我国厚煤层开采技术的探讨

２０１３年１１月　第２６卷第４期　山西煤炭管理干部学院学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｃｏａｌ－Ｍｉｎｉｎｇ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｏｒｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ＮＯＶ．，２０１３　

Ｖ０１．２６　Ｎｏ．４　

・煤炭生产与管理・　我国厚煤层开采技术的探讨　

朱玉宽　（神达惠安煤业有限公司，山西忻州０３６５００）　【摘要】根据目前厚煤层开采技术的发展现状，结合长平矿４３０２工作面将厚煤层一次采全高分别与分层开采、综　放开采进行比较分析，分别对分层开采和综放开采的覆岩破坏规律进行研究，一次采全高开采和放顶煤开采的安全技术　比较，以及对一次采全高开采和分层开采经济效益比较，为厚煤层开采方法选择提供一定的依据。　【关键词】煤炭生产厚煤层开采大采高放顶煤分层开采　【中图分类号】ＴＤ４２１　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００８—８８８１（２０１３）０４—００４２－０３　

我国的厚煤层资源分布相当广泛，具有资源储　量优势，因此我国对厚煤层实现高产量、高效率开　采是势在必行的。三十年以来，我国开采厚煤层的　主要方法为分层开采，随着煤炭开采技术的飞速发　展，近年来综放开采和大采高一次采全高技术应运　而生，并成功应用于矿井生产。不论从时间顺序上　看还是从技术等级角度分析，厚煤层开采要经历分　层开采、综放开采和大采高一次采全高开采３个阶　段，但实际情况并不是这样。因此，下面主要对长平　矿４３０２工作面分层开采、综放开采和大采高一次　采全高技术三种方法的进行分析比较。　一、厚煤层开采方法　根据我国目前煤炭企业的开采技术水平来看，　厚煤层的开采方法有以下三种：　（一）一次采全高开采方法，采高为３．５～６．０ｍ，　采用功率大、强度高、可靠性高、机电一体化设备，　目前我国对此方法进行了深入的研究，并在实际生　产中得到应用。　（二）综采放顶煤开采方法，沿厚煤层底板布置　一个采高为２￣３ｍ的长壁工作面进行回采，然后在　工作面回采后利用上覆岩层的自重将工作面上方　煤体压碎冒落予以回收的一种采煤方法。　（三）传统的分层开采方法，将厚煤层分为若干　个３．０ｍ左右的平行层面从上至下逐层开采。当从　上至下逐层开采时，上一分层开采后，为确保下分　层回采安全，上分层回采必须在底板铺设金属网形　成下一分层人工假顶，待垮落的岩层稳定后对下一　分层进行回采。虽然此方法煤炭的回采率比较高，　但巷道掘进量大、巷道维护困难、工序复杂、生产效　率低、成本高，从经济、技术、安全角度考虑，此方法　较为落后，不宜采用［　］。　二、分层开采和综放开采冒落岩层高度分析　（一）分层开采　分层开采工作面上覆岩层结构图，如图１所示。　

图１　分层开采覆岩结构图　按几何关系可推导出第一分层开采冒落岩层　高度他及第ｎ分层开采时冒落岩层高度‰的计　算表达式：　

（１）　

ｍｚｎ－　＋ｍｃ［１一器】　（２）　式中：　，ｌ－—分层采高，ｍ；　——开采ｎ分层时岩梁实际沉降值，ｍ；　

——开采ｎ分层时，岩梁触矸点处冒落岩层　碎胀系数；　ｍ　——开采ｎ一１分层时已冒落岩层高度，ｍ；　Ｋ　——ｎ分层工作面所在位置上部冒落岩层残　

收稿日期：２０１３—１０—０９　作者简介：朱玉宽（１９６３一），男，山西河曲人，神达惠安煤业有限公司总工程师。　４２　余碎胀系数。　以长平矿４３０２工作面（煤层平均厚度为４．４ｍ）　为例，表达式可以用来计算第一分层冒落岩层高　度，表达式可以用来计算第二分层冒落岩层高度。　在分层开采采高相同的情况下，若两分层开采间隔　时间较短时，则第二分层工作面上覆岩层冒落残余　碎胀系数大于ｌ，冒高有较大的扩大范围，即值大；若　两分层开采间隔时间较长时，上覆岩层垮落后重新　压实，残余胀系数值约等于１，则冒高有较小的扩大　范围。　（二）综放开采　综放开采的工作面上覆岩层结构图［３１，如图２　所示。　图２综放开采覆岩结构图　综放开采冒落岩层高度与分层开采第一分层　冒落岩层高度公式表达式近似相等，区别在于（１）式　中的ｈ１用ｈｄ与｝ｌｆ的关系式进行代换，公式表达式　如下：　％：　（３）　ＡＡ－－ｌ　式中：ｒ顶煤放出率；　ＪＩｌ广—综采煤层高度；　＾广一放煤高度。　２．３冒落岩层高度　根据综放开采和分层开采冒落岩层高度的分　析，综放开采的冒落岩层总厚度之和随着采高增大　而增大，然而分层开采的冒落岩层总厚度之和则随　着开采间隔时间的变化而变化。上下分层分别进行　开采，待上分层垮落的岩层稳定后开采下分层，冒　高保持不变。　三、一次采全高开采和放顶煤开采的安全技术　比较　（一）顶板及矿压控制　在综放开采工作面，片帮和冒顶事故屡见不　鲜，采用人工超前支护方式对顶板进行控制，会增　加危险系数。前排柱的初始支撑能力为ｌ０～　２０ＭＰａ，两巷的超前支护距离范围为４５—５０ｍ。在大　采高一次采全高工作面，液压支架的支护阻力非常　大，可以达到７６００ｋＮ，大大提高了工作阻力、支护强　度，当回采进入正常期后，明显地减少了煤壁片帮　及冒顶次数，液压支架基本保持均匀受力，有较好　受力状态；两巷的超前支护距离约为３０ｍ。　（二）工作面管理　在综放开采工作面回采时，煤壁片帮、顶板冒　落、工作面端头三角煤难于控制及两巷超前支护难　度大的现象时有发生。在工作面末采时，沿顶煤铺　网难度大，容易造成煤壁片帮及顶板冒落，甚至会　发生空顶现象。　在一次采全高的初采工作面，煤壁片帮，冒顶等　现象同样也会发生，但在正常回采以后，这一现象会　得以改善，回采巷道的高度与顶板相同，工作面收尾　时在顶板铺设金属网，铺网速度快，效果好，对巷道　顶板支护控制及施工安全管理有利，这也就是大采　高一次采全高在工作面管理方面的优势所在。　（三）通风与瓦斯管理　

一次采全高与综放开采相比，工作面的断面要　大的多，优点归纳为：　１．易于通风，不易出现上隅角瓦斯积聚造成瓦　斯超限；　２．工作面温度容易控制，不易出现工作面高温　现象；　３．相对风速较小，煤尘污染程度较小，能够起　到抑尘作用。　因此，与综放开采相比，一次采全高在通风和　瓦斯管理方面更具有优势。　四、一次采全高开采和分层开采经济效益比较　（一）工作面产量　一次采全高工作面产量ｃ。＝　。Ｍ。Ｌｄｄ　式中，Ｃ。——一次采全高工作面产量，万ｔ；　——一次采全高的工作面进度，９５ｍ／月；　Ｌ。——一次采全高工作面长度（＝１８０ｍ）；　ｐ——煤的比重，取１．３３ｒｉｍ　；　ｄ　——一次采全高工作面回采率，取９３％；　

——一次采全高采高，取４．４ｍ。　分层采工作面产量　Ｃ２＝Ｖ２Ｍ２Ｌ￣ｄ２　式中，　一分层开采工作面产量，万ｔ；　厂分层开采的工作面进度，９５ｍ／月；　Ｌｒ一分层开采工作面长度（＝１８０ｍ）；　ｐ——煤的比重，取１．３３ｆｆｍ　；　分层开采工作面回采率，取９５％；　

一分层开采采高，取２．２ｍ。　经计算得，ｃｌ＝９．５２万ｔ，Ｃ２＝４．７６万ｔ。　Ｃ　＞ｃ２，故一次采全高工作面产量大于分层开　采工作面产量。　

４３　（二）掘进工作量　如果工作面布局相同，一次采全高所需要掘进　的巷道要比分层开采的少，所以一次采全高的掘进　工程量比分层开采少。　（三）吨煤电耗　虽然分层开采工作面设备的功率比起一次采　全高设备的功率要小一些，但是两个分层开采单位　时间耗电量Ａ。大于一次采全高单位时间耗电量Ａ　（Ａ　＞Ａ：），而且一次采全高工作面产煤效率　高于　分层开采产煤效率　。（　。＜　：），因此，盟＞盟分层　＂０１　＂０２　开采的吨煤电耗比一次采全高的吨煤电耗大。　（四）一次采全高和分层开采优、缺点综合比较　一次采全高的缺点有前期资金需求大、搬家困　难大及拆装工程量大，但随着高新科技的发展，这　些问题将会迎刃而解。分层开采是一种普通的厚煤　层开采方法，虽然回采率高于一次采全高，但是它　有巷道掘进量大、吨煤成本高、采煤工艺复杂、回采　效率低等缺点，而且这些缺点是很难克服的。　五、结束语　（一）根据综放开采和分层开采冒落岩层高度的　分析，综放开采的冒落岩层总厚度随着采高增大而增　大，然而分层开采的冒落岩层总厚度则随着开采间隔　时间的变化而变化。上下分层分别进行开采，待上分　层垮落的岩层稳定后开采下分层，冒高保持不变。　（二）一次采全高开采分别与综放开采、分层开　采这两种采煤方法进行相比，分析得出一次采全高　开采能够实现高产、高效、低成本的目的，获得了良　好的经济效益和技术效果，被列入厚煤层开采方法　的先进行列，彰显其优越性。　

【参考文献】　【１］杨振复，罗思波，李鸿昌．放顶煤开采技术与　放顶煤支架【Ｍ】．北京：煤炭工业出版社，１９９５．　【２】范维唐．当代中国的煤炭工业【Ｍ】．北京：煤　炭工业出版社。１９９７．　【３】宋振骐．实用矿山压力及其控制ｆＭ】．徐州：中　国矿业大学出版社，１９８８．　

（上接４１页）　测和计算。　

ＮＯ　ｌ　ＯＩ衄∞　ｌ　Ｉ　Ｔｋ　ｌ　ｌ　Ｅｒｒｏｒ．＇　ｌ＋　Ｉ　Ｉ　ｌ　ｆＡｂｓｏｌｕｔｅ．，　ｌＢ出”　Ｉ．　ｌ　ｌ　Ｉ—　Ｉ　Ｉ＋　９１　５７２３　３９１７　５７１１　２２　１２　１７１６８６　０　２１３１１８８４ｏ　９２　５６４３　０３８５　５６２２　９１　２０　１２８４５７　０　３５７９７２２　５＇　９３　５４９７　８６９３　５４９９　９２　—２　０５０６８５７　０　０３７２８５７３７　９４　５５１４　５２６４　５７７３　０７　．２５８　５４３６５　４　４７８４４３．－＇　９５　６０３７　８１１６　６０２８　４６　９　３５１６２２２　０　１５５１２４５６．￣　９６　５５３５　２２８２　５５２９　２９　５　９３８２２２２　０　１０７３９５７４＊＇　９７　５２２７　６３９６　５２０７　２　２０４３９５８８　０　３９２５２５５＊＂　９８　５４９０　５３７７　５４７６　６　１３　９　３２　０　２５４４９６０８，，，　９９　５５６９　７６５２　５５８９　８３　—２０　０６４８４５　０　３５８９５２６９；　１００　５４６２　２３１９　５４５８　１５　４　０８１８５５　０　０７４７８４５８８；　１叭　５５３２　０４８８　５４５２　３１　７９　７３８７５２　１　４６２４７６５￣　１０２　５７６１　７３４　５７４７　７６　１３　９７３９６４　０　２４３１２０１　１０３　５２８６　６６０１　５２８５　９　０　７６０１４７９１　０　０１４３８０６７１．￣　１０４　５４０１　２４６７　５４０７　７５　．６　５０３３１１３　０　１２０２５９１　１．Ｊ．　ｌ　Ｉ，　ｌ　

图５进化神经网络煤矿顶板来压强度预测值和误差值　

图６实测值与预测值曲线图　五、结论　通过对煤矿顶板压力时间序列预报的基本原　理分析，可以确定采场顶板来压强度的预测和计算　

能运用智能岩石力学的有关知识来实现。通过工作　面矿山压力的观测工作，收集到的大量顶板压力数　据，可以得到智能岩石力学处理非线性问题的样　本。整理时间序列的工作面压力数据得到人工神经　网络训练学习样本，通过采煤工作面前面工作阻力　数据来推测目前采场工作面的压力数值，通过对采　场工作阻力的人工神经网络样本数据学习训练，得　到采场工作面顶板来压预测进化神经网络模型，通　过样本数据中的检验样本，证明了进化人工神经网　络结构对采煤工作面顶板来压预测有比较好的使　用性。