放顶煤开采技术常见问题研究

柳秋生

（山西阳城阳泰集团伏岩煤业有限公司，山西 阳城 048105）

厚煤层综合机械化长壁放顶煤开采方法出现于20世纪70～80年代，主要是用于厚度在五米以上，二十米以下的煤层进行一次性全高开采。这是一种采煤的新形势，其采煤的方式即：采煤的工作面在煤层的下部而煤炭从上部支架上的窗口放出。以往对厚煤层那的开采，主要是通过把煤层分成几层，逐层开采，而放顶煤开采方是把煤一次性采出，极大的提高了采煤的工作效率，节省了工作时间。放顶煤开采在我国经过多年的应用实践证明：在提高工作面产量方面，具有非常大的优势，但是在长期的使用中，在工作面出现的如：含矸率上升，采出率较低，粉尘的浓度加大以及大量的瓦斯涌出等问题使煤炭开采过程中，存在的不安定因素，这对于放顶煤的开采和发展有消极的影响。

1 放顶煤开采的特点与现状

使用综采放顶煤开采方法与分层综采开采方法相比，具有高产、高效的特点，它的优势表现在：即使是在不同的条件下，也能实现生产的高产和高效。具体表现在：

1.1 放顶煤开采方面的高产和高效

综采放顶煤的开采和传统采煤方式相比，最大的特点在于在煤矿区可以进行平行开采，在平行工作面中，多个开采点可以同时采煤，使得工作效率提高了一倍多。

1.2 极大地降低了电力和材料的损失以及吨煤工作的之处

使用综采放顶煤开采，能够有效的降低电能、金属网、材料以及工作的损耗；而综采放顶煤开采技术和大采高开采技术相比，能够使工作面的吨煤电耗下降，巷道掘进和辅助运输成本降低。

1.3 巷道掘进率较低

综采放顶煤开采技术的巷道掘进率一般比分层开采低1-2倍，有效的提高了巷道掘进率，节省了费用，缓解了采煤掘进不连续的情况，为生产集中化提供了条件。

1.4 煤层良好的赋存条件

综采放顶煤采煤技术在我国多年的采煤实践证明，在厚煤层的缓倾斜煤层中，煤层的厚度不均匀，变化性较大，而放顶煤开采技术能够和这种变化相适应，提高开采进度。不光如此，放顶煤层还能很好的适应存在落差、破碎顶板等相对复杂煤层的开采。

1.5 对于特厚倾斜的煤层能够实现机械化的开采

综采放顶煤开采技术在水平段的急倾斜的厚煤层开采过程中，能够实现安全、高效的机械化开采。

综上所述，放顶煤开采技术在厚煤层开采方面有着其他开采方法无法比拟的技术和经济优势。现阶段，纵观我国的煤矿，综采放顶煤是对于煤层厚度大于七米以上以及强度较低、容易片帮厚煤层所使用的主要开采方法。尽管综采放顶煤开采技术具有明显的优势，但是在实际的开采施工中，还存在一些问题，这使得综放开采技术在我国今后的煤矿开采中还要进一步的完善和提高。

图1 综放采场瓦斯涌出在空间分布图

2 综采放顶煤开采技术面临的主要问题分析

2.1 综放开采的采出率较低

我国从上个世纪开始对厚煤层的开采，实施分层开采的方法，并且对厚煤层开采的回收工作面煤炭的采出率和采区的产出率都规定了较高的数值，但是经过煤炭开采的实践证明，在煤矿开采中，因为整个煤层中出现断层切割、煤层厚度变化较大，分层开采时，煤层的厚度不同等条件的限制，使得我国早年间的采用的分层煤矿开采根本无法满足国家的相关规定。尽管使用综采放顶煤开采技术大大的缓解了这些影响因素，但是在正常的开采情况下，采用综采放顶煤开采技术的采出率只能够达到81%-86%，煤炭损失的情况不容乐观。

在综放工作面的煤炭损失基本上可以分为三个部分：首先是放煤工艺造成的煤炭损失大约占到了工作面损失的1/2及其以上；其次是在开采的过程中，设备条件限制引起的损失约占到了1/4；最后是综放工作面的设计参数受到限制或者是不合理而引发的损失占到了1/4。

2.2 放顶煤开采的自然发火防止问题

我国对于厚煤层的开采，常会出现很多的丢煤现象和采空区封闭相对困难等问题，在这种情况下，很容易出现自然发火问题，发火问题的出现不但给放顶煤开采带来影响，还会严重制约了煤炭的产出量，影响了煤炭开采的进度。

2.3 绝对瓦斯涌出量增加

现阶段我国多数的煤层中都含有大量的瓦斯，有的含量较低，有的含量非常高。有的煤层自身以及周围的煤层中都含有大量的瓦斯，在开采的过程中，一旦开采了一面，周围的煤层中的瓦斯就会像综采工作面回流。以前，针对高含量的瓦斯厚煤层进行开采时，主要采用分层开采的方式。由于在不同的煤层中，瓦斯的含量各异，所以在开采第一分层时，尚未开采的煤层以及相邻的煤层中存在的瓦斯就会迅速的涌入开采的第一分层中，这样会使正在开采的煤层中含有大量的瓦斯，从而增加爆炸的危险。而目前，我国厚煤层的开采，放顶煤开采实现一次性采出，被开次层的瓦斯可以均匀的释放，瓦斯的涌出量和分开采中第一层开采过程相比，大幅度的减少，而且采用综放放顶煤开采还能实现高产、高效的工作，正是由于综放工作面产量的增多，在自然回流中的瓦斯含量很高，所以增加了治理的难度。

采用放顶煤开采技术，在综放工作面中煤炭的产量很高，在煤层中原始瓦斯含量相同的情况下，和普通的综采相比，采场瓦斯的涌出量很多，在进行放顶煤开采过程中，液压支架的后方和上面比没有风流的运营，并且有大量的松散煤的存在，松散煤能够切实的保证瓦斯充分的释放。在煤层的缝隙中释放出来的瓦斯，有的在支架的上方停留，还会有的反而在工作面的隅角处聚集起来，反而为瓦斯事故的发生埋下了隐患。

图1表示的是综放采场瓦斯涌出在空间的分布图。在图1中，图上的B区的平均风速是A区的80%，而A区的平均风速是C区的70%。C区是放落煤炭以及采空区遗煤瓦斯涌出地点，B区是断裂煤壁，这样就形成了低风速和高瓦斯量相对应的区域，在这样的区域里，瓦斯很容易超标。对顶板比较稳定或者容易冒落，直接顶板厚度较薄的综放工作面采煤时，在采空区的上部也许会留有巨大未冒落空穴，当上部的顶板突然间断落时，在空穴中留下的瓦斯会迅速的挤入工作面以及回风巷中，从而引起瓦斯的爆炸。

2.4 放顶煤支架和配套设备的研制问题

在综采放顶煤开采的工作面的过渡之间和端头支架的研究工作一直以来都是放顶煤开采过程中的重要问题，经过长时间的研究，收效甚微。工作面端头没有合适的支架和放煤的方法，这样严重的影响了煤炭的采出率，而是采煤现场丢煤的现象比较严重，严重的火灾隐患无疑增加了工作面工作的复杂性。端头支护和手工作用，具有安全条件差、劳动强度高等特点，这些严重制约了采煤的进度，从而治愈放顶煤开采圈套设备功能的发挥。

3 对放顶煤开采技术中问题的解决措施

3.1 提高综放开采采出率的主要方法

针对综放开采的采出率低的问题，提高工作面采出率的方法主要有：首先加大对放顶煤理论的研究，改善和丰富放顶煤的开采的方法，提供放煤工艺的消耗。其次，和改善综放工作面采煤所使用的设备，及其开采方案，以有效的减少工作面两端的损失。

3.2 做好放顶煤开采的自然发火防止问题

鉴于放顶煤开采的自然发火给煤矿的开采带来的问题，所以必须采取必要的防火措施，其主要的方法如下：首先在采空区和高冒区内倒入黄泥浆或者是向采空区内注入一些惰性气体，这些都是切断火燃烧的途径。其次，给巷道的围岩加固，使用阻燃物质在巷道的表面进行涂膜或者喷洒，还可以在巷道松动圈中灌注一定的组织燃烧的物质。最后沿着空巷巷道的一边灌入阻燃物，用以隔开采空区。

尽管我国现阶段在放顶煤开采过程中，防止火灾的方法很多，但是在实际的操作中，存在重视度不高，还是成本较高，复发等原因，还存在着当采煤的施工面上发生火灾使，没有做好防火措施，也没有救火措施，只能关闭工作面，所以在放顶煤开采的过程中，对火灾的防治和预防工作是今后工作的重点。

3.3 完善防治瓦斯灾害的技术

通过以上对综放工作面中瓦斯涌出量的大幅度增加的问题，以此造成煤矿中的瓦斯爆炸，不仅仅给煤矿工作人员的生命安全带来严重的威胁，还造成了巨大的经济损失和社会影响。所以采取措施减少和预防煤矿区的瓦斯爆炸是工作的重中之重，瓦斯爆炸不仅仅给经济造成损失，还严重威胁着人们的生命财产安全。现如今，我国对瓦斯治理的最有效最直接的方法就是抽取瓦斯，主要的方式为：在煤矿开采区内的巷道设置三进一回的方法，把位于隅角的瓦斯排除干净，清除掉位于支架上面的瓦斯，把从采空区进入工作面的瓦斯分流稀释，然后在通过采用远煤壁打眼爆破松动的方法，把瓦斯慢慢的释放出来。

3.4 新型系列综放支架以及配套设备

在综采放顶煤开采过程中，最重要，最关键的技术要数综放支架的综放开采技术。在多年的采煤实践中可得出，在缓倾斜厚煤层综采放顶煤开采的工作面中确立了低位放顶煤支架为主要的架型，以我们现阶段的技术和实例，能够设计制定出适合不同倾角、不同厚度和不同顶底板的系列支架，设计的支架无论是从可靠性还是寿命上分析，都是最先进的技术。我国在综放支架的设计中，还是设计制造了端头支架和过渡支架两个重要的支架系列，使综放开采技术能够更好的适应煤矿的实际情况，提高安全性。

结语

随着社会经济的快速发展和用煤量的激增，作为高产、高效的放顶煤开采技术在我国各煤矿区得到了普遍的应用，尤其是对厚煤层的开采，取得了更优的成绩，但是放顶煤开采目前依然存在很多的问题，还需要有关部门投入大量的人力、物力和财力进行分析研究，找出可行性措施。近几年，我国的放顶煤开采技术和采煤方法都得了不同程度的发展和提高，为厚煤层安全、高效的开采提供了可能性，与此同时为了现代化煤矿的开采，提供了更多的采煤方式，在科学技术日新月异的今天，我们相信在不远的未来，放顶煤开采技术和开采方式将会不断的完善和更新，我国将会在放顶煤开采领域做出新的贡献。

[1]李建民，现代放顶煤开采理论与实用技术[M]，徐州，中国矿业大学出版社出版，2001

[2]石志文，对提高综放工作面回采率的探究[J]，中小企业管理与科技（下旬刊），2009（08）:6-7.