工业技术 放顶煤开采技术常见问题研究 柳秋生 （山西阳城阳泰集团伏岩煤业有限公司，山西阳城０４８１０５） 摘要本文主要介绍了我国厚煤层放顶煤开采技术的发展和开采方法的应用情况，并针对放顶煤开采中存在的采出率低、 坚硬顶煤的弱化等问题提出了有效的解决措施，旨在完善我国放顶煤开采技术和提高放顶煤的开采率。 关键词：放顶煤；开采技术；采出率；问题；措施 中图分类号：ＴＤ８２ 文献标识码：Ａ 厚煤层综合机械化长壁放顶煤开采 方法出现于２０世纪７０—８０年代，主要是 用于厚度在五米以上，二十米以下的煤层 进行一次性全高开采。这是一种采煤的新 形势，其采煤的方式即：采煤的工作面在 煤层的下部而煤炭从上部支架上的窗口放 出。以往对厚煤层那的开采，主要是通过 把煤层分成几层，逐层开采，而放顶煤开 采方是把煤一次性采出，极大的提高了采 煤的＿Ｔ作效率，节省了ｌＴ作时间。放顶煤 开采在我国经过多年的应用实践证明：在 提高ｌＴ作面产量方面，具有非常大的优势， 但是在长期的使用中，在工作面出现的如 含矸率上升，采出率较低，粉尘的浓度加 大以及大量的瓦斯涌出等问题使煤炭开采 过程中，存在的不安定因素，这对于放顶 煤的开采和发展有消极的影响。 １放顶煤开采的特点与现状． 使用综采放顶煤开采方法与分层综 采开采方法相比，具有高产、高效的特点， 它的优势表现在即使是在不同的条件下， 也能实现生产的高产和高效。具体表现在 １．１放顶煤开采方面的高产和高效 综采放顶煤的开采和传统采煤方式 相比，最大的特点在于在煤矿区可以进行 层的开采。 平行开采，在平行工作面中，多个开采点 １．５对于特厚倾斜的煤层能够实现机 可以同时采煤，使得工作效率提高了一倍 械化的开采 综采放顶煤开采技术在水平段的急 多。 ． １．２极大地降低了电力和材料的损失 倾斜的厚煤层开采过程中，能够实现安全、以及吨煤工作的之处 高效的机械化开采。 使用综采放顶煤开采，能够有效的 综上所述，放顶煤开采技术在厚煤 降低电能、金属网、材料以及工作的损耗； 层开采方面有着其他开采方法无法比拟的 而综采放顶煤开采技术和大采高开采技术 技术和经济优势。现阶段，纵观我国的煤 相比，能够使工作面的吨煤电耗下降，巷 矿，综采放顶煤是对于煤层厚度大于七米 道掘进和辅助运输成本降低。 以上以及强度较低、容易片帮厚煤层所使 １．３巷道掘进率较低 用的主要开采方法。尽管综采放顶煤开采 综采放顶煤开采技术的巷道掘进率 技术具有明显的优势，但是在实际的开采 般比分层开采低１－２倍，有效的提高了 施工中，还存在一些问题，这使得综放开 巷道掘进率，节省了费用，缓解了采煤掘 采技术在我国今后的煤矿开采中还要进一 进不连续的情况，为生产集中化提供了条 一件。 菇 １．４煤层良好的赋存条件 综采放顶煤采煤技术在我国多年的 采煤实践证明，在厚煤层的缓倾斜煤层中， 煤层的厚度不均匀，变化性较大，而放顶 煤开采技术能够和这种变化相适应，提高 开采进度。不光如此，放顶煤层还能很好 的适应存在落差、破碎顶板等相对复杂煤 图１综放采场瓦斯涌出在空间分布图 （根据实际调整）。连铸操作中间包采用 粗轧前除鳞采用全线除鳞，喷嘴压 ４．３金相检验及分析 碱性覆盖剂结合碳化稻壳进行覆盖，开浇 力≥２５ＭＰａ，同时使用上下全部集管，充 由图１可知，经过轧制后，钢板组 初期加５袋，正常后结合中间包温度再加 分去除氧化铁皮。粗轧采用单道次大压下 织为铁素体与珠光体混合物，并且以铁素 ５袋，保证中包液面覆盖良好。 制度，保证后三道次压下量不小于１５％。 体为主。图中发现部分混晶组织，这是由 ３．２Ｘ６５ＭＢ轧制工艺 根据钢板轧制温度要求，合理的控制机前 于微区成分偏析以及轧制工艺不稳定而造 ３．２．１加热制度 除鳞水。再结晶终止温度约９７０￣Ｃ。中间 成的。混晶是常见的缺陷组织，混晶会使 装炉方式：采用冷装，铸坯装炉温 坯待温时采取游动降温，游动范围不小于 钢板的强度降低，塑性和韧性变差，生产 度不高于２００℃，加热参考时间按８ｍｉｎ／ ３００ｍｍ，防止产生辊道黑印，禁止水冷； 中应严格控制冶炼、轧制生产工艺，尽量 ｃｍ。要求将钢坯烧匀烧透。入炉板坯加 为保证成品板型和性能，精轧应采用６＋Ｉ 避免产生混晶组织。由图中可观察到，带 热制度具体要求见表２。 道次轧制，终轧温度控制在７９０～８３０＇Ｅ左 状组织比较明显，带状组织主要与铸坯的 ３．２．２轧制制度 右。 枝晶偏析轧制工艺有着密切关系。 ３．２．３．精整工艺 参考文献 根据板形控制情况，确定矫直道次。 …１王仪康．对高压输送管线用钢需求和 钢板经过热矫直后，进入１＃或 冷床进 展望ｆＭ１．北京：冶金．Ｙ－Ａ部，１９７７． 行空冷。切边钢板的尺寸、外形、重量及 『２侯斌，徐筱芗，李娜．安钢炉卷轧机 ２１允许偏差ＧＢ／Ｔ７０９标准要求。 生产Ｘ７０级管线钢工艺简介卟宽厚板， ４性能检测与分析 ２００５（０１）． ４．１在钢板１／４宽度处，取一件横向 『３江海涛，康永林，于浩．用炉卷轧机 ３１试样，拉伸试验结果如所示。 生产高强韧管线钢的生产技术卟钢铁 ４．２夏比ｖ型缺口冲击试验 研究学报，２００６，１８（０３）：４． 在钢板１／４板宽处，取三个横向试样。 夏比冲击性能如表５所示。 图１ —９０一 中国新技术新产品 工业技术 步的完善和提高。 ２综采放顶煤开采技术面临的主要问 题分析 ２．１综放开采的采出率较低 我国从上个世纪开始对厚煤层的开 Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｅｈｎｏｌｏｚｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｑ！ Ｑ： ！ｉ ！ 采，实施分层开采的方法，并且对厚煤层 开采的回收工作面煤炭的采出率和采区的 产出率都规定了较高的数值，但是经过煤 炭开采的实践证明，在煤矿开采中，因为 整个煤层中出现断层切割、煤层厚度变化 较大，分层开采时，煤层的厚度不同等条 件的限制，使得我国早年间的采用的分层 风流的运营，并且有大量的松散煤的存在， 松散煤能够切实的保证瓦斯充分的释放。 在煤层的缝隙中释放出来的瓦斯，有的在 支架的上方停留，还会有的反而在工作面 的隅角处聚集起来，反而为瓦斯事故的发 生埋下了隐患。 图ｌ表示的是综放采场瓦斯涌出在 空间的分布图。在图１中，图上的Ｂ区 的平均风速是Ａ区的８０％，而Ａ区的平 均风速是ｃ区的７０％。Ｃ区是放落煤炭以 及采空区遗煤瓦斯涌出地点，Ｂ区是断裂 煤壁，这样就形成了低风速和高瓦斯量相 发生火灾使，没有做好防火措施，也没有 救火措施，只能关闭工作面，所以在放顶 煤开采的过程中，对火灾的防治和预防工 作是今后工作的重点。 ３３完善防治瓦斯灾害的技术 通过以上对综放工作面中瓦斯涌出 量的大幅度增加的问题，以此造成煤矿中 的瓦斯爆炸，不仅仅给煤矿工作人员的生 命安全带来严重的威胁，还造成了巨大的 经济损失和社会影响。所以采取措施减少 和预防煤矿区的瓦斯爆炸是工作的重中之 重，瓦斯爆炸不仅仅给经济造成损失，还 煤矿开采根本无法满足国家的相关规定。 对应的区域，在这样的区域里，瓦斯很容 严重威胁着人们的生命财产安全。现如今， 尽管使用综采放顶煤开采技术大大的缓解 易超标。对顶板比较稳定或者容易冒落， 我国对瓦斯治理的最有效最直接的方法就 了这些影响因素，但是在正常的开采情况 直接顶板厚度较薄的综放工作面采煤时， 是抽取瓦斯，主要的方式为：在煤矿开采 下，采用综采放顶煤开采技术的采出率只 在采空区的上部也许会留有巨大未冒落空 区内的巷道设置三进一回的方法，把位于 能够达到８１％一８６％，煤炭损失的情况不 穴，当上部的顶板突然间断落时，在空穴 隅角的瓦斯排除干净，清除掉位于支架上 容乐观。 中留下的瓦斯会迅速的挤入工作面以及回 面的瓦斯，把从采空区进入工作面的瓦斯 在综放Ｔ作面的煤炭损失基本上可 风巷中，从而引起瓦斯的爆炸。 分流稀释，然后在通过采用远煤壁打眼爆 以分为三个部分：首先是放煤工艺造成的 ２．４放顶煤支架和配套设备的研制问 破松动的方法，把瓦斯慢慢的释放出来。 煤炭损失大约占到了工作面损失的１／２及 题 ３．４新型系列综放支架以及配套设备 其以上；其次是在开采的过程中，设备条 在综采放顶煤开采的工作面的过渡 在综采放顶煤开采过程中，最重要， 件限制引起的损失约占到了１／４；最后是 之间和端头支架的研究工作一直以来都是 最关键的技术要数综放支架的综放开采技 综放工作面的设计参数受到限制或者是不 放顶煤开采过程中的重要问题，经过长时 术。在多年的采煤实践中可得出，在缓倾 合理而引发的损失占到了１／４。 间的研究，收效甚微。工作面端头没有合 斜厚煤层综采放顶煤开采的工作面中确立 ２．２放顶煤开采的自然发火防止问题 适的支架和放煤的方法，这样严重的影响 了低位放顶煤支架为主要的架型，以我们 我国对于厚煤层的开采，常会出现 了煤炭的采出率，而是采煤现场丢煤的现 现阶段的技术和实例，能够设计制定出适 很多的丢煤现象和采空区封闭相对困难等 象比较严重，严重的火灾隐患无疑增加了 合不同倾角、不同厚度和不同顶底板的系 问题，在这种情况下，很容易出现自然发 工作面工作的复杂性。端头支护和手工作 列支架，设计的支架无论是从可靠性还是 火问题，发火问题的出现不但给放顶煤开 用，具有安全条件差、劳动强度高等特点， 寿命上分析，都是最先进的技术。我国在 采带来影响，还会严重制约了煤炭的产出 这些严重制约了采煤的进度，从而治愈放 综放支架的设计中，还是设计制造了端头 量，影响了煤炭开采的进度。 顶煤开采圈套设备功能的发挥。 支架和过渡支架两个重要的支架系列，使 ２．３绝对瓦斯涌出量增加 ３对放顶煤开采技术中问题的解决措 综放开采技术能够更好的适应煤矿的实际 现阶段我国多数的煤层中都含有大 施 情况，提高安全性。 量的瓦斯，有的含量较低，有的含量非常 ３．１提高综放开采采出率的主要方法 结语 高。有的煤层自身以及周围的煤层中都含 针对综放开采的采出率低的问题， 随着社会经济的快速发展和用煤量 有大量的瓦斯，在开采的过程中，一旦开 提高工作面采出率的方法主要有：首先加 的激增，作为高产、高效的放顶煤开采技 采了一面，周围的煤层中的瓦斯就会像综 大对放顶煤理论的研究，改善和丰富放顶 术在我国各煤矿区得到了普遍的应用，尤 采工作面回流。以前，针对高含量的瓦斯 煤的开采的方法，提供放煤工艺的消耗。 其是对厚煤层的开采，取得了更优的成绩， 厚煤层进行开采时，主要采用分层开采的 其次，和改善综放工作面采煤所使用的设 但是放顶煤开采目前依然存在很多的问 方式。由于在不同的煤层中，瓦斯的含量 备，及其开采方案，以有效的减少工作面 题，还需要有关部门投入大量的人力、物 各异，所以在开采第一分层时，尚未开采 两端的损失。 力和财力进行分析研究，找出可行性措施。 的煤层以及相邻的煤层中存在的瓦斯就会 ３．２做好放顶煤开采的自然发火防止 近几年，我国的放顶煤开采技术和采煤方 迅速的涌入开采的第一分层中，这样会使 问题 法都得了不同程度的发展和提高，为厚煤 正在开采的煤层中含有大量的瓦斯，从而 鉴于放顶煤开采的自然发火给煤矿 层安全、高效的开采提供了可能性，与此 增加爆炸的危险。而目前，我国厚煤层的 的开采带来的问题，所以必须采取必要的 同时为了现代化煤矿的开采，提供了更多 开采，放顶煤开采实现一次性采出，被开 防火措施，其主要的方法如下：首先在采 的采煤方式，在科学技术日新月异的今天， 次层的瓦斯可以均匀的释放，瓦斯的涌出 空区和高冒区内倒人黄泥浆或者是向采空 我们相信在不远的未来，放顶煤开采技术 量和分开采中第一层开采过程相比，大幅 区内注入一些惰性气体，这些都是切断火 和开采方式将会不断的完善和更新，我国 度的减少，而且采用综放放顶煤开采还能 燃烧的途径。其次，给巷道的围岩加固， 将会在放顶煤开采领域做出新的贡献。 实现高产、高效的工作，正是由于综放工 使用阻燃物质在巷道的表面进行涂膜或者 参考文献 作面产量的增多，在自然回流中的瓦斯含 喷洒，还可以在巷道松动圈中灌注一定的 ｆ１］李建民，现代放顶煤开采理论与实用 量很高，所以增加了治理的难度。 组织燃烧的物质。最后沿着空巷巷道的一 技术『Ｍ１，徐州，中国矿业大学出版社出 采用放顶煤开采技术，在综放工作 边灌入阻燃物，用以隔开采空区。 版．２００１ 面中煤炭的产量很高，在煤层中原始瓦斯 尽管我国现阶段在放顶煤开采过程 『２】石志文，对提高综放工作面回采率的 含量相同的情况下，和普通的综采相比， 中，防止火灾的方法很多，但是在实际的 探究Ⅱ１，中小企业管理与科技（下旬刊）， 采场瓦斯的涌出量很多，在进行放顶煤开 操作中，存在重视度不高，还是成本较高， ２００９（０８）：６－７． 采过程中，液压支架的后方和上面比没有 复发等原因，还存在着当采煤的施工面上