厚煤層大采高開(kāi)采技術(shù)研究及應(yīng)用

龍煤集團(tuán) 鶴崗分公司 興安煤礦安裝區(qū) 李偉山

我國(guó)是一個(gè)煤炭礦產(chǎn)儲(chǔ)存大國(guó)，同時(shí)也是煤炭開(kāi)采大國(guó)。在我國(guó)，厚煤層產(chǎn)量約占礦產(chǎn)總產(chǎn)量的50%，而不利的煤礦采礦地質(zhì)條件和較為落后的生產(chǎn)工藝為厚煤層礦產(chǎn)資源可采帶來(lái)了極大的困難。自從厚煤層大采高厚綜采的開(kāi)采技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，極地大提高了采煤工藝的機(jī)械化和技術(shù)水平，在大中型礦井開(kāi)采中得到了普遍應(yīng)用。為了使厚煤層大采高開(kāi)采技術(shù)得到進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。本文，筆者簡(jiǎn)要闡述了這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際情況和相關(guān)研究。

一、某礦井采礦地質(zhì)條件

某礦井工作面每煤層在178～328 m，整個(gè)煤層呈單斜構(gòu)造，走向?yàn)?79°～348°，斜角為7°～9°，煤層厚6.38～6.97 m。經(jīng)過(guò)一系列開(kāi)采后發(fā)現(xiàn)，該煤層厚度穩(wěn)定，可采性好。厚煤層開(kāi)采過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)資源浪費(fèi)等問(wèn)題，為了提高生產(chǎn)效益，確保生產(chǎn)活動(dòng)安全，必須采用合適的開(kāi)采技術(shù)和工藝。

二、開(kāi)采方法分析與確定

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)出現(xiàn)了多種煤炭開(kāi)采技術(shù)，但采用何種開(kāi)采技術(shù)才能減少資源浪費(fèi)、提高生產(chǎn)效益并確保生產(chǎn)活動(dòng)安全成了一個(gè)重要問(wèn)題，綜合分析了國(guó)內(nèi)常用的幾種開(kāi)采技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)，以期達(dá)到預(yù)期效果。目前，國(guó)內(nèi)一些大中型煤坑一般采用斜角分層、放頂煤開(kāi)采工藝，很少采用成套設(shè)備進(jìn)行大采高工藝技術(shù)，為此，應(yīng)重點(diǎn)分析大采高、放頂煤和分層開(kāi)采等三種采煤工藝技術(shù)，以期找到最適合該礦井采礦地質(zhì)條件的開(kāi)采技術(shù)。

分層開(kāi)采工藝是當(dāng)前國(guó)內(nèi)大中型礦井常用的采煤技術(shù)，并在長(zhǎng)期工作過(guò)程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，工藝水平已經(jīng)發(fā)展到了一定的水平。盡管如此，由于這種采煤工藝采準(zhǔn)巷道系統(tǒng)復(fù)雜，巷道掘進(jìn)效率低，導(dǎo)致巷道維護(hù)與掘進(jìn)的費(fèi)用高，加上特厚煤層單產(chǎn)低、效率低，該礦井的開(kāi)礦條件并不適合采用這種方法。放頂煤開(kāi)采工藝起源于二十世紀(jì)六七十年代，由于受到某些因素限制，該開(kāi)采工藝目前已經(jīng)很少使用，如適合應(yīng)用此種開(kāi)采工藝的煤層少、回采效率低、易自然發(fā)火等，因而此種開(kāi)采工藝也不適合。根據(jù)該礦井的開(kāi)礦條件，采用大采高技術(shù)能夠取得好的經(jīng)濟(jì)效益，但要在項(xiàng)目初期投入大量的進(jìn)口設(shè)備，投入較高。正是因?yàn)辇嫶蟮耐顿Y限制，大采高厚煤層開(kāi)采工藝在我國(guó)并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展，但只要解決好大采高配套和回采工藝方面的技術(shù)難點(diǎn)，就可以有效提高我國(guó)厚煤層開(kāi)采的安全生產(chǎn)水平和資源回收率。大高采主要配套設(shè)備及參數(shù)見(jiàn)表1。

三、大采高綜合工藝方式的確定

確定大采高綜合工藝方式并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程。首先，要要確定采煤機(jī)、支架移架和刮板輸送機(jī)推移等速度是否處于正常工作狀態(tài)，然后根據(jù)相關(guān)情況分析工作面主要事故可能分布的位置。之后，需要確定開(kāi)采工藝的各種開(kāi)采參數(shù)，并結(jié)合參數(shù)確定設(shè)備的日工作量，即工作面采用雙向割煤，日進(jìn)6 刀，日產(chǎn)量6 498 t。

表1 大采高主要配套設(shè)備及主要參數(shù)

四、大采高厚煤層在我國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展研究

大采高厚煤層開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用，雖有效提高了安全生產(chǎn)工藝技術(shù)的水平和資源回收的效率，但是由于工作系統(tǒng)大多采用進(jìn)口的設(shè)備，需要較高的資本投入。也正是由于這個(gè)原因，國(guó)內(nèi)一些礦井生產(chǎn)企業(yè)并不中意這種開(kāi)采技術(shù)，制約了大采高厚煤層開(kāi)采技術(shù)在我國(guó)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展。

為了使大采高厚煤層開(kāi)采工藝在我國(guó)得到持續(xù)推廣，應(yīng)積極研究并探索應(yīng)用國(guó)產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行大采高綜采面生產(chǎn)的可行性。為了研究這種可行性，對(duì)一般覆巖活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了模擬分析。根據(jù)模擬結(jié)果得到了煤層工作面初次、周期來(lái)壓時(shí)的礦壓顯現(xiàn)的基本規(guī)律，即初次來(lái)壓時(shí)步距在50 m 左右，周期來(lái)壓時(shí)步距大于15 m。工作面推進(jìn)過(guò)程中，煤層上方的土層能夠基本形成具有一定承載力的巖層結(jié)構(gòu)，一定程度對(duì)上覆巖層起到了控制的效果，由此證明國(guó)產(chǎn)設(shè)備對(duì)上覆巖層的運(yùn)動(dòng)有著良好的適應(yīng)性。為了進(jìn)一步確定這一結(jié)果的正確性，進(jìn)行了工業(yè)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，初期來(lái)壓時(shí)步距在50 m，周期來(lái)壓時(shí)步距在16 m。初次來(lái)壓時(shí)，采場(chǎng)頂板下沉部分越來(lái)越大，為了保證其穩(wěn)定性，需要結(jié)合現(xiàn)有支護(hù)技術(shù)控制定頂板下沉對(duì)采場(chǎng)的影響，避免出現(xiàn)冒頂、突水等事故。由于周期來(lái)壓時(shí)頂板所承受的強(qiáng)度會(huì)越來(lái)越大，支護(hù)所承載的荷載也會(huì)越來(lái)越大，因此應(yīng)適當(dāng)減少支架的工作阻力，以確保支護(hù)裝置的良好性。由此可見(jiàn)，分析總結(jié)到采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行厚煤層大采高工藝施工，可以節(jié)約投資成本，簡(jiǎn)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為其在我國(guó)的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

五、結(jié)論

大采高厚煤層采煤工藝技術(shù)有著生產(chǎn)安全性高、資源回收率高等優(yōu)勢(shì)，為了克服其投資成本高的缺陷，應(yīng)切實(shí)研究如何應(yīng)用國(guó)產(chǎn)設(shè)備達(dá)到采用進(jìn)口設(shè)備的生產(chǎn)效果，只有這樣，才能使其在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，為我國(guó)煤礦開(kāi)采產(chǎn)業(yè)所服務(wù)。