浅谈煤矿井下厚煤层开采的工艺选择

黄 涛

(潞安集团 古城煤矿，山西 长治 046100)

在我国的能源消费中，以煤炭为主的一次能源所占比例通常约为75%。近年来，随着社会对煤炭需求量的持续加大，煤炭产量也逐年提高，煤矿不断增大开采的范围和深度，与此同时安全和技术管理要求也越来越高。虽然我国近年来在采煤工艺上取得了较大的进步，但受煤层赋存的地质条件差异限制，难免存在许多技术问题没有解决。在我国的煤炭资源中，厚及特厚煤层所占的比重达40%，在开采此类煤层时应结合煤层赋存的具体地质条件，选择合理的采煤方法与工艺，这也是煤矿实现安全、高效开采的核心。

本文结合国内厚煤层开采的现状，对厚煤层开采工艺选择的原则，各类开采厚煤层工艺的优缺点，开采工艺与操作作业的优化，提出以下几点见解。

1 国内厚煤层开采的现状

由于我国的地域比较广阔，虽然煤矿地质赋存的条件体现出具有较大的差异性，但与薄煤层相比，厚煤层所占比重大，蕴藏的资源显得更为丰富，煤层开采时工作面空间更为宽敞，更便于机械设备的布置和人员的操作作业。经过多年煤矿装备科研攻关，厚煤层开采技术基本上形成了以分层开采、大采高一次采全厚及放顶煤开采三种主要开采工艺技术。

2 厚煤层开采工艺选择的原则

选择合理的采煤工艺，直接关系到矿井能否实现安全、高效开采，不仅对煤矿生产过程的安全管理意义重大，而且对煤矿的经济效益和社会效益也有着举足轻重的意义。因此，选取适合煤层赋存条件的、技术合理的采煤方法及工艺是首要条件，综合看就是应符合最大采出率原则、安全开采原则、装备技术先进性原则[1-2]。

2.1 最大采出率原则

虽然我国煤炭蕴藏量大，但一次能源中化石类资源还是有限的、不可再生的，所以国家就以合理利用资源，减少煤炭开采对环境的破坏，取得最佳的经济和社会效益作为煤炭绿色开采的要求，对煤层的采出率做出明确的限定，力求采用先进的采煤方法和工艺，在保证生产安全的情况下，尽量提高煤炭的采出率。近年来，有的煤矿为了提高煤炭资源的采出率，都开始了边角残煤的复采，虽然付出了较大的成本，但一定程度上促进了煤炭资源的回收利用。因此，在煤层开采前期，就应该根据最大采出率原则，选择好煤炭开采方法和工艺，尽可能使煤炭的采出率最大化。

2.2 安全开采原则

煤矿安全是天字号工程，党和政府对此非常重视，习总书记关于安全生产重要论述的十句“硬话”中，明确指出“人命关天，发展决不能以牺牲人的生命为代价”。因此，煤矿生产首先要保证生产环境符合安全生产条件要求，这也是煤矿开采工作的首要原则。煤矿井下开采环境较为恶劣，在进行采煤方法及工艺的选择时，必须首先将安全开采原则放在首位，重视生产系统各个环节及工序安全，确保符合《煤矿安全规程》的有关规定。尤其是对煤与瓦斯突出矿井，更要确保安全开采原则的贯彻执行，以切实消除煤与瓦斯突出事故的发生。

2.3 装备技术先进性原则

近年来，随着煤炭科研工作水平的不断提高和发展，一批批适用于煤矿井下生产条件的先进的开采方法、工艺及各种配套机械设备不断投入应用，煤炭开采方法和工艺也随之发生了创新性提高，这也给煤矿提高生产效率、降低工人作业强度和实现安全生产创造了条件。从一定程度上讲，正是煤矿装备技术先进的特点，促进了采煤工艺的变革，改善了煤矿井下安全生产环境，保障了工作面生产的安全和高效。因此，在煤矿正朝着自动化开采方向发展的当下，煤矿装备技术先进性，是选择合适的采煤方法及工艺的原则。

3 各类厚煤层开采工艺的优缺点

所谓厚煤层是指地下开采矿井大于3.5 m的煤层，这在我国是煤炭开采的主要煤层，其产量占原煤总产量的45% 左右，开采厚煤层时需要根据煤层的厚度，选择适当的开采方法。随着煤炭市场的增大和煤炭储量的减少，对煤炭资源进行高效开发已经成为行业的共识。煤层地质条件以及开采条件，对煤层的开采具有很大的限制，要保证煤炭资源的合理、有效开采，必须根据具体情况选择适当的开采方法。

我国是厚煤层的开采大国，开采厚煤层的矿井较多，经过长期的研究与实践，厚煤层的开采工艺基本上分为分层开采、大采高一次采全厚和放顶煤开采三种。厚煤层不同开采工艺的特点如下[3]。

3.1 分层开采工艺

分层开采就是通常将煤层分为两层或多层开采的一种开采工艺，20世纪80年代以前，我国厚煤层的主导开采方法，是不同机械化程度的人工假顶分层开采，其中在开采顶分层时需要先铺设人工假顶，以防止顶分层开采过后，顶板垮落下来的矸石混入下分层开采的煤炭中。直接顶较厚的厚煤层，采用分层开采工艺时具有以下特点：

1) 工作面具有较高的煤炭资源回收率，一般厚煤层回收率达到近95%；

2) 工作面开采工艺复杂，且与其他两种开采方法相比效率较低、成本较高；

3) 工作面需要进行多次搬家，并要多掘进几条巷道，总的巷道工程量较大，且下分层开采时工作面开采具有较大困难。

3.2 大采高一次采全厚工艺

随着煤炭开采技术装备的发展，1984年缓倾斜特厚煤层一次采全厚开采工艺与装备, 首先在沈阳蒲河煤矿进行井下工业性试验，开创了我国缓倾斜特厚煤层一次采全厚的先河。目前，一次采全厚开采方法应用非常广泛，由于技术设备的不断深入发展，大采高成套设备型号齐全，适用于各种不同高度煤层开采的需要。大采高一次采全厚工艺具有下特点：

1) 大采高一次采全厚工艺相较于其他两种开采方法，开采工序少，煤炭资源回收率高，煤炭含矸率低；

2) 由于采用大采高一次采全厚工艺，使得工作面矿压规律显现明显，会导致地质岩层结构发生严重破坏；

3) 采用大采高一次采全厚工艺，所配套的采煤设备和液压支架，具有体积大，不便于运输、安装的特点。

3.2 放顶煤开采工艺

放顶煤开采工艺，是在厚煤层底部布置工作面，其上部的煤炭资源采用爆破或矿山压力破碎的方式，流放到液压支架上方或后部刮板输送机上运出的一种开采方法。1985至1986年,原甘肃窑街矿务局二矿对特厚煤层综放开采法进行了试验，随之全国各地的煤矿企业也先后应用了放顶煤开采工艺，总的来说该开采工艺具有以下特点：

1) 多个放煤口同时落煤，顶煤垮落效果好、人力成本低，但煤炭中夹矸含量较高；

2) 放顶煤开采工艺与分层开采工艺相比，工作面搬家次数少，生产集中化程度高；

3) 放顶煤开采工艺为了保证煤质符合用户要求，需根据顶煤的冒放性现场控制放煤操控量。

4 开采工艺与操作作业的优化

当前我国煤炭开采技术虽然已经取得到了很大的成就，不同厚度煤层都可选取适当的方法及工艺来开采，但为了保证安全、高效开采，保障煤矿的生产安全，进一步提高煤炭资源的回收率，开采工艺还有优化的空间[4-6]：

1) 灵活选择开采方法。煤矿应根据煤层的地质赋存条件，灵活选择开采方法，要摆脱传统开采方法的限制，大胆应用科学、合理、高效的开采工艺方法，打破传统的思想观念，在保证安全的情况下，大胆进行开采工艺尝试，采取措施提高生产效率和煤炭资源回收率。

2) 合理控制采煤工序。合理控制每一道开采工序，认真监督关键工序点，防止出现一些细节问题，如过量放煤造成压溜故障，导致系统停止运转等。

3) 采取有效安全措施。为了保障工作面的生产安全，必须结合实际地质条件制定合理的作业规程，经安全培训后提高员工安全意识与处理事故的技能，做到持证上岗，以保障各个岗位安全生产。