关于综采放顶煤安全开采间题的认识
作者：佚名
2007-04-03 16:51
来源：不详
中 国 科 学 院 院 士 宋振骐
山东省煤管局总工程师 陈立良
山东矿业学院矿压研究所 王春秋 刘先贵
[关键词]放项煤综采•采场结构模型•内应力场•资源回收率
进入七十年代，特别是最近两年来，我国潞安、兖州等现代化矿务局放顶煤综采工作面发展迅速，效益突出。放顶煤开采将成为我国煤矿厚煤层开采技术发展的重要(甚至是全局性)方向的认识，已经逐渐被人们接受，厚煤层放顶煤开采技术发展的高潮已经到来，为了防止一轰而上，克服盲目性，尽可能减少偏颇和失误，加强放顶煤有关开采技术(特别是放顶煤岩层活动和矿山压力规律)的深入研究，为放顶煤开采合理条件选择、合理巷道布置和开采程序设计、巷道支护和维护方式选择、工作面回采工艺装备特别是支架选型和阻抗力等参数设计等提供理论基础已成为刻不容缓的任务。
1放顶煤综采的实践成果及发展关键
潞安矿务局王庄矿1989年应用综放技术，目前采用双运输机、收尾梁支架低位放顶煤的工艺.平均月产超过20万t，平均日产超过7000t，曾达到月产30万t、日产15186t的高产水平，回采工效达到104t/工，工作面效率高达145t/工，实现了高产稳产的目标。
兖州矿务局自1989年由山东矿业学院矿压研究所根据煤层赋存条件提出可放性论证报告后，局矿组成了综放领导小组和工作组，在全国调研的基础上从1992年6月开始实践。目前，兴隆庄、鲍店、南屯、东滩都有综放工作面生产，并均达到了高产高效之目的。1993年全局综放工作面平均月产超过18万t，最高月产达240850t，平均日产都在7000t以上，直接吨煤成本下降13元，其下降幅度超过50％，回采工效提高一倍以上.有关高产高效综放面的技术经济指标如表1所示。兖州局综放实践在实现了高产高效目标的同时，还在扩大综放条件和解决相应技术难题方面取得了下列突破性进展:
①已采顶分层网下综放取得成功。
在网下综放工作面岩层活动和支承压力分布特征及规律、支架围岩关系以及解决硬煤破碎等研究方面取得了重要的进展。
鲍店矿1303网下综放工作面达到了稳产的目标.月产超过了19万t.回收率超过了80％，成本比分层综采下降5 0％.回采工效达70t/工.顶板运动状况如图1所示。网下综放成功.提高了工作面回收率，为不出现内应力场(煤壁不能超前破坏)的煤层.厚度超过10m以上的特厚煤层以及直接顶不能随移架及时冒落的煤层进行综放。并实现高产、高效、高回收率的目标开辟了广阔的前景。
②“孤岛”煤综放实现了安全、高产、高效的既定目标。
南屯矿“孤岛”工作面综放平均日产超过7000t的实践证明，完全可以采用跳采程序安排采掘关系、实现在稳定的内应力场中送道解决回采工作面接续和巷道稳定问题，达到进一步提高采区回收率的目的。南屯矿“孤岛”煤放顶煤工作面的结构状态如图2所示。
总之.经过数十个局矿综放面开采实践。可得到下列一些共识:
①采用综采放顶煤技术开采厚煤层.是当前国内设备条件下实现高产高效的一个重要发展方向;
②采用综放开采技术，减少了生产环节及辅助设备和较大幅度降低巷道掘进和维护工作量.减少了工作面个数.实现了煤矿井下的集中生产和安全生产;
③在弄清综放而顶板活动规律和矿压显现规律的基础上，通过采用正确的开采程序和回采工艺、优化开采设计等措施，是可以保证达到符合要求的回收率这一目标的;
④现有的安全技术措施对于防治瓦斯、降低煤尘以及抑制发火是有效的，安全能够保证;
⑤相对分层综采而言，综放工作面对于煤层的厚度和倾角变化以及通过断层等构造有更大的适应能力，因此比分层综采更容易实现稳产的目的。在一定程度上可以说，放顶煤为厚度、倾角变化复杂的煤层开采机械化创造了前景。
当前推广综放工作必须回答的两个关键问题:一个是保证安全开采的条件问题;一个是实现高产高效并保证较高回收率的条件问题。
研究和实践证明，综放工作面安全高产以及保证较高回收率是有条件的.包括相应的煤层和顶底板条件、相应的开采程度和巷道布置，相应巷道和回采工作面支护(包括支护方式、支架形式和阻抗力等)以及放煤工艺等。目前我国有的综放工作面，在没有搞清采场支承压力分布的情况下，错误的采用了煤柱护巷方案，造成了产量低、推进速度缓慢、巷道维护极端困难的恶性循环。有的工作面因为顶煤放不下来，被迫采用危险的架后爆破措施等情况。这都是因为对综放条件缺乏认识，盲目从事的结果。
要正确回答保证高效益综放条件问题，离开了具体煤层条件下，煤及岩层运动和矿山压力分布显现规律的研究，以及通过正确的开采决策进行控制可能性的研究，用“煤层硬”、“顶板坚硬”这些相互孤立的要素进行概括是不行的。同样，实现安全开采.即不出现冲击地压、瓦斯煤层突出等重大事故的条件，也不能简单的从“采高大，因此压力大、危险大”等想象出发。只有在对放顶煤开采煤层及顶板活动规律和矿山压力分布显现特征。及通过正确的开采设计决策进行控制的可能性进行客观分析之后，才能作出正确的结论。
2放顶煤综采条件研究的采场结构模型
如前所述，什么条件适合“综放”，并保证安全和达到高产高效的目标，不能用煤层硬度、开采深度及顶板等条件简单的回答。必须抓住在该开采条件下，岩层运动和矿山压力显现特点及控制的可能性这个实质和关键.因此，建立符合客观实际的综放采场结构力学模型，是正确进行“综放”条件研究的基础。
提供回采工作面和巷道矿山压力控制等开采设计决策及进行开采条件分析的完整采场结构模型所包含的内容如下:
①需控制的岩层结构组成及相应的结构参数(包括结构厚度及跨度等);
②结构边界及相应的支承条件;
③支承反力的大小和分布。
正常开采情况下，煤壁的支承压力作用下超前破坏的采场结构模型如图3所示。
结构模型中需要控制的岩层范围，一般由采空区已垮落的岩层组成的“直接顶”(图3中a所示)和运动明显影响采场矿压显现的“传递岩梁”所组成的“老顶”(图3中b所示)等两部分组成。
直接顶的厚度mi可由下式求出:
式中h为采高(工作面一次采出的煤层厚度),SA及KA分别为岩梁触矸点的沉降值和该处己冒岩层的碎胀系数。
当老顶下位岩梁周期来压步距C1和来压完成时控顶距Lk处的顶板下沉量△hA已知时，可以按下式近似算出SA值代入式(1),推断m2值。
对于未开始推进的工作面，当已知上覆各岩层分层厚度(依煤层柱状或石门剖面图)，可按岩层失稳冒落的条件，由下向上逐层推出既采高h条件下的垮落岩层(即直接顶)总厚度mi值:
如各分层采高相同(hm=h)，则当假顶完全压实，即Kc≈1时，mnm=mc1,冒高值与开采顶分层时相同;但当假顶未压缩，即kc = kA时，mnm = nmc1，第n分层的冒高是第一分层冒高值的n倍。可见开采下分层时，假顶的压实情况对冒高值大小有重大影响。
实践证明，对于一般岩层覆盖的采场，老顶总厚度大约为采高的4-6倍，老顶所包含的“传递岩梁”数目，一般不超过3个。组成老顶各“传递岩梁”的岩梁厚度为同时运动岩层的厚度之和。上下两岩层同时运动的条件可由下式表示:
1234
下一篇：资源与环境协调(绿色)开采
