综采放顶煤采煤工作常见问题分析与解决方法研究

＊张玉柱

（晋能控股煤业集团地煤精通兴旺煤业有限公司 山西 037003）

1.放顶煤开采概况

(1)工作面概况

本文所研究的对象为晋能控股煤业集团旗下某煤矿，其煤层厚度在3.0～6.0m的范围内，平均可以达到4.7m。同时，经过调查发现该煤矿煤层结构相对简单，其上层为黄土状，与此同时存在透气差的现象，而对于下部而言，存在粉末状或碎块状，但煤层中间有一层泥岩夹矸厚度在0.1～0.2m左右，煤层变异安全系数γ值为0.97。对于3号煤矿进风顺槽而言，其方向与煤层顶板方向保持一致。在实施巷道支护的过程中，作业人员选择锚杆与锚索相结合的方式。一般进风顺槽包括如下三种形式：第一，煤矿进风；第二，工作人员通行；第三，煤炭运输。工作面长度基本按照150m布置，采高2.0m，顶部煤层厚度2.7m，回采率93%，采放比例1:1.35。当采用倾斜后退式方法后，可以借助倾斜开采的形式对煤矿进行开采，在实施开采的过程中，选用“一采一放”形式进行挖掘，对顶板实行垮落法管理。目前已有很多采面取得成功，进而可以在放顶煤开采时获得相应的经验。

(2)放顶煤的工艺流程

在综采工作面上，为了能够实现单向割煤的操作，往往从端部倾斜切割，相应的落煤一般可以通过双滚筒采煤机实现双向割煤。一般，前侧滚筒切割上部煤层，后侧滚筒切割下部煤层，切割下来的煤则可以通过前部设置的刮板机将其输送出去，其余煤在推溜时由铲煤板送到前侧刮板输送机，在矿山自身压力作用下，顶煤会沿着支架切顶线方向破碎冒落，在经过支架尾梁作用将煤输送到后侧刮板运输机中。一个完整的放顶采煤工序主要包含十二步：第一步端头维护；第二步机电检修；第三步煤层注水；第四步收护帮板；第五步割煤；第六步前探支护；第七步开启护帮板；第八步推前侧输送机；第九步收伸缩梁；第十步移架；第十一步放顶煤；第十二步拉后侧输送机。

(3)放顶煤的工艺特点

作为该矿采煤的重要方法之一，放顶煤开采适用5～20m厚度左右煤层且需要进行一次性全高开采。通常可以在每层下端设置一个煤层开采工作面，对应的煤层往往可以从支架的上部位置传送煤。一次性放顶煤开采法逐渐替代多层次煤层开采法，这样可以实现对中厚煤层的开采。经过实践发现该方式效果比较理想，给采煤方法带来了巨大的技术革新。但是，此种采煤方法对采煤工作面周围岩石破坏程度很大，且瓦斯涌出量相对较大，很容易导致复杂地质发生煤尘超标、瓦斯爆炸等安全事故。根据煤层实际赋存条件，采用放顶煤开采法可以让煤炭产量提升5%～10%左右，具有较大的经济效益。

2.放顶煤开采常见问题

(1)煤壁片帮、漏顶现象比较严重

由于煤层厚度相对较厚，而煤机切割的过程中，导致煤质变松，很容易导致煤壁发生片帮、断面距变大，进而导致漏顶发生。漏顶、煤壁片帮主要是由煤质松软自动垮落、煤层切割后未及时进行煤壁支护造成；除此以外，还有就是煤层较薄支架无法得到有效支撑，顶煤发生自然冒落。

(2)支架倒架现象时有发生

在实践的过程中发现，采煤工作面出现了倒架现象，经过分析发现是由于支架接触不良导致的，同时出现受力不均匀的现象，从而导致相邻之间不能实现较好地制约。采高超高很容易导致局部顶煤发生片帮，支架移动时未和压贴顶架同时移动发生倒架；煤层切割后，拉架支护不及时导致漏顶倒架；支架操作完成后手把归零不及时持续移动，尽而导致支架发生重叠交错。经过断层、地质构造区域以及顶板破碎区域时，因未及时使用圆木对顶板不平整处进行接顶，而导致倒架。还有就是因为空顶开采周期较长导顶板暴露时间过长，从而使漏顶倒架现象发生。

(3)绝对瓦斯涌出量不断增加

一般在对厚煤层选用放顶煤时，在煤层厚度范围内或者煤层底板处布置一个2～3m高度的煤层开采工作面。此矿为高瓦斯矿井，其中煤层瓦斯含量远超标准，虽然煤矿开采之前会打井抽放瓦斯，可是由于该煤层松软吸附量相对较高，由此可以看出，仅仅选用打井的方式来实现排放瓦斯，并不能实现较好地排放瓦斯。由此可以看出，在进行煤层回采时，往往引发因煤体破碎而出现瓦斯泄漏的现象，从而导致隅角区域瓦斯含量攀升。为此工作人员需要选用合适的方式来降低隅角区域瓦斯浓度。

(4)采出率不高和含矸率的增加

经统计可得，因设备自身条件限制导致煤炭损失占比约为10%～20%；因放煤工艺导致煤炭损失占比约为50%。开采工作面参数设计受限导致煤炭损失占比约为20%。假如选用放顶煤进行开采的过程中，工作面支架不能实现放煤，那么将会不利于顶煤开采。

3.解决综采放顶煤问题的相关对策

(1)煤壁片帮、漏顶的控制措施

①防治思路。假如在开采的过程中，出现煤壁片帮以及漏顶时，那么工作人员必须停止作业。与此同时需要进行维护。当工作面位置出现了大量的漏顶时，那么工作人员可以选用原木来实现板皮刹顶，这样能够有效地优化支架接实煤层顶板的效果。放顶煤开采工作面在煤层切割完成后应及时对煤壁进行护板帮支护。在支架下扎之初，可以借助人工的形式循环下扎，从而可以有效地控制顶煤。

②带压移架。超前移架：假如煤层出现片帮或者顶煤破碎的现象时，那么需要移架采煤切割机，接着才可以开展作业。顶板破碎位置可以实施超前移架，那么必须进行超前移架，而出现不能超前移架时，必须使得采煤机与切割机同步移架。带压擦顶移架：具体如下所示：第一步，移动拉移手把，这样可以把护帮板设置为垂直形式；第二步，移动降架手把，这样可以保证支架移动到正确位置。

③限制采高。通常采高设定在2.0m±50mm的范围内，严禁出现超高回采的现象。此外，验收人员必须加强对工作的验收的管理，这样可以优化工作面支护的安全性。当采煤机割煤完成后要对煤壁进行及时支护，以避免片帮现象出现。

(2)发生倒架的控制措施

假如在开采的过程中出现了倒架现象，那么需要对支架进行有效地调整。同时需要采取相应的改进措施，防止出现安全问题。

扶架方法。拉顶梁扶正：需要给倒架留出足够的空间，一般工作人员可以选用单体支护的形式进行支护，保证顶梁在竖直方向保持垂直。边拉边扶正：假如出现严重的倒架时，那么将会引起顶板垮落的现象，这时可以选用一边拉架一边扶正的形式。

(3)回采过程中瓦斯防治措施

①深孔预裂。一般情况下，预裂孔打在煤壁工作面运顺延伸线，相应的深孔预裂爆破往往遵循沿着煤壁延伸线。一般情况下，预裂孔深度为6m，预裂孔间距为0.5m，每班凿孔5个，顶板和预裂孔角度设定为80°，孔眼底面朝老塘夹角设定在70°到80°的范围内；伴随工作面作业的推进，应该采用退锚设备对工作面范围内的支护锚杆、锚索进行提前退掉，以确保落顶效果的实现。

②端头封堵。在回采过程中，顺槽两侧端头顶板垮落不充分，并且悬顶深度超过3m以上，当老塘区域顶板冒落不充分时，需要用装满浮煤的尼龙袋垒墙，从下往上垒起直至封堵顶板为止。与此同时，工作人员可以选用黄泥来填充尼龙袋缝隙。当完成回采作业后，可以将其选用一次封堵。

③预埋抽放管抽瓦斯。每次进行封堵之前，都应该将第一节抽放管拆卸，并将其运输到离工作面100m的地方进行放置，然后在抽放管接头处进行短接操作，以确保采空区能被抽放管所覆盖。

(4)提高采出率、降低含矸率

①支架的选型。应该对顶煤开采率和液压支架在放煤口安放位置两者之间关系进行正确掌握。液压支架在放煤口安放位置主要分为高位、中位、低位这三种，高位、中位主要是进行液压支架安装，由于放煤口处于较高的位置，因此引发煤口周围煤炭无法放出，进而大大降低了回采效率。经过实践发现，液压支架能够有效地优化顶煤开采率，其优点如下：第一，实现持续放煤；第二，放煤效率高；第三，放煤口不易堵塞；第四，可以进行大块煤切割。

②放煤步距。放煤步距会对放煤效果产生重要影响，其中60%的煤是通过支架放煤口输送。假如放煤步距过大，会导致采空区周围三角煤无法放出，从而使煤炭开采量降低；假如放煤步距过小，会导致采空区周围矸石优先到达放煤口，遵循见矸关门操作原则，会使部分煤炭被关闭在放煤口处，如果放煤口不关闭，那么会导致大量矸石运输到工作面。

③放顶煤开采厚度。根据矿井支架型号，顶煤厚度2.7m以内，采高工作面不超过2.0m等条件，可以得出当采煤机要进行2m煤层切割时，必须要按照1:1.35采放比进行。

4.结语

根据煤层倾角大、地质情况复杂等因素对煤矿回采作业的影响，对如何提升放顶煤开采效率、提高煤炭开采回收率以及支架与顶板工作面位置关系进行详细阐述，从而使煤炭开采率得到有效提高。当前放顶煤开采法依然存在诸多问题需要大家共同研究解决，为了确保放顶煤开采法的快速应用，后期应该加强对流顶煤安装以及挡矸支架技术的引进。与此同时，还应该积极推广放顶煤开采法，为类似的煤矿开采提供丰富的参考经验。