王 明

(霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200)

0 引言

對于煤炭開采而言，合理應(yīng)用綜采放頂煤開采技術(shù)十分重要，其是提高煤炭開采量的基礎(chǔ)，也是保證煤炭企業(yè)經(jīng)濟效益最大化的關(guān)鍵[1-3]。為此，相關(guān)部門需給予綜采放頂煤開采技術(shù)高度重視，促使其存在的價值與效用在煤炭開采中充分的發(fā)揮出來，推動煤炭行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。需要研究綜采放頂煤開采技術(shù)及實施要點。

1 綜采放頂煤技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀

綜采放頂煤技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代[4]。我國自行研發(fā)出了FY400/14/28綜放支架，在20世紀(jì)80年代由原煤炭部立項，并在沈陽設(shè)試點，但因支架穩(wěn)定性不強不能前移，四連桿強度不足，配置的設(shè)備不齊全，在實際運行中易引發(fā)火災(zāi)，因此該試驗被迫終止；3年后VHP-732型支架被我國平頂山礦務(wù)局應(yīng)用，通過此項技術(shù)利用，平頂山礦務(wù)局取得了傲人的成績，月均量高達40 000 t，最高達到55 000 t，回采率接近80%。在這之后，潞安礦務(wù)局與陽泉礦務(wù)局也開始進行試驗，他們的成績要遠遠超出其以前的成績。從首個試驗開始，經(jīng)歷了10年的發(fā)展，綜放技術(shù)發(fā)展迅猛，此項技術(shù)進入到了鼎盛時期，諸多地方的礦務(wù)局皆開始應(yīng)用。在1994年就有將近30個礦務(wù)局使用這一技術(shù)，且他們的綜放開采產(chǎn)量最高達到370萬t。其中產(chǎn)量在百萬噸之上的有20多家，可以說綜放開采技術(shù)越發(fā)成熟。無論是安全保障上，還是工藝、設(shè)備上皆有十分卓越的進步，為綜放開采技術(shù)飛速發(fā)展提供了有利條件。

2 對綜放開采技術(shù)的貢獻

2.1 頂煤冒放性的評價方法

頂煤的冒放性對頂煤開采有巨大影響，是決定煤炭回收率的主要因素[5-6]。我國有許多科技人員都提出了冒放性評價方法，如對影響因素先量化再回歸，之后運用回歸公式計算其冒放性；利用模糊聚類法計算冒放性。開采場地應(yīng)用最為普遍的方式便是加權(quán)模糊推理法。其是對地質(zhì)條件和煤層開采條件的系統(tǒng)評價，并未對其他措施進行考慮，導(dǎo)致其他措施對冒放性的影響不明。若是輔助措施會影響冒放性，無疑會使地質(zhì)條件和煤層開采條件遭到改變，該方法依然能夠使用。

2.2 支架圍巖同綜放面頂板結(jié)構(gòu)間的關(guān)系

頂板壓力：支架圍巖同綜放面頂板結(jié)構(gòu)間的關(guān)系一直都是工程界與學(xué)術(shù)界辯論的課題之一。一種想法為，放頂煤采出厚度比較大，一定會加大頂板壓力，為此諸多廠家都構(gòu)建了大噸位支架，但這些支架易在采場內(nèi)出現(xiàn)倒架或是鉆底的現(xiàn)象，使回采效益受影響；另一想法為，冒落矸石厚度比較大，頂板壓力會受到一定緩沖，減少部分壓力，為此有很多礦井都選擇利用一些噸位相對較小的支架，但出現(xiàn)了油缸變形等十分嚴(yán)重的安全事故。放頂煤采場壓力變大變小的問題，已成為當(dāng)前支架選型與設(shè)計的核心問題之一。

采場頂板結(jié)構(gòu):我國當(dāng)前礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與綜放采場頂板運動有了諸多研究成果，相對較典型的是：在三硬條件下對礦壓規(guī)律的分析；有關(guān)采場頂板結(jié)構(gòu)同支架圍巖間的關(guān)系分析；在三軟條件下分析；有關(guān)綜放提升與創(chuàng)新的分析；有關(guān)網(wǎng)下等復(fù)雜條件下采場礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析等，上述成果十分全面的反映了多種頂板條件下的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，促進了放頂煤開采技術(shù)發(fā)展。前人研究皆認定，放頂煤開采條件下，直接頂?shù)目赡苊奥浜穸热匀粸橐淮尾沙龊穸鹊谋稊?shù)，在一般采場條件下該數(shù)值為1.9～2.5倍。直接頂上方有傳遞力的結(jié)構(gòu)，其冒落穩(wěn)定后能有效代替強度中硬質(zhì)頂板結(jié)構(gòu)。

支架圍巖關(guān)系:普通結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)下支架的壓力主要由3部分構(gòu)成，其中包括直接頂與老頂間的接觸力、全部或部分直接頂作用力、頂煤重量；堅硬梁式結(jié)構(gòu)，如果直接頂?shù)暮穸容^小，頂煤與直接頂以頂荷載的手段作用于支架之上，支架同時還需承受老頂斷裂時的沖擊力，因此，一般情況下，都會應(yīng)用動力學(xué)法解釋堅硬梁式結(jié)構(gòu)支架圍巖關(guān)系。

綜放支架受力同頂板結(jié)構(gòu)間的關(guān)系：通過以上分析發(fā)現(xiàn)，綜放面頂板壓力不單單與頂板的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還和采空區(qū)填充狀態(tài)息息相關(guān)。對于常規(guī)的頂板來講，平推力并不是最主要的問題，也并不會有多大的沖擊荷載。對于梁式結(jié)構(gòu)煤礦場，頂板壓力與支架類型的預(yù)估需應(yīng)用下述幾點：基于預(yù)定放出率為主，對直接頂厚度進行估計；通常情況下都會同采場的頂板巖層結(jié)構(gòu)對比，對梁式結(jié)構(gòu)的位置進行判斷；合理計算堅硬梁式結(jié)構(gòu)的運動空間，即采空區(qū)的空虛度；對結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時力作用方向與最大荷載進行估算；對支架參數(shù)與架型提出新的要求。

2.3 提高煤炭回收率的技術(shù)措施

基于綜放條件下推廣沿空掘巷技術(shù)，為煤巷支護錨網(wǎng)化提供有力條件，保證區(qū)段煤柱數(shù)量最少；研發(fā)過渡放煤支架等，提高工作面回收率；對于特厚煤層應(yīng)選用分層鋪底網(wǎng)技術(shù)，不單單可以提升回收率，還可以有效降低混矸幾率；給予攻關(guān)回采工藝高度重視，進而獲取新興工藝；在工作面布置上，加大走向長度和傾斜長度，靈活多樣布置不等長、刀把工作面，避開斷層等地質(zhì)構(gòu)造的優(yōu)化工作面布置設(shè)計，盡可能增加可采儲量。

2.4 新型系列綜放支架及其配套設(shè)備

綜放支架在當(dāng)前得到了廣泛利用，其可以說對我國煤礦開采具有不可或缺的作用。通過長時間探究，在緩傾斜厚煤層的綜放面低位放頂煤支架架型成為目前使用的主流。當(dāng)前，我國能夠設(shè)計并制造不同厚度煤層與傾角的系列支架，支架的使用年限與牢固性皆達到了世界較先進的水平。采煤機同支架的配套性好，應(yīng)用自如。還設(shè)計并制造了端頭支架與過渡支架這兩種特殊架型，讓綜放開采技術(shù)的安全性與實效性更甚。

3 加強煤炭回收率的措施與安全保障體系

3.1 加強煤炭回收率的措施

國內(nèi)的科技研發(fā)人員主要以提升煤炭回收率為中心任務(wù)，以設(shè)備、回采技術(shù)以及工藝為研究課題，通過堅持不懈的努力，讓我國目前煤炭回收率得到了有效提升，實現(xiàn)了80%以上，在技術(shù)方面的優(yōu)化有以下4個方面：①通過對沿空掘巷技術(shù)進行有效試驗，全面推廣后可使區(qū)域煤柱數(shù)量持續(xù)下降；②端頭放煤支架使用讓煤炭回收率同以往相比上漲了兩個百分點；③合理應(yīng)用預(yù)采頂分層鋪底網(wǎng)技術(shù)能夠有效提升煤炭回收率，并且減少混矸；④著重對回采工藝優(yōu)化與研究，比如某礦在對煤炭回采工藝(多輪順序均勻放煤)優(yōu)化以后，回收率上漲了5個百分點。

3.2 綜放工作面安全保障體系

煤塵、瓦斯等是導(dǎo)致綜放工作面出現(xiàn)事故的原因。針對綜放面瓦斯涌出特征與預(yù)防方法進行詳細闡述。

綜放面瓦斯涌出量提升，比如在某礦13號層綜放面產(chǎn)量高于分層工作面產(chǎn)量1.5～2倍，綜放開采面的瓦斯涌出量要比分層工作面高1～1.6倍；分層開采面的涌出量要少于第1層，但是多于其他分層。具體防治措施為：鄰層或是本鄰抽放；提升排風(fēng)量與抽風(fēng)量及采空區(qū)抽放等。

4 結(jié)語

綜放開采技術(shù)具有較強的安全性與高效性，會在日后較長的時間內(nèi)，成為我國煤炭開采的核心技術(shù)。但我國地域?qū)拸V，厚煤層開采條件與埋藏條件的多元化決定了綜放技術(shù)多樣性，不應(yīng)該局限于一種方法或是幾種方法僵化拼湊；也不能局限于現(xiàn)有的礦井模式。舊井的優(yōu)化與新井的設(shè)計，需依據(jù)采煤技術(shù)的進步與應(yīng)用實踐不斷更新、發(fā)展，以此獲得最大經(jīng)濟效益、安全效益。