综采放顶煤开采技术现状

张云国

(中色矿业集团有限公司,北京 100089)

放顶煤开采法由来已久[1]。法国、前苏联、南斯拉夫等国家于20世纪40年代末50年代初，即开始用放顶煤开采法。1957年，苏联首次在库兹巴斯煤田采用放顶煤开采法，借助KTY型掩护式液压支架开采倾角为5°～18°、厚度为9～12m的厚煤层。工作面先采顶部煤、铺底网，然后沿煤层底板开采，在工作面向中间煤层打眼放炮，崩酥中间煤体，在通过KTY型支架顶梁上的天窗放入工作面运输机运出工作面。后因工艺复杂、金属材料消耗量大、效果不理想而未能大量推广[2]。

放顶煤开采从原则上讲，无疑是能够实现高产高效的，但要实现这一优势，也有很大难度，存在着各方面的问题。如前所述，国外放顶煤开采由热变冷的过程，除了一些社会因素外，主要的原因还是在于没有从根本上找到克服这些难点的方法。放顶煤开采的优势，是能在不同的条件下，实现不同水平的，但却是前所未有的高产量、高效率和高效益，把厚煤层的储量优势充分转变为技术经济优势。我国的综放开采大体上可分为三个时期[4-10]。

1 探索阶段(1982～1990年)

这一阶段结束的标志，是阳泉一矿9603长壁综放面月产突破14万t，它证明了综放开采确实能实现高产高效。我国从1982年开始引进综放开采技术，并于1984年在沈阳矿务局蒲河矿首先进行了全部国产设备缓倾斜长壁综放面的试验，由于支架设计有缺陷，配套设备及生产系统不匹配，生产管理也没经验，试验基本上不成功。后在窑街矿务局急倾斜特厚煤层试验分段放顶煤方法(Sub-level Caving System)获得成功，随之在辽源矿务局梅河口矿、乌鲁木齐矿务局六道湾煤矿，急倾斜特厚煤层综放均获得成功，梅河口矿取得了工作面年产60万t左右的成绩。在急倾斜发展综放开采的同时，东北若干矿区继续试验缓倾斜综放开采，由于各方面原因，成绩不理想，安全状况也不太好，工作面发生过几次自燃火灾，单产水平也不高。1987年，平顶山一矿全部引进匈牙利生产的以VHP-732单输送机高位放煤液压支架为基础的全套综放设备投产，由于多种原因，当时月产最高仅为4万多t，没有表现出比分层综采有多大的优势。尽管如此，潞安、阳泉等我国主要的机械化产煤大局仍在积极准备进一步实验。1990年上半年，阳泉一矿和潞安王庄矿都达到了工作面月产8万t以上的高产水平。1990年下半年，阳泉一矿9603长壁综方面月产超过14万t，比该矿分层综采面产量和效益都提高了1倍以上，工作面煤炭回收率超过80%，并摸索出综放开采长壁工作面实现普遍高产的一些规律，对放顶煤开采技术发展产生了具有决定意义的广泛影响。

与此同时，东北各煤矿和郑州矿务局在难采或较难采的煤层中，也广泛地试验了长壁综放开采。由于试验地点的客观条件较差，虽然试验取得了很多经验，对以后我国综放技术的完善有很重要的借签作用，但这一阶段，综放开采在难采煤层中的突破还是不够的。

2 逐渐成熟阶段(1990～1995年)

综放开采步入成熟阶段的标志是：① 兖州矿务局兴隆庄矿工作面单产突破了300万t/a，初步显示了综放面高产高效的巨大潜力；② 难采煤层综放开采技术有了重大突破。1990年，阳泉一矿9603工作面达到了月产14万t，在经济上、技术上开始反映出综放开采的巨大优势。1993年，潞安矿务局王庄矿又将高产高效纪录提高到月产31万t，年产250万t，工效100t/工的新水平。很多矿务局认识到并开始将发展放顶煤技术提高到技术进步的主要议程，其中包括一些难采煤层如郑州矿务局的“三软”煤层、阳泉矿务局的高瓦斯煤层(五矿)、石炭井矿务局的“大倾角”(30°)煤层，也都加快了实现综放开采的步伐。

在综放开采技术取得重大发展的同时，影响综放开采继续发展的几个问题也被广泛关注，这就是：① 放顶煤开采的煤炭回收率达到了什么水平?如何提高综放开采的回收率?② 高瓦斯煤层能否使用综放开采?综放开采瓦斯治理的特点是什么?③ 对综放开采自燃灾害特点如何认识?综放开采防止自燃发火的主要技术措施是什么?④ 如何减少综放工作面的尘埃?

这个时期综放开采取得的主要成果是：

(1)工作面高产高效工艺取得了重大进展，综放工作面最高单产1994年为273万t/a，1995年为315万t/a，1996年350万t/a，1997年410万t/a，并且出现了一批年产200万t以上的工作面，统计表如1。

(2)放顶煤液压支架由仿造发展到自创，并进而定型。其中具有代表性的是由潞安矿务局与郑州煤机厂首创的四柱、四连杆、双输送机、短尾梁、低放顶煤支架。这种支架，由于它采用后四连杆短尾梁结构，支架的稳定性好、强度大、工作可靠，采用低位放煤明显的减少了工作面粉尘，减少了煤损，因此受到普遍欢迎。

表1 1994～1997年综放高产面的单产统计表

(3)综放开采在“三软”、“大倾角”(30°左右)、“高瓦斯”等难采煤层有了突破。实践表明，在难采煤层综放工作面的年产量，也能突破百万吨。

(4)初步摸清和提出了解决提高回采率、防治瓦斯、防治自燃和防尘的一些措施，并进行了大规模地实验，取得了一些成果。

(5)综放开采理论研究有了很大进步，对岩层控制、支架-围岩关系、顶煤可放性、放煤工艺、平行作业等都有较多研究。

3 技术成熟和推广阶段(1996年起)

从1996年到现在，国家加大了对综放开采技术研究的投入；由于综放开采巨大的技术、经济和社会效益，激发了煤矿生产企业的积极性，由于对综放开采的几个重大技术难点的认识有了深化，并初步有了治理方法，综放开采的安全优势也被公认。1995年，煤炭工业科教兴煤大会上，确定了把综放开采技术定为“九五”期间煤炭行业重点攻关和推广的五项技术之首，原煤炭部还将综放开采技术的几个问题定为“九五”期间煤炭工业重点科研攻关项目，使综放开采技术的发展有了一个很好的外部环境，在不长的时间内得到了快速发展。

近几年，综放开采技术在两种不同类型的情况下都得到了大发展。一种类型是少数大型、特大型矿井，煤层厚度大、储量大、地质构造简单、瓦斯不大、煤质中硬、使用综放开采的条件好，经过努力，工作面单产、效益大幅度增长(单产超过200万t/a)。1997年，兖州矿务局东滩矿综放工作面年产达到410万t，工作面效率达208t/工就是典型代表。另一种类型则是矿井井型较小(小于150万t/a)，矿井各环节设备能力较小，地质条件相对复杂，特别是几种难采煤层，如“三软”、“两硬”、“大倾角”、“高瓦斯(甚至有突出)”、“易燃”、“边角煤小块段”、“较薄煤层”等的综放开采技术有了较大发展，并在技术上形成了各自的典型模式。近几年，轻放支架研制成功，更加扩大了综放开采的适用范围，一些经营陷入困境的厚煤层矿井，在使用综放以后得到了新生。

综放开采作为一种缓倾斜厚煤层长壁开采的新方法，从采动影响的规律到综放设备设计配套，都有其本身不同于单一煤层开采的特点。从1982年科研立项伊始，广大的科技工作者和现场工程技术人员，在综放开采工艺、综放工作面设备配套、顶煤运动规律及矿山压力显现，放顶煤液压支架，综放开采的防火、防尘、防治瓦斯，提高综放工作面采出率等方面，做了大量的研究开发工作，取得了一大批科研成果，推动了综放开采装备、采煤工艺的变革，解决了综放开采中的许多技术性难题，为更好地了解综放开采技术和促进放顶煤技术的健康发展作出了巨大贡献[11-13]。

4 结 语

目前，综放开采技术在我国许多国有重点煤矿企业已经全面普及，相关采煤技术已经达到世界先进水平。然而，随着煤炭资源的深部开采，以往煤矿浅部开采时不需面对的问题如：地压、瓦斯、水、温度在深部都需面对。如何在保证高产的同时保证开采的安全，是今后一段时间广大煤矿工作者需要面对的问题。相关煤炭高校和科研机构需要在这方面做大量的工作。

[1] 吴健.我国综放开采技术15年回顾[J].中国煤炭，1999,25(1/2).

[2] 韩桂武.特厚煤层一次采全高综放技术的研究[D].[硕士学位论文].焦作：河南理工大学，2001.

[3] 李树刚.综放开采围岩活动及瓦斯运移[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000.

[4] 刘玉堂.中国厚煤层综放开采技术[J].中国煤炭，1999，25(7)：7-10.

[5] 宁宇.综放开采技术回顾与展望[J].煤矿开采，2003，8 (1)：1-3.

[6] 樊运策.新世纪中国综放开采技术发展的思考[J].煤矿开采，2003，8(2)：7-8

[7] 南华.综放支架部分参数对顶煤回收率的影响[D]：[硕士学位论文].焦作：河南理工大学，2001.

[8] 中国煤炭企协采掘机械化专业委员会,中国煤炭学会开采专业委员会选编.中国煤炭高产高效矿井建设论文集[C].中国矿业大学出版社，1998.10

[9] 闫少宏.综放开采顶煤顶板活动规律的研究与应用[M].北京：煤炭工业出版社，2003：10-14.

[10] 刘修源，叶建民，胡省三.积极健康地发展我国综采放顶煤技术[J].中国煤炭，1995(12)：18-20.

[11] 张世豪.我国厚煤层放顶煤开采技术的现状及发展方向[J].山西煤炭，2006.26(1)：19-21.

[12] 卿笃乐.21m厚煤层综放一次采全高技术研究[D]：[硕士学位论文].西安：西安科技大学，2004.

[13] 范维唐，蔡沾.中国厚煤层综采技术现状和发展方向[J].煤炭学报，1993(1)：1-10.