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摘要：近年来,中国特厚煤层综采放顶煤开采不论是在理论研究还是在实践方面取得了显著进展。中国特厚煤层储量比重占将近一半左右,由于放顶煤开采具有独特的优势,已日益引起人们的关注。综采放顶煤是我国煤矿厚煤层开采技术的一项重大突破，可以实现高产高效的目标，已被人们所共识。本文首先介绍了国内国外综采放顶煤采煤法的发展概况,对综采放顶煤采煤法从整体上有一个把握;其次分析介绍了综采放顶煤采煤法的原理;最后着重讲述了综采放顶煤采煤法高效和安全应用的俩大问题,并在结论中对我国高效安全应用提出相关的建议。
关键词：综采放顶煤；采煤法；特点；安全应用
Abstract: This paper first introduces the domestic and foreign fully mechanized top coal mining method in the development, take an overview of fully mechanized coal caving mining method has a grasp on the whole; followed by analysis of the principle of fully mechanized coal caving mining method; at last described the highlighted plight of the fully mechanized top coal mining method is efficient and safe application of the two big problems, and make relevant recommendations in the conclusion of efficient and safe application. Key words: fully mechanized coal caving coal; mining method; characteristics; security applications
中图分类号：TD82文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）03-0020-02
1综采放顶煤采煤法国内外的发展状况
1.1国内发展概况
我国综采放顶煤始于80年代。1984年6月由原煤炭部立项,在沈阳矿务局蒲河矿用我国自行研制的FY400/14/28综放支架开始试验;1987年平顶山矿务局一矿引进了匈牙利VHP-732型高位插底式放顶煤液压支架,取得了平均月产44206吨,最高月产55000吨,回采率79.6℅,平均功效25.5吨的功绩;1988年阳泉矿务局、1989年潞安矿务局开始试验,超过了以前各局的效果。与此同时,在窑街、靖远、晋城、郑州、兖州、辽源、乌鲁木齐、平庄等矿务局推广使用。
1.2国外发展概况
上个世纪50年代，苏联在库兹巴斯托姆乌辛斯克矿试验了KTY掩护式液压支架放顶煤开采技术;1964年法国在布朗基矿将液压支架后部加一个/香蕉形0尾梁用来放顶煤;1977年法国又研制出了FBS-4-340型四柱支撑掩护式放顶煤支架,在掩护梁上开放煤口,由插板式闸门控制放煤;1981年匈牙利研制出开天窗支撑掩护式放顶煤支架;1983年英国道梯公司研制出四柱400型掩护梁开天窗放顶煤支架,西德赫姆夏特公司研制320型掩护梁开天窗放顶煤支架。
2综采放顶煤采煤法原理简介
综采放顶煤采煤法的工艺过程是采煤机首先沿底板割煤,前部输送机运煤,随着采煤机、支架的前移,顶煤冒落,然后打开液压支架放煤窗口,将顶煤放出流入后部输送机运走。综采放顶煤开采的核心是放煤工艺,而放煤工艺又是决定综采放顶煤开采的回收率和含矸率的关键。在矿山压力的作用下,顶煤裂隙不断扩大形成松散体,移架后顶煤悬空下沉,松散体发生水平和垂直两个方向上的位移,随着煤体自重破碎自行冒落实现了放煤;另一方面,根据矿压观测可知,综采放顶煤液压支架在顶梁长度3.0~3.2 m左右的情况下,顶梁尾端顶板正常下沉在200mm左右,周期来压时达300~400mm,同时支架前上方的顶煤需经24h和6次支架前移的反复支撑,这都给顶煤形成破碎松散体创造了条件。根据破碎松散体冒落理论,当液压支架前移时,顶煤便开始破碎松散冒落。正常放煤阶段能否顺利进行,最基本的取决于顶煤裂隙破碎质量。
3综采放顶煤采煤法高效性特点
3.1高产高效经济效益好
综放是采煤与放采平行作业方式,将工作面一分为二,前半部割煤时,后半部放煤,在不同的空间割煤与放煤同时进行,互不影响,充分利用工时和空间,提高产量。从国内外文献看,某工作面由于放煤时间长,每架放煤时间约3~5分钟,120~150m工作面长度,需要6~7小时,每班放煤任务完不成,影响工作面推进速度;改变单人单口放煤为双人双口放煤,提高放煤建设等方式,实行/两刀一放0或/四刀两放0,日产3000t或日产6000t,工作面平均月进度100~200m,平均月产10~12万t,工效40~50 t/工,实现了高产高效。
3.2节省掘进工程量、缓和采掘关系
对于7~8m的缓倾斜特厚煤层,用放顶煤开采比分层开采可节省2条顺槽和1条切割巷道,简化巷道布置,掘进率降低50%,20~30m厚的急倾斜特厚煤层不仅节省分层分段平巷及斜巷,还节省小眼及横川,节省巷道2/3。综放面不需要人工铺设假顶,因而杜绝了铺网、连网、扯网、割网、补网、摄顶、片帮等伤人事故,由于割煤放煤不与顶板接触,减少顶板冒落的威胁。采的快,对采区密闭及时,可防煤炭自然;经济效益好。综放开采比分层开采每吨煤成本低10元,原因是材料消耗少。不铺网、不消耗假顶材料、设备搬家次数少、节省费用、电力消耗少、掘进量少、维护费用少。
4综采放顶煤采煤法安全施工
放頂煤开采比普通综采增加一道放煤工序,使工作面推进速度慢,出煤量大而集中,瓦斯涌出量大,煤尘飞扬,老塘丢煤与空气接触时间长,易氧化自然。
4.1防火
放顶煤开采回采率比分层铺网开采回采率低,易造成自然发火,必须采取有效的防灭火措施。我国试验放顶煤开采的矿区多采用均压通风、及时封闭采空区、喷射阻化剂、黄泥灌浆、束管检测系统、以及氮气防火新技术等。抚顺龙凤矿成功地采用氮气防火技术,取得显著效果。其实质是向采空区注入大量氮气,置换出氧气,以保持采空区气体惰性化。距工作面30m处,氧气含量低于10%,60m处低于5%,一氧化碳含量小于30ppm,则可认为是安全的;当氧气含量超过规定指标就向采空区注氮气。一年实践证明注氮防火是有效的。
4.2防治瓦斯
顶板冒落后,采空区瓦斯要大量渗入工作面,瓦斯可能超限。防治措施有:邻近层抽放瓦斯或本层抽放瓦斯达到规定要求;工作面上隅角和回风道设瓦斯监测报警仪器,瓦斯超限时能自动报警断电;预采顶分层有效地排放瓦斯。
具体做法:
(1)在高瓦斯矿井中实行综放开采时,必须预先在工作面或采空区抽放瓦斯。
(2)在有条件的矿井开采解放层,以降低本层的瓦斯含量。
(3)改变综放工作面通风系统,将U型改为Y型通风。
(4)设置瓦斯报警仪和安全监测系统,对综放工作面和采空区的瓦斯含量进行实时监测。
4.3防尘、防水
综采放顶煤工作面有割煤放煤两个尘源,煤尘极大,必须采取综合防尘措施:
(1)在综放工作面上下顺槽各设一趟水管,一趟供煤机喷射雾,另一趟供胶带输送机、转载机、破碎机及支架喷雾。配备喷雾泵,保证水压达到3~5MPa,在管路上设几道过滤器,以保证喷雾的水质。
(2)使用降尘化学剂,改变水的物理性质,提高喷雾效果;除采煤机内外喷雾降尘外,在支架前探梁下增设一道喷雾,上下配合降低采煤机附近的煤尘。
(3)在支架顶梁及掩护梁两侧各安设水力引射器,用以在移架和放顶煤时喷雾降尘。
(4)在有条件的矿井,可实行煤体预先注水,湿润煤层,减少煤尘飞扬。
(5)尽可能选用低位放煤口支架,减少煤尘。
总之，由于综采放顶煤采煤法开采工艺具有适应性强、掘进率少、材料消耗少、生产集中、成本低等明显的优点,特别是开采急倾斜特厚煤层或缓倾斜厚度变化大的煤层经济效益尤佳,受到广泛的重视。法国和南斯拉夫开采特厚煤层效果显著,采煤工作面产量比传统式开采法翻了一番,工效提高2~3倍,掘进巷道和维修工程量减少50%以上,相对煤炭回采率有所提高,安全好,经济效益好。希望我国的综采放顶煤采煤法在高效安全应用上能有所突破,能更上一层楼。
参考文献
[1] 宋振骐,陈立良,王春秋,刘先贵.综采放顶煤安全开采条件的认识[J]. 煤炭学报. 1995(04)
[2] 宋振骐,陈立良,王春秋,刘先贵.关于综采放顶煤安全开采问题的认识 [J]. 煤.矿开采 1995(02)
[3] 张玉谷.立柱型放顶煤液压支架的初步设计[J]. 商业文化(学术版). 2008(04)
[4] 孔青,袁义鲁.复杂条件下综采放顶煤开采技术[J]. 煤矿开采. 1996(S1)
关键词：综采放顶煤；采煤法；特点；安全应用
Abstract: This paper first introduces the domestic and foreign fully mechanized top coal mining method in the development, take an overview of fully mechanized coal caving mining method has a grasp on the whole; followed by analysis of the principle of fully mechanized coal caving mining method; at last described the highlighted plight of the fully mechanized top coal mining method is efficient and safe application of the two big problems, and make relevant recommendations in the conclusion of efficient and safe application. Key words: fully mechanized coal caving coal; mining method; characteristics; security applications
中图分类号：TD82文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）03-0020-02
1综采放顶煤采煤法国内外的发展状况
1.1国内发展概况
我国综采放顶煤始于80年代。1984年6月由原煤炭部立项,在沈阳矿务局蒲河矿用我国自行研制的FY400/14/28综放支架开始试验;1987年平顶山矿务局一矿引进了匈牙利VHP-732型高位插底式放顶煤液压支架,取得了平均月产44206吨,最高月产55000吨,回采率79.6℅,平均功效25.5吨的功绩;1988年阳泉矿务局、1989年潞安矿务局开始试验,超过了以前各局的效果。与此同时,在窑街、靖远、晋城、郑州、兖州、辽源、乌鲁木齐、平庄等矿务局推广使用。
1.2国外发展概况
上个世纪50年代，苏联在库兹巴斯托姆乌辛斯克矿试验了KTY掩护式液压支架放顶煤开采技术;1964年法国在布朗基矿将液压支架后部加一个/香蕉形0尾梁用来放顶煤;1977年法国又研制出了FBS-4-340型四柱支撑掩护式放顶煤支架,在掩护梁上开放煤口,由插板式闸门控制放煤;1981年匈牙利研制出开天窗支撑掩护式放顶煤支架;1983年英国道梯公司研制出四柱400型掩护梁开天窗放顶煤支架,西德赫姆夏特公司研制320型掩护梁开天窗放顶煤支架。
2综采放顶煤采煤法原理简介
综采放顶煤采煤法的工艺过程是采煤机首先沿底板割煤,前部输送机运煤,随着采煤机、支架的前移,顶煤冒落,然后打开液压支架放煤窗口,将顶煤放出流入后部输送机运走。综采放顶煤开采的核心是放煤工艺,而放煤工艺又是决定综采放顶煤开采的回收率和含矸率的关键。在矿山压力的作用下,顶煤裂隙不断扩大形成松散体,移架后顶煤悬空下沉,松散体发生水平和垂直两个方向上的位移,随着煤体自重破碎自行冒落实现了放煤;另一方面,根据矿压观测可知,综采放顶煤液压支架在顶梁长度3.0~3.2 m左右的情况下,顶梁尾端顶板正常下沉在200mm左右,周期来压时达300~400mm,同时支架前上方的顶煤需经24h和6次支架前移的反复支撑,这都给顶煤形成破碎松散体创造了条件。根据破碎松散体冒落理论,当液压支架前移时,顶煤便开始破碎松散冒落。正常放煤阶段能否顺利进行,最基本的取决于顶煤裂隙破碎质量。
3综采放顶煤采煤法高效性特点
3.1高产高效经济效益好
综放是采煤与放采平行作业方式,将工作面一分为二,前半部割煤时,后半部放煤,在不同的空间割煤与放煤同时进行,互不影响,充分利用工时和空间,提高产量。从国内外文献看,某工作面由于放煤时间长,每架放煤时间约3~5分钟,120~150m工作面长度,需要6~7小时,每班放煤任务完不成,影响工作面推进速度;改变单人单口放煤为双人双口放煤,提高放煤建设等方式,实行/两刀一放0或/四刀两放0,日产3000t或日产6000t,工作面平均月进度100~200m,平均月产10~12万t,工效40~50 t/工,实现了高产高效。
3.2节省掘进工程量、缓和采掘关系
对于7~8m的缓倾斜特厚煤层,用放顶煤开采比分层开采可节省2条顺槽和1条切割巷道,简化巷道布置,掘进率降低50%,20~30m厚的急倾斜特厚煤层不仅节省分层分段平巷及斜巷,还节省小眼及横川,节省巷道2/3。综放面不需要人工铺设假顶,因而杜绝了铺网、连网、扯网、割网、补网、摄顶、片帮等伤人事故,由于割煤放煤不与顶板接触,减少顶板冒落的威胁。采的快,对采区密闭及时,可防煤炭自然;经济效益好。综放开采比分层开采每吨煤成本低10元,原因是材料消耗少。不铺网、不消耗假顶材料、设备搬家次数少、节省费用、电力消耗少、掘进量少、维护费用少。
4综采放顶煤采煤法安全施工
放頂煤开采比普通综采增加一道放煤工序,使工作面推进速度慢,出煤量大而集中,瓦斯涌出量大,煤尘飞扬,老塘丢煤与空气接触时间长,易氧化自然。
4.1防火
放顶煤开采回采率比分层铺网开采回采率低,易造成自然发火,必须采取有效的防灭火措施。我国试验放顶煤开采的矿区多采用均压通风、及时封闭采空区、喷射阻化剂、黄泥灌浆、束管检测系统、以及氮气防火新技术等。抚顺龙凤矿成功地采用氮气防火技术,取得显著效果。其实质是向采空区注入大量氮气,置换出氧气,以保持采空区气体惰性化。距工作面30m处,氧气含量低于10%,60m处低于5%,一氧化碳含量小于30ppm,则可认为是安全的;当氧气含量超过规定指标就向采空区注氮气。一年实践证明注氮防火是有效的。
4.2防治瓦斯
顶板冒落后,采空区瓦斯要大量渗入工作面,瓦斯可能超限。防治措施有:邻近层抽放瓦斯或本层抽放瓦斯达到规定要求;工作面上隅角和回风道设瓦斯监测报警仪器,瓦斯超限时能自动报警断电;预采顶分层有效地排放瓦斯。
具体做法:
(1)在高瓦斯矿井中实行综放开采时,必须预先在工作面或采空区抽放瓦斯。
(2)在有条件的矿井开采解放层,以降低本层的瓦斯含量。
(3)改变综放工作面通风系统,将U型改为Y型通风。
(4)设置瓦斯报警仪和安全监测系统,对综放工作面和采空区的瓦斯含量进行实时监测。
4.3防尘、防水
综采放顶煤工作面有割煤放煤两个尘源,煤尘极大,必须采取综合防尘措施:
(1)在综放工作面上下顺槽各设一趟水管,一趟供煤机喷射雾,另一趟供胶带输送机、转载机、破碎机及支架喷雾。配备喷雾泵,保证水压达到3~5MPa,在管路上设几道过滤器,以保证喷雾的水质。
(2)使用降尘化学剂,改变水的物理性质,提高喷雾效果;除采煤机内外喷雾降尘外,在支架前探梁下增设一道喷雾,上下配合降低采煤机附近的煤尘。
(3)在支架顶梁及掩护梁两侧各安设水力引射器,用以在移架和放顶煤时喷雾降尘。
(4)在有条件的矿井,可实行煤体预先注水,湿润煤层,减少煤尘飞扬。
(5)尽可能选用低位放煤口支架,减少煤尘。
总之，由于综采放顶煤采煤法开采工艺具有适应性强、掘进率少、材料消耗少、生产集中、成本低等明显的优点,特别是开采急倾斜特厚煤层或缓倾斜厚度变化大的煤层经济效益尤佳,受到广泛的重视。法国和南斯拉夫开采特厚煤层效果显著,采煤工作面产量比传统式开采法翻了一番,工效提高2~3倍,掘进巷道和维修工程量减少50%以上,相对煤炭回采率有所提高,安全好,经济效益好。希望我国的综采放顶煤采煤法在高效安全应用上能有所突破,能更上一层楼。
参考文献
[1] 宋振骐,陈立良,王春秋,刘先贵.综采放顶煤安全开采条件的认识[J]. 煤炭学报. 1995(04)
[2] 宋振骐,陈立良,王春秋,刘先贵.关于综采放顶煤安全开采问题的认识 [J]. 煤.矿开采 1995(02)
[3] 张玉谷.立柱型放顶煤液压支架的初步设计[J]. 商业文化(学术版). 2008(04)
[4] 孔青,袁义鲁.复杂条件下综采放顶煤开采技术[J]. 煤矿开采. 1996(S1)