刍议煤矿综采的技术与装备及在厚煤层开采中的应用

时间：2024-05-17

王秋红

（山西高平科兴平泉煤业有限公司，山西高平 048400）

为了解决厚煤层在开采过程中产生的资源浪费问题，实现煤矿的高效安全开采，本文将对目前我国综采技术的工艺与设备做简要介绍，分析目前于厚煤层开采应用的几种采煤技术的适用条件及优缺点。

1 顶煤弱化技术于厚煤层开采的应用

放顶煤是解决开采特厚煤层及厚煤层的重要技术之一，放顶煤能够实现一次全厚开采，进而达到提高煤炭的回采率，减少材料的消耗量，有效解决了自然发火的问题，达到高效高产效果。不过目前放顶煤开采还有许多难题没有解决，例如放顶煤的厚煤层开采中提高顶煤冒放性，就是一个还需长期研究的难题。坚硬顶煤的预先弱化技术的思路是，根据顶煤的破坏过程的特点和基本规律，在支承的压力作用前，运用爆破的技术手段事先降低顶煤整体的完整性，改变顶煤整体的结构和其整体的力学性质，破坏顶煤的抵抗外力，预先降低顶煤的整体强度，充分利用和发挥支架反复支撑和支承压力的破煤效果，让预先弱化的作用、支架反复支撑的作用和支承压力的作用相互配合协调，实现有效地控制顶煤最终的破碎程度和垮冒特征，达到降低顶煤的顶板传递活动压力能力的结果。顶煤弱化技术中，一般条件下的弱化措施是直接作用在部分的顶煤，而不是全部顶煤。预先弱化是将顶煤最终的破碎程度和垮冒特征满足顶煤的放出条件为目的的，在预先弱化技术中利用和发挥好矿山的压力是至关重要的。

2 放顶煤液压支架技术

我国存在很多复杂地质的难开采煤层，其开采普遍存在着效益差、机械化水平不高、安全性能差等缺点。近年来为解决这些地质情况复杂的煤层开采及厚煤层使用综采技术时遇到的难题，研制及开发利用了一批新型的轻放支架，在实际生产中取得了很好的效果。该技术装备主要是通过研究岩石的力学特性、运动规律与状态变化，以及支架的系统机构、受力分析、运动形态分析，运用虚拟现实的技术研究支架的结构、机构、受力变形、装配与制造间隙等变化状态、破裂、运动的影响情况，得出全新的综采场围岩同支架关系，从而设计出的支架不仅有支撑顶板的功能，还能有效控制顶煤同其围岩。放顶煤液压支架技术的主要结构特点是，支架有整体的顶梁、内伸缩梁、长侧护板结构，全封闭式的端面顶板，单铰接机构的后部支架。在放煤作业时，放煤后部同过煤的空间不随采高变化以及顶梁的工作状态的改变而改变，支架后部的掩护梁设为折线弯曲形状计能减少对破碎顶板与破碎顶煤间煤岩的分界面扰动，降低顶煤在放出时所含的矸量以及提高煤矿的回收率，用有双伸缩效果的后柱支架，能够有效调节顶梁的工作状态，保持和相邻支架构成的封闭顶板，紧凑的支架结构，总体同部件的尺寸较小，相对重量轻，低成本制造，利于运输、安装，且能起到较高强度支护作用。

3 减沉注浆技术于厚煤层中的应用

减沉注浆技术的原理是利用地下煤层被采出后，覆盖着的岩层部分形成自然垮落的冒落带，部分则形成弯曲下沉的离层带。开采煤矿之时会形成地下空间，产生的地下空间破坏了岩体的原始平衡状态。如能在岩层移动过程中及时填充这一空间，就可阻断岩层继续向上发展至地表，便可控制和减小因地表自然下沉所带来的危害。减沉注浆的主要机理可开阔为以下几种：

第一是支撑作用。通过地面钻孔来向覆岩离层空间高压注入混合浆液，用水把填充物输送至离层带，然后脱水时填充物沉淀，体积和密实度不断增加，支撑上覆岩层，阻止其下沉弯曲，控制好最大离层位置向上继续发展。

第二，压实作用。注入进离层带的高压浆液作用于四周岩体，挤压其下部岩体，让岩层在向上移动过程中所形成的裂隙和空隙被压实，在设计注浆层位置形成更大的注浆空间，由此便可更充分地对岩层进行填充，减小二次降沉，提高降沉效果。

第三便是控制还有减缓地表破坏程度。实施减沉注浆技术不仅可以减小因开采产生的地表降沉和变形等影响，还能够一定程度的降低降沉速度，让地表下沉速度减慢，从而减少开采厚煤层时所带来的不必要的损失。经过在我国抚顺、大屯、充州等地对减沉注浆技术的工业性实验结果表明，采用了减沉注浆技术的地表下沉率仅为36%-65%。

每个煤层的覆岩结构特征均不相同，存在不同厚度和硬度的岩层，其所具备的工作面各地质采矿条件也不相同，所以在对煤矿实施减沉注浆技术之时，应对煤层做出分析，以便能够合理地选择注浆参数，让减沉注浆技术发挥最大作用。

4 厚煤层综采设备应用及研制

开采厚煤层主要有分层机械化综合采煤法、放顶煤机械化综合采煤法以及一次采全高厚煤层机械化综合采煤法几种。采用分层式的垮落采煤工艺比较复杂，掘进率较高，不过网下的开采，顶板容易破碎，出口处很难维护。使用放顶煤的开采方法，回采率较低、煤尘大、会产生自然发火的情况，同时工作面的瓦斯涌出量多，会造成局部积聚。如今厚煤层的开采多选用一次采全高机械化综合开采，不过大采高的全厚开采落差大，使得工作面空间维护量大，顶板容易冒顶，煤壁易片。更为重要的是全厚开采技术的机械化设备的配套技术目前在国内还不是很成熟，尤其是地质条件较复杂的厚煤层，压力大、断层多，开采的回采率和安全程度低等情况，制约着该开采技术的使用效能。所以，厚煤层综采设备技术是一项函待解决的难题。

就目前国内的条件来看，综采设备应达到下面几点要求。

（1）就各高效高产工作面的生产情况来看，综采装备最为关键的就是采煤机，采煤机是决定生产能力的重要环节，它应该可以使长壁的工作面生产效率和能力得到进一步的提高，采用遥控操作采煤机，开采可以满足2.5至5.3米的采高需求，它的上方应该设置45度的挡煤板。

（2）为了达到采煤机的截割要求深度，应该增加支架的顶梁长度，来维护工作面的顶板，避免冒顶。液压支架应设置护帮装置，且护帮高度要大于800mm，必要的时候可设二级护帮，其最大的护帮高度可达2.2米以上。遥控操作液压支架，于支架后侧安置抬高行人通道，支架可适应2.5至5.3m的高度变化。

（3）刮板输送机的牵引方式和外型尺寸应同采煤机匹配，且输送机的长度和工作面的长度要一致，刮板输送机应安置侧帮挡板，其运输能力要与采煤机的工作能力相适应。