下分层工作面安全开采技术研究

下分层工作面安全开采技术研究

摘要：煤矿的开采技术有3类技术，即：分层开采、放顶煤开采、大采高开采。当前，它们在我国的煤矿开采中都有广泛应用。本文针对特定的地质条件和煤层条件，为了实现安全生产，对分层开采实际操作过的措施进行了研究。

关键字：分层开采；人工假顶；支护

1 引言

众所周知，煤炭在我国的能源结构中占有无可替代的地位。其年产量占全世界煤炭产量的1/3以上，占我国的一次性能源消耗的70%~75%，是世界上名副其实的煤炭生产和消费大国。目前，在我国的煤炭储量中，厚度大于3.5米的厚煤层占到45%，是我国煤炭开采的主要煤层。针对厚煤层的开采技术有很多，随着技术装备的不断发展，煤矿开采技术经历了分层开采、放顶煤开采、大采高开采3个阶段。从表面上看，开采技术经历了由低到高的发展，然而，实际上不是这样，需要根据不同的技术、经济、地质等条件采用不同的技术方法，甚至是多种方法的综合，无论采用哪一种或者哪几种开采技术，针对厚煤层具有好开采的优势，都可获得较好的经济效益，但是，安全生产是实现和提高经济效益的关键和前提条件。为了实现煤炭企业的最大效益，不仅要因地制宜的采用合适的开采技术实现年产量的高产高效，而且要针对煤矿的安全生产加强管理，提高职工的安全意识和技能，落实安全责任。本文通过对某煤矿3#煤层下分层工作面的开采试验,掌握了下分层工作面安全回采的有效技术途径、措施和管理方法。对中小煤炭企业的安全生产做了有益的探索。

2.我国目前厚煤层开采技术的比较

2.1 大采高开采技术

所谓的大采高的就是指将传统的综采技术与厚煤层的特点相结合，利用机械破煤一次采全高采煤法。常见的是长壁采煤法，其一次开采全高达到3.5-7.0米。由于受工作面装备稳定性的限制，该技术大多应用于倾角较小的煤层。近年来，随着煤机制造业技术进步，特别是煤炭企业经济形势逐渐好转，国内煤机设计与制造等技术的迅速发展等，大采高开采技术在我国的大型煤炭企业得到了广泛应用。

2.2 放顶煤开采技术

放顶煤开采技术是50年代末由法国布朗基矿首先试用成功，70到80年代在世界上10多

个国家推广使用。目前，这项技术在国外似乎已经日趋衰落，在我国仍然应用广泛，其实质就是在原煤层的底部，用常规的开采方法，对已布置的长壁工作面进行开采，支架上方的顶煤，在山体自身压力或松动爆破的作用下破碎成散体，通过支架尾部的放煤口经由刮板输送机运出工作面，完成开采任务。该技术按机械化程度和使用的支护设备可分为两类：综采放顶煤和简易放顶煤，其中，前者比较常用。

2.3 分层开采技术

分层开采技术是一种三种技术中使用最为成熟的一种，是20世纪80年代对厚煤层主要开采技术。该技术是将厚煤层分成若干个2-3.0米的分层后逐层开采，其开采步骤既可自上自下的，也可相反，一般前者常见。当采用自上而下逐层开采时，其工艺过程是为确保下分层回采安全，在上分层开采后必须铺设人工假顶或形成再生顶板。目前多采用在分层间铺设金属网，作为下一分层开采的“假顶”。

表1 厚煤层开采技术的比较：

综上所述，这三种方法各有优劣(见表1)。目前，我国厚煤层的开采技术中上述3 种均有所应用，然而，煤炭的开采与具体的地质条件、开采条件、企业的的经济条件等有密切关系，因此，针对特定煤矿，具体采用哪一种技术或者哪几种技术的综合，要根据煤层条件和技术条件来决定。分层开采在我国应用时间最长，技术已经比较成熟，适合中小煤矿的生产特点，是本文研究的重点［1-4］。

3分层开采技术

为了具体阐述分层开采技术在其工艺中实现安全生产的措施与方法，本文以某煤矿3#工作面为例进行说明。3#煤层呈水平分布，高6.5米，分上下两个分层，上分层3米，下分层3.5米。下分层的直接顶板为泥质粉砂岩，其中，一部分为破碎的中砂岩。经过测定，顶板胶结不稳定，支柱易变形，导致冒顶发生，从而开采难度大[7]。

3.1 工作面甚本条件

3.1.1 地质条件

3#工作面走向350米，倾斜宽125米，煤层倾角3-6度。直接顶板为泥质粉砂岩，厚度0-7.65米/5.29米；老顶顶为中砂岩，厚度0--9.89米/3.42米，直接底为泥质粉砂岩，厚度0-13.78米/9.46米。

3.1.1 采煤方法及工作面支护

由于煤层赋存稳定，地质构造简单，从而采煤方法采用单向长壁后退式方法，对顶板的管理采用全部跨落法。考虑到采高为1.5-2.0米，平均为1.8米，故而使用DZ20-22型外注式单体液压支柱与DZA-1200铰接梁配合，正悬臂齐梁支柱支护形式，控顶方式为见四回一，柱距0.65米，排距1.2米；工作面运输机头、机尾分别使用3.8米，4对8架长钢梁做为特殊支护。

3.2 安全开采技术措施

3.2.1 管理直接顶板的措施

煤矿的五大灾害中,最常见的是顶板事故，所以直接顶板的管理，作为下分层工作面安全回采的重点，是很重要的。面前及时套支3.2米的小钢梁，再用小杆去严密背顶。在采煤机割煤时，为了避免因割坏人工假顶导致漏顶事故发生，机组的滚筒到直接顶板的距离应控制在0.2米左右；在采煤机割煤之后，应该及时做挂梁和严密背顶的工作，把小钢梁窜到煤壁跟前，另外，面前要打好临时支柱，并且要确保挂梁、背顶、临时支柱的作用，在用顶板控制支护的作业中，一定要做到“三快两实”，即：支柱快，挂梁快，移溜快，支柱升实，背顶实[5]。

3.2.2 保证支护质量的措施

3#工作面的支护设计上，应该充分考虑“护”、“支”、“让”兼顾的原则，对工作面上的采煤机而言，在前期要重视“支”，在后期要重视“让”，这一原则要求支护的设计应该选择合适的支护参数，将柱间距由0.8米调整到0.6米，保证支护密度，加大支柱的初撑力和迎山力，提高支护质量。

3.2.3 保证支柱初撑力的措施

一般而言，支柱的支护质量决定着对工作面顶板的控制效果，而支柱的实际初撑力大小是衡量支护质量的重要指标[6]，就3#工作面的具体情况而言，由于下分层的人工假顶易破碎，支架易变形，蜘蛛的初撑力达不到90KN，于是，要采取一定的措施保证蜘蛛的初撑力，为此，要做到：使用带压力监视装置的注液枪，尽量避免多枪同时注液；合理安排注液工序，及时补液；对单体液压支柱实行双管供液。

3.2.4 防止支架变形和出现网兜的措施

由于下分层作业面的直接顶板胶结不稳定，顶板受力不均，会产生形变，进而导致升柱时的支架弯曲，从而在顶梁处形成网兜，导致漏顶发生。为了避免这一事故，应该采取如下措施：首先，升柱时应避免空顶，要定实；其次，用小杆穿在顶梁上，避免面后网下垂；最后，为了有效控制顶板，将3.2米的小钢梁套支在两路顶梁中。如此一来，就可以阻止支架变形和出现网兜。

3.2.5 溜头、溜尾及上下出口的措施

在3#工作面上，由于面前支承力的存在，位于溜头、溜尾处顶板过大的悬漏面积，会破