢了煤层的氧化速度。巷道喷浆后为预防巷道壁后煤层自然发火创造了有利条件,井下密闭墙进行喷浆,既防止了采空区漏风,又有效地预防了采空区煤层自然发火。
2. 改变采煤方法防止自然发火
采用分层开采,火区始终跟着回采工作面,灭火和采煤互相影响。而采用全高放顶煤采煤方法,采空区自然跨落快,采风区漏风少,采过联络巷道及时封闭。采煤工作面高温点及煤层自然发火明显减少。
3. 改造矿井通风方式,预防煤层自然发火
矿井通风方式应采用中央并列式和中央分别式混合式通风,轨道运输巷和胶带运输巷同时入风,风经工作面前顺槽进入采煤工作面,由采煤工作面至后顺槽和集中回风材料巷到风井。从而杜绝了中央并列式通风回风材料巷交叉通过集中胶带巷和轨道运输巷道。减少了交叉巷道漏风从而降低了巷道壁后煤层自然发火。
4. 地面用钻机向火区打钻孔灭火
井下自然发火地点确定后,把火区坐标点填到井上下对照图上,根据井上下对照图在地面选点打钻孔,用钻孔灌黄泥浆把火区范围圈住使火区不向外蔓延,然后在火区中心打钻直接灌黄泥浆灭火。当火区范围较大时,使用多个钻机同时打钻孔灭火;钻机灭火范围封火区非常有效,可堵住火区使其不能向外蔓延,从而有效控制火区范围,为有效灭火创造条件。
参考文献
[1] 陈炎光. 中国采煤方法, 中国矿业大学出版社, 1991.