厚煤层分层开采与综放开采的技术经济比较

（4）新型系列综放支架及其配套设备
支架是综放开采技术的关键设备，我国综放支架的研制居世界领先水平，我国目前已拥有适合不同倾角、不同厚度煤层和不同顶底板条件的系列产品以及相配套的设备。我国已成功地设计制造了过渡支架和端头支架两个特殊品种，使综放开采技术具有更好的适应性和安全性。
2.3综放开采存在的问题及解决的方法
2.2综放开采技术在我国的发展
综放开采技术已经成为我国厚煤层矿井高产高效开采的主要模式。近年来，国内专家学者、技术人员对综放顶煤放出规律开展了大量研究工作，如采用随机介质理论、放出椭球体理论、散体概率模型等方法来分析顶煤放出规律，包括合理放煤参数及影响因素；采用UDEC离散元方法模拟综放顶板运动、端面顶煤失稳、煤岩力学状态；如采用有限元方法分析顶板破碎机理与冒放性；采用相似材料模拟研究放煤工艺参数；采用圆形离散元模拟采煤步距为0.6 m时的顶煤放出过程，分析不同放煤方式的顶煤损失。这些研究成果为综放开采提供了理论依据。为解决综放开采的一些问题我国科技人员在综放开采的技术进步中，投入了大量的力量，在理论、技术和装备等方面取得了系统和丰硕的成果。
③在综放时，端头部分应试验和采用能开天窗放煤的端头支架，可更多收回端头煤量。
放顶煤开采回采率损失的主要原因可以从放顶煤工作面的各项损失构成上进行分析。
①设计损失。轻放工作面设计，要求两巷平行，切眼基本垂直两巷，由于地质构造复杂，断层发育，采区布置是依断层为边界的，因此，布置放顶煤工作面造成的三角煤丢失比分层开采要多5% (平均值)左右。
（2）综放面顶板结构与支架围岩关系
综放面顶板结构与支架围岩关系一直是学术界和工程界长期争论的课题。一种观点认为，放顶煤一次采出厚度大了，顶板压力必然增大，因此有些厂家设计出了大吨位支架，然而这些支架在有些采场出现了钻底、钻顶及歪架现象，直接影响了矿井的效益；另一种观点认为，放顶煤采场冒落矸石厚度大，顶板压力被缓冲了，压力变小了，因此有些矿井选用了吨位较小的支架，结果出现了立柱压爆、油缸变形的严重事故。那么，到底放顶煤采场压力是变大了还是变小了，应该怎么认识这个问题，已成为综放支架设计和选型的首要问题。
⑤构造造成的损失。如工作面过断层在底板三角带丢煤造成的损失。放顶煤开采与分层开采相比，减少了区段煤柱损失、浮煤损失和底分层的面积损失、厚度损失，通过上述分析，可得出的初步结论是：当采用简放工艺时，采区和工作面回收率高于分层开采3～5个百分点；当采用轻放工艺开采时，采区和工作面回收率较分层开采降低2～4个百分点。
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2.1分层开采和综放的优缺点
(1)分层综采采煤法的特点
优点：
①技术成熟，采煤设备配套，类型齐全，性能完好，操作方便，管理简单，可选出适用各种条件的采煤设备；②液压支架及配套的采煤机设备体积小、轻便，回采工作面搬家方便；③采高一般为2.0～3.5m，回采工作面煤壁增压区小，煤壁稳定，生产环节良好；④回采工作面采出率高，可达到93～97%以上，能达到国家规定要求；煤炭含矸率低，一般不大于1.5%，相对综放开采煤尘浓度低；⑤和综放工艺比较，顶板易管理，工作面巷道维护难度小。
缺点：
①煤损多，工作面采出率低（比分层开采低10%左右）；②煤层易自燃发火；③工作面煤尘大；④瓦斯积聚隐患大。
适用条件：
一次采出的煤层厚度在5～12 m之间；煤的硬度系数一般应小于3；煤层倾角不宜过大；煤层所含夹石曾厚度不宜超过0.5 m，其硬度系数也应小于3；煤层直接顶具有随顶煤下落的特性，其冒落高度不宜小于煤层厚度的1.0～1.2倍，基本顶悬露面积不宜过大；地质构造复杂、破坏严重，断层较多和使用分层长壁综采较困难的地段，采用放顶煤能取得较好的效益。
②工作面内初、末采损失。工作面回采初期，为了防止老顶突然冒落对工作面产生威胁，在直接顶冒落前采取初采段(走向长约5m )不放顶煤的措施，从而形成顶煤损失。工作面临近收作时，为了安全回撤轻放液压支架，距收作位置10m左右，提前铺网控制顶板，引起丢煤损失，据实际资料计算，初末采损失煤量约2万～3万t，占工作面储量的2%～4%。
缺点：
①工作面单产低，单产提高困难；②开采投入高，上、下分层开采，人工铺网劳动强度大，铺网费用高，煤巷掘进工程量大，掘进率高，回采工作面搬家倒面次数多，搬家费用高；区段分层周期长，多次启闭，引起自燃发火频繁；③需要等再生顶板的生成，加剧接续紧张的矛盾；④由于下分层开采需要留内错式隔离煤柱，使得带区采出率降低。
（1）顶煤冒放性的定量评价方法
顶煤能否顺利冒落并有效放出，是决定放顶煤开采能否成功的关键，也直接影响到工作面的煤炭回收率。我国科技人员先后提出了多种冒放性评价方法，例如；将影响因素量化后进行回归；用回归公式计算冒放性；用模糊聚类法计算冒放性；用距工作面煤壁不同距离处顶煤位移量达到100mm处的位置远近作为冒放性判别指标。现场使用较多且直观方便的方法是下述的“7因素加权模糊推理法”。这是对煤层地质条件和开采条件的综合评价，没有考虑辅助措施对冒放性的影响作用。当采用辅助措施影响冒放性时，相当于改变了煤层地质条件和开采条件，因此，该方法仍然适用。
适用条件：
煤层顶板不是十分坚硬，直接顶具有一定厚度的缓倾斜厚煤层。
（2）综采放顶煤采煤法的特点
优点：
①单产高，工作面具有多个出煤点，而且在工作面内可实行分段平行作业，易实现高产；②效率高，由于放顶煤工作面的一次采出厚度大，生产集中，放煤工艺劳动量小，以及出煤点多等原因，其生产效率和经济效益大幅提高；③成本低，放顶煤采煤法比分层开采减少了分层数目和铺网工序，由此节省了铺网费用，此外，其它材料、电力消耗、工资费等也都相应减少；④巷道掘进量小，掘进率和巷道维护费用减少，便于采掘接替；⑤减少了搬家倒面次数，节省了采煤工作面的安装和搬迁费用；⑥对煤层厚度变化及地质构造的适应性强。
厚煤层分层开采与综放开采的技术经济比较
摘要本文对放顶煤开采和分层开采进行了技术分析和经济比较，结果表明，在厚煤层开采中，采用放顶煤开采，技术经济效果十分显著，放顶煤开采已成为厚煤层开采的发展方向之一。
关键词放顶煤开采分层开采技术分析经济比较
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我国目前开采厚煤层的主要方法有分层开采、一次采全高和放顶煤开采。综采放顶煤技术产生于欧洲，发展且成熟于我国。1964年法国试验综采放顶煤获得成功，解决了5~20m厚煤层的一次采全高问题，先后被南斯拉夫等东欧国家引进，并取得较好的技术经济效果。我国自1982年开始研制综采放顶煤支架及工艺方法，到1984年第一个工作面的试验，随后便推广到我国的29个局、矿70近个工作面，并应用到我国多变和复杂的厚煤层地庸条件，解决了长期困扰我国厚煤层开采的效益、工效、高产的问题，综采放顶煤在我国获得了长足的发展。分层开采所需设备、开采布局与开采单一煤层基本相同一次采全高，设备笨重，倒架、歪架难以控制，片帮、冒顶严重威胁工作面的正常回采，限制了使用范围放顶煤开采兼顾了上述两种开采工艺。采高控制在2.5m左右，使用设备与分层开采基本相近。增加一部后输送机，克服了大采高工作面存在的难以解决的问题，真正达到了在现有国产设备条件下高产、高效的目的。但由于地质条件、煤层赋存状况、技术与设备、生产与管理等存在差异，放顶煤开采的应用受到很大限制。诸如放顶煤开采丢煤的问题，煤矸混杂，多厚煤层适合放顶煤开采等一系列相关的问题。对此，文中将作如下分析和探讨。
⑤监控监测
对瓦斯集中涌出、聚集区域，采取计算机时时检测监控。及时发现，及时处理。做好设备的闭锁管理。
⑥日常管理
加强日常中的一ຫໍສະໝຸດ Baidu三防工作，通过对员工的培训，提高综合素质，制定严格、科学的管理技术措施和奖励惩罚制度。汲取事故教训，防止同类事故再次发生。
（2）综放工作面瓦斯治理技术措施
将瓦斯通过独立的隔离管路或巷道排放出矿井是有效的安全技术措施，加强通风工作的管理，同时也是贯彻瓦斯治理的十二字方针：先抽后采、监测监控、以风定产的精神。要针对不同的瓦斯来源，予以分源治理。
①瓦斯抽放
开采层煤层透气性好的，可以采取采前预抽放，降低实体煤的瓦斯含量；回采中，借助于煤体的卸压充分条件，可以采用回风巷道顺层、穿层钻孔对本层和邻近层的瓦斯进行抽放，减少瓦斯在开采过程中的涌出。采空区可以在工作面推进过程中利用埋管抽放；利用邻近采空区的巷道钻孔抽放采空区瓦斯；通过地面大直径钻孔，抽放采空区、卸压邻近层，也可以取得较好抽放效果。上隅角是瓦斯易聚集区域，对于它的防治是不可以掉以轻心的，可以采取明管抽放；利用水引射器，将瓦斯引入采空区深部等方法。
（1）提高煤炭回收率的技术措施
按规定，厚及特厚煤层的采区回采率不能低于75 %。为使放顶煤开采符合国家的能源政策，须将采放工艺损失控制在11 %，初、末采及端头损失控制在7 %，护巷煤柱损失控制在7 %。
①对倾角小于10～12°的煤层，应尽量布置对拉工作面，这样可减少一条采巷道，减少煤柱损失。
②在顶煤厚度够，技术经济合理的条件下可采用网下放煤，减少矸石混入量，增加回收煤量。对于煤厚大于10 m的煤层，在上段割底放煤时应铺底网。
综上分析在厚煤层中，采用放顶煤开采较分层开采具有明显的优越性：①煤层掘进量小，掘进费用低，缓和了采掘关系；②减少了搬家倒面次数，节省了综采面设备搬迁、安装的工作量及费用；③较分层开采减少了铺网工序、材料、工资及巷道维护等费用；④对急倾斜厚煤层，较普通开采的工作面产量提高1~3倍；⑤提高了煤炭的块煤率，增加了煤炭的售价；⑥减少了设备的运行费，特别是采煤机，相对减少了吨煤设备折旧费或租赁费；⑦有利于矿井的集中控制，实现减面、减人，提高工效的目标；⑧提高劳动生产率，降低成本，比一般回采工效提高2~5倍。但放顶煤开采也存在一些急待解决的问题，主要有煤尘大、回采率低，自然发火问题尚未得到很好解决，对高瓦斯矿井，有瓦斯局部积聚的危险。
③端头损失。放顶煤工作面回采时，因无端头支架和后溜电机的影响，下车窝3m不能放顶煤，按面长200m计算，损失在4%左右。
④放煤工艺损失。①放煤步距损失。放煤步距有效果最佳值，在含矸率要求一定的情况下，支架移动步距一定，放煤步距的大小是影响放顶煤损失的主要因素之一；②放煤方式损失。轻放面每个液压支架都有一个放煤口，放煤方式的选择(单轮放、多轮放)也是影响放顶煤损失的因素之一；③放煤脊背损失。两轮放煤间距之间不可避免地要留下放煤盲区，形成放煤脊背损失。
③煤层注水
对煤层注入高压水，不但可以增大煤体的空隙，增大瓦斯流动的通道，增大煤层的透气性，有利于瓦斯抽放，而且还可以增强煤体的湿润性，可以抑制放、落煤工作中煤尘的产生，改善工作环境。
④通风技术
采取正压通风是利于抑制瓦斯涌出，对主扇的运转情况要时时注意，并要掌握井田地区的气候及大气压力变化情况，及时调整主扇的工况，保证井下压力的基本稳定。对于上隅角，可以利用风帘导入新风，稀释隅角瓦斯浓度，防止瓦斯超限，增大对工作面的供风量。
（3）综放支架受力与顶板结构的关系
由上述分析可知，综放面顶板压力不仅与顶板结构有关，而且与采空区充填状态有关。对于一般的顶板结构，支架设计和选择时，Pc的选择可根据煤层硬度适当调整。此结构下水平推力不是主要矛盾，也不会有大的冲击载荷。对于坚硬梁式结构采场，顶板压力大小的预计及支架选型应采用以下步骤：首先估计在预定放出率条件下的直接顶厚度；对照具体采场的顶板岩层，推断坚硬梁式结构形成的位置及可能性；计算坚硬梁式结构运动的自由空间(采空区的空虚程度)；估算结构失稳时最大动力载荷及力作用方向；提出对支架架型及参数的要求。
②巷道排放
可以采用高位瓦斯专用排放巷道、采空区尾巷、邻近采空区巷道导入的排放等方法。导入式即回采时在邻近已采空的护巷煤柱每隔10～20m设置钻窝，视情况留设薄煤皮，采中抽放，工作面过后，在矿山压力作用下自行塌落，使得老空区的瓦斯涌现到工作面后方采空区，减少向隅角的涌出。厚煤层顶煤跨落、破碎是瓦斯涌出的高峰期，采用沿回风巷道内错10～15m布置一条煤层顶板的专用瓦斯排放巷，一般随着顶煤冒落而同时跨落，顶煤涌出的瓦斯、采空区煤炭涌出的瓦斯、邻近采空区涌入的瓦斯、邻近层卸压涌入的瓦斯，均在负压的作用下涌向专用瓦斯排放巷，瓦斯排放取得了较好的效果。