煤矿坚硬顶板矿压规律研究及采煤工艺的选择

摘 要：坚硬顶板条件下的工作面，由于顶板不易冒落，切顶线在顶梁后方或者煤壁里，如果工作阻力小，切顶线将移至煤壁，整个工作面都将垮落；而且基本顶悬顶时间长，一旦垮落，瞬间顶板压力显著增大，冲击载荷大，支架立柱将受到破坏；由于是大采高，支架重心较高，容易倾倒，且工作面的片帮煤冒落严重。文章通过对坚硬顶板矿压显现规律确定方法的研究，并结合我国坚硬顶板煤矿开采的工程实践经验，对坚硬顶板矿压显现规律进行了分析，结合坚硬顶板采场矿压规律的分析结果进行了坚硬顶板采煤工艺选择的研究。

关键词：坚硬顶板；矿压规律；采煤工艺；选择

1. 坚硬顶板采场矿压规律分析

要想解决难冒坚硬顶板开采的控制问题，除了需要采取有针对性的采煤工艺（例如刀柱采煤法、填充采煤法等）外，还需要对坚硬顶板采取弱化处理。结合具体的工作实践可知，顶板裂隙的发育程度、注水时间等因素将会直接影响顶板注水效果。考虑到上述几种因素的影响，顶板的注水效果也要比强制放项差，因此现阶段行业内也很少使用预注水措施来弱化顶板。

爆破是近年来采煤企业使用频率较高的一种强制放项手段，其主要应用原理是利用爆破瞬间的冲击力，使顶板结构松动，或是直接破坏原有的顶板结构。随后再对顶板进行清理措施，逐步缩小坚硬顶板的悬顶面积。这样一方面可以为后续坚硬顶板采煤工艺的顺利开展营造了良好作业环境，另一方面也能够有效降低生产作业中的安全隐患。

2 坚硬顶板采煤工艺分析

不同的煤矿环境和地质条件，所适用的采煤工艺也有所差别。倾斜分层下行垮落采煤法由于结合了大型的机械设备，明显提高了采煤效率，因此在坚硬顶板采煤工艺中得到了较为广泛的应用。但是近年来，随着相关技术的不断研发和采煤工艺的创新，倾斜分层下行垮落采煤法的应用缺陷也逐渐显现出来，大采高综采技术和长壁厚煤层方顶技术的应用比例逐渐上涨，以下就这两项采煤工艺技术进行简单介绍和分析。

2.1 大采高综采技术

该项采煤工艺的最大优点在于采煤厚度大，通常适用于3.5m-6m的煤层厚度，并且根据相关技术的发展，已经有部分采煤企业的科研部门开始尝试7m煤层的开采。除此之外，该项技术还具有设备操作方便等特点，是现阶段国内坚硬顶板采煤工艺中较为常用的技术手段之一。但是通过实际的技术应用也发现，大采高综采技术也有一定的局限性，例如在煤层地质构造相对单一的环境下，其采煤效率较高，但是如果煤层环境复杂，或是煤层倾斜角度过高，都不利于大采高综采技术采煤效率的发挥。因此，相关人员在选择采煤工艺时，首先要根据实际的地质环境和全方位的测量，科学、合理的选择采煤工艺。

2.2 厚煤层放顶采煤法

通过上文分析可知，大采高综采技术适用于煤层结构单一的煤矿环境，厚煤层放顶采煤法则能够适应更加复杂的煤矿地质环境。在煤质方面，厚煤层放顶采煤法不仅能够适应中度、硬度的煤层，而且能够在软煤层中有较好的效果发挥。而从国内采煤作业的实际情况来看，多数煤田随着开采年限的增加，透水率上升，都会在不同程度上出现煤质变软等现象。厚煤层放顶采煤法的这一应用特点，能够很好的解决煤田后期的采煤质量和采煤效率问题。除此之外，该项采煤工艺还能适用于夹角超过15°，或是单层夹矸厚度小于1m的煤层，因此具有较为广泛的实际应用。从细节上来看，厚煤层放顶采煤法也存在一些缺陷，例如对设备的功能性要求较高，或是采煤作业期间的设备管理要求严格等，这些问题也需要设备操作人员在实际的采煤工作中加以注意。

3 坚硬顶板采煤工艺的选择

根据坚硬顶板采场矿压规律，合理选择采煤工艺，可以极大的提升采煤效率。在综合分析采煤工艺种类、特点、适用性等内容的基础上，其具体的选择方法总结如下。

3.1 长壁厚煤层轻型液压支架放顶煤采煤法

轻型放顶煤液压支架在10t以下，采高控制在2.2m，放煤高度在2.2m左右，我国部分矿区应用该采煤法开采过厚度为3.8m的煤层，并取得了很好的技术经济效果。在选择这种采煤法时，还需要综合考虑以下工艺选择标准：首先，该采煤法能够极大的简化巷道布置，从而为全方面的提升巷道掘进速率提供必要保证。对于煤炭企业来说，采煤速率在很大程度上与企业经济效益直接挂钩，传统企业为了提升采煤速度，其主要工作方面是增加煤炭开采的工作面，虽然能够在短期内取得预期的效率提升目标，但是无形之中增加的设备、人员开支，不利于企业的长期发展。长壁厚煤层轻型液压支架放顶煤采煤法能够通过简化巷道布置，在不增加采高工作面的情况下，提高采煤效率，从而降低了企业的成本支出，维护企业经济效益。

3.2 长壁一次采全高综合机械化采煤法

采用一次采全高综合机械化采煤法，工作面顶沿底板布置，在底板比较稳定的情况下，可以提高煤炭资源的回收率，间接的维护了企业作业效益。

（1）长壁一次采全高综合机械化采煤法的应用优势

坚硬顶板的控制历来是矿场采煤所必须重视和解决的重要问题。该种采煤方法则能够很好的控制坚硬顶板，确保顶板的稳定性，防治垮落大块矸石掉落影响。除此之外，根据该采煤工艺的应用领域不同，其应用优势主要体现在以下几个方面：

第一，生产集中，机械化程度高。用机械作业代替人工作业，一方面能够极大的提升采煤效率，降低采煤作业期间的人力成本支出，维护采煤企业利润；另一方面，煤矿环境相对恶劣，尤其是多年煤矿，随着开采深度的增加，其危险系数也相应提升，以智能化、自动化机械设备代替人工进行采煤，也极大的降低了安全事故的危险后果，避免了潜在的人员伤亡事故；第二，采掘衔接容易，符合现代技术要求。受社会主义市场经济体制成熟发展的影响，采煤企业要想在激烈的行业竞争中实现获利和发展，就必须要紧跟市场发展形势，主动融入市场，开展集约化程度高、符合现代矿井作业模式的发展方向，从而在保障采煤作业安全的大前提下，尽可能的降低成本支出，提高采煤效率，实现经营获利的最大化。

（2）长壁一次采全高综合机械化采煤法的缺点

采高较大、无直接顶，且基本顶是厚层难冒坚硬顶板时，下位的基本顶不易形成力学平衡，在折断和回转运动程中，容易对工作面支架形成冲击载荷，较大的悬顶容易引起较强烈的初次来压和周期为压。工作面煤壁片帮随采高加大而增加，控制相对有难度。通过实际工作经验可知，上述这些缺点虽然不会对坚硬顶板采煤工艺产生直接的影响，但是无形之中增加了潜在的采煤风险，如果不及时的采取有效防控手段，还会进一步制约采煤效率和企业效益。因此，企业管理人员和采煤作业人员，应当客观看待该种采煤工艺中的缺点，并利用技术、设备等多种方法，实现采煤法的缺点防治。

4 结束语

通过加强坚硬顶板采场矿压规律分析，并结合具体的矿区环境合理选择采煤工艺，可以显著提升煤矿企业的工作效率和经济效益。不可否认的是，现阶段由于矿区环境恶化、人员管理理念落后等因素的影响，采煤工艺的选择仍然不够理性和客观，这就要求煤矿企业管理人员树立责任意识和安全意识，综合考虑成本投资、采煤效率、最终获利等种种因素，制定符合企业自身的最佳采煤工艺。

参考文献 ：

[1]李建中，刘朝晖，张永林.水体下急倾斜煤层充填开采覆岩稳定性及合理防水煤柱研究[J].河北地质勘探，2016（7）：131-133.

[2]朱艳丽，李永明.大同矿区特厚煤层综放开采强矿压显现机理及顶板控制研究[J].中国矿业大学学报，2014（21）：164-165.

作者簡介：

肖太志，男，1975年出生，工程师，毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，现工作于龙煤鹤岗矿业有限责任公司安全监察局，主要从事煤矿采掘技术及安全管理工作。