堅硬頂板采場礦壓規(guī)律研究及采煤工藝的選擇

劉世榮

摘 要：采煤過程中應(yīng)用的堅硬頂板采場礦壓顯現(xiàn)規(guī)律復(fù)雜，工作面初次來壓和周期來壓步距以及來壓強(qiáng)度較大，而堅硬頂板采場礦壓顯現(xiàn)相關(guān)特征指數(shù)是采煤工藝的選擇的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。文章通過對堅硬頂板礦壓顯現(xiàn)規(guī)律確定方法的研究，并結(jié)合我國堅硬頂板煤礦開采的工程實踐經(jīng)驗，對堅硬頂板礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了分析，結(jié)合堅硬頂板采場礦壓規(guī)律的分析結(jié)果進(jìn)行了堅硬頂板采煤工藝選擇的研究。

關(guān)鍵詞：堅硬頂板；采場礦壓規(guī)律；采煤工藝；選擇

1 堅硬頂板采場礦壓規(guī)律分析

要想解決難冒堅硬頂板開采的控制問題，除了需要采取有針對性的采煤工藝（例如刀柱采煤法、填充采煤法等）外，還需要對堅硬頂板采取弱化處理。結(jié)合具體的工作實踐可知，頂板裂隙的發(fā)育程度、注水時間等因素將會直接影響頂板注水效果。考慮到上述幾種因素的影響，頂板的注水效果也要比強(qiáng)制放項差，因此現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)也很少使用預(yù)注水措施來弱化頂板。

爆破是近年來采煤企業(yè)使用頻率較高的一種強(qiáng)制放項手段，其主要應(yīng)用原理是利用爆破瞬間的沖擊力，使頂板結(jié)構(gòu)松動，或是直接破壞原有的頂板結(jié)構(gòu)。隨后再對頂板進(jìn)行清理措施，逐步縮小堅硬頂板的懸頂面積。這樣一方面可以為后續(xù)堅硬頂板采煤工藝的順利開展?fàn)I造了良好作業(yè)環(huán)境，另一方面也能夠有效降低生產(chǎn)作業(yè)中的安全隱患。

2 堅硬頂板采煤工藝分析

不同的煤礦環(huán)境和地質(zhì)條件，所適用的采煤工藝也有所差別。傾斜分層下行垮落采煤法由于結(jié)合了大型的機(jī)械設(shè)備，明顯提高了采煤效率，因此在堅硬頂板采煤工藝中得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是近年來，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷研發(fā)和采煤工藝的創(chuàng)新，傾斜分層下行垮落采煤法的應(yīng)用缺陷也逐漸顯現(xiàn)出來，大采高綜采技術(shù)和長壁厚煤層方頂技術(shù)的應(yīng)用比例逐漸上漲，以下就這兩項采煤工藝技術(shù)進(jìn)行簡單介紹和分析。

2.1 大采高綜采技術(shù)

該項采煤工藝的最大優(yōu)點在于采煤厚度大，通常適用于3.5m-6m的煤層厚度，并且根據(jù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有部分采煤企業(yè)的科研部門開始嘗試7m煤層的開采。除此之外，該項技術(shù)還具有設(shè)備操作方便等特點，是現(xiàn)階段國內(nèi)堅硬頂板采煤工藝中較為常用的技術(shù)手段之一。但是通過實際的技術(shù)應(yīng)用也發(fā)現(xiàn)，大采高綜采技術(shù)也有一定的局限性，例如在煤層地質(zhì)構(gòu)造相對單一的環(huán)境下，其采煤效率較高，但是如果煤層環(huán)境復(fù)雜，或是煤層傾斜角度過高，都不利于大采高綜采技術(shù)采煤效率的發(fā)揮。因此，相關(guān)人員在選擇采煤工藝時，首先要根據(jù)實際的地質(zhì)環(huán)境和全方位的測量，科學(xué)、合理的選擇采煤工藝。

2.2 厚煤層放頂采煤法

通過上文分析可知，大采高綜采技術(shù)適用于煤層結(jié)構(gòu)單一的煤礦環(huán)境，厚煤層放頂采煤法則能夠適應(yīng)更加復(fù)雜的煤礦地質(zhì)環(huán)境。在煤質(zhì)方面，厚煤層放頂采煤法不僅能夠適應(yīng)中度、硬度的煤層，而且能夠在軟煤層中有較好的效果發(fā)揮。而從國內(nèi)采煤作業(yè)的實際情況來看，多數(shù)煤田隨著開采年限的增加，透水率上升，都會在不同程度上出現(xiàn)煤質(zhì)變軟等現(xiàn)象。厚煤層放頂采煤法的這一應(yīng)用特點，能夠很好的解決煤田后期的采煤質(zhì)量和采煤效率問題。除此之外，該項采煤工藝還能適用于夾角超過15°，或是單層夾矸厚度小于1m的煤層，因此具有較為廣泛的實際應(yīng)用。從細(xì)節(jié)上來看，厚煤層放頂采煤法也存在一些缺陷，例如對設(shè)備的功能性要求較高，或是采煤作業(yè)期間的設(shè)備管理要求嚴(yán)格等，這些問題也需要設(shè)備操作人員在實際的采煤工作中加以注意。

3 堅硬頂板采煤工藝的選擇

根據(jù)堅硬頂板采場礦壓規(guī)律，合理選擇采煤工藝，可以極大的提升采煤效率。在綜合分析采煤工藝種類、特點、適用性等內(nèi)容的基礎(chǔ)上，其具體的選擇方法總結(jié)如下。

3.1 長壁厚煤層輕型液壓支架放頂煤采煤法

輕型放頂煤液壓支架在10t以下，采高控制在2.2m，放煤高度在2.2m左右，我國峰峰礦區(qū)應(yīng)用該采煤法開采過厚度為3.8m的煤層，并取得了很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。在選擇這種采煤法時，還需要綜合考慮以下工藝選擇標(biāo)準(zhǔn)：首先，該采煤法能夠極大的簡化巷道布置，從而為全方面的提升巷道掘進(jìn)速率提供必要保證。對于煤炭企業(yè)來說，采煤速率在很大程度上與企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益直接掛鉤，傳統(tǒng)企業(yè)為了提升采煤速度，其主要工作方面是增加煤炭開采的工作面，雖然能夠在短期內(nèi)取得預(yù)期的效率提升目標(biāo)，但是無形之中增加的設(shè)備、人員開支，不利于企業(yè)的長期發(fā)展。長壁厚煤層輕型液壓支架放頂煤采煤法能夠通過簡化巷道布置，在不增加采高工作面的情況下，提高采煤效率，從而降低了企業(yè)的成本支出，維護(hù)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 長壁一次采全高綜合機(jī)械化采煤法

采用一次采全高綜合機(jī)械化采煤法，工作面頂沿K2石灰?guī)r，底沿下部泥巖夾矸。這樣設(shè)置的優(yōu)點在于能夠巧妙的避開煤礦底層的含硫劣質(zhì)煤炭資源，從而保證了采煤質(zhì)量，間接的維護(hù)了企業(yè)作業(yè)效益。

（1）長壁一次采全高綜合機(jī)械化采煤法的應(yīng)用優(yōu)勢

堅硬頂板的控制歷來是礦場采煤所必須重視和解決的重要問題。該種采煤方法則能夠很好的控制堅硬頂板，確保頂板的穩(wěn)定性，防治垮落大塊矸石掉落影響。除此之外，根據(jù)該采煤工藝的應(yīng)用領(lǐng)域不同，其應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，生產(chǎn)集中，機(jī)械化程度高。用機(jī)械作業(yè)代替人工作業(yè)，一方面能夠極大的提升采煤效率，降低采煤作業(yè)期間的人力成本支出，維護(hù)采煤企業(yè)利潤；另一方面，煤礦環(huán)境相對惡劣，尤其是多年煤礦，隨著開采深度的增加，其危險系數(shù)也相應(yīng)提升，以智能化、自動化機(jī)械設(shè)備代替人工進(jìn)行采煤，也極大的降低了安全事故的危險后果，避免了潛在的人員傷亡事故；第二，采掘銜接容易，符合現(xiàn)代技術(shù)要求。受社會主義市場經(jīng)濟(jì)體制成熟發(fā)展的影響，采煤企業(yè)要想在激烈的行業(yè)競爭中實現(xiàn)獲利和發(fā)展，就必須要緊跟市場發(fā)展形勢，主動融入市場，開展集約化程度高、符合現(xiàn)代礦井作業(yè)模式的發(fā)展方向，從而在保障采煤作業(yè)安全的大前提下，盡可能的降低成本支出，提高采煤效率，實現(xiàn)經(jīng)營獲利的最大化。

（2）長壁一次采全高綜合機(jī)械化采煤法的缺點

采高較大、無直接頂，且基本頂是厚層難冒堅硬頂板時，下位的基本頂不易形成力學(xué)平衡，在折斷和回轉(zhuǎn)運動程中，容易對工作面支架形成沖擊載荷，較大的懸頂容易引起較強(qiáng)烈的初次來壓和周期為壓。工作面煤壁片幫隨采高加大而增加，控制相對有難度。通過實際工作經(jīng)驗可知，上述這些缺點雖然不會對堅硬頂板采煤工藝產(chǎn)生直接的影響，但是無形之中增加了潛在的采煤風(fēng)險，如果不及時的采取有效防控手段，還會進(jìn)一步制約采煤效率和企業(yè)效益。因此，企業(yè)管理人員和采煤作業(yè)人員，應(yīng)當(dāng)客觀看待該種采煤工藝中的缺點，并利用技術(shù)、設(shè)備等多種方法，實現(xiàn)采煤法的缺點防治。

4 結(jié)束語

通過加強(qiáng)堅硬頂板采場礦壓規(guī)律分析，并結(jié)合具體的礦區(qū)環(huán)境合理選擇采煤工藝，可以顯著提升煤礦企業(yè)的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。不可否認(rèn)的是，現(xiàn)階段由于礦區(qū)環(huán)境惡化、人員管理理念落后等因素的影響，采煤工藝的選擇仍然不夠理性和客觀，這就要求煤礦企業(yè)管理人員樹立責(zé)任意識和安全意識，綜合考慮成本投資、采煤效率、最終獲利等種種因素，制定符合企業(yè)自身的最佳采煤工藝。

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