煤矿综采放顶煤安全开采问题与措施

＊赵志国

（山西焦煤汾西矿业高阳煤矿 山西 032306）

随着经济的快速发展，对于煤炭的需求量也在不断的增加，加大煤炭开采量，提升开采技术水平是目前煤矿企业重点关注的问题。综采放顶煤作为常用的开采技术，有必要不断完善综采放顶煤技术，以不断提高煤炭开采的质量和效率，确保作业人员的人身安全。在工作面综采放顶煤技术方面，主要包括作业方式、采煤机械使用方式和支护方式。在零产量矿井建设过程中，有必要探索煤层地质条件，明确具体的建设步骤，以便根据实际情况制定相应的运营模式，提高煤炭开采效果，为煤矿企业带来更多的经济效益。

1.综采放顶煤基本概述

(1)综采放顶煤含义

所谓综采放顶煤，主要是沿斜坡煤层开采布设适当的水力支撑、刮板物料运输等装置，以建立较为稳固的地下工作面。在此时，可以对支护工作面煤层实施爆破或钻孔，使上煤层在外力作用下成为松散煤层，落于适当的运输装置上，从而达到对顶板煤层的合理利用。而按照地质结构特点，煤层又可设有分层、厚层和和倾角分割放顶煤。综采放顶煤工艺中所需要的机械设备主要包括：采掘机、水力支撑、前端输送机、后端带型物料运输、刮板传送设备等。采矿基本原理是：整个开采过程都使用了一个连续转移的方法，即每次采煤机结束开采，通过液压支架再往前转移下一个的测量工位。当采煤机转移了三次之后，打开顶部煤窗，以减少矿区内飞灰的积聚。然后立即关闭窗口循环，实现顶煤放顶开采。

(2)综采放顶煤工艺特点

综采放顶煤技术是在原有机械化开采技术的基础上，对开采环节的各种工序和方法进行合理调整和改进。为了尽快把煤运出地面，使用了许多运输机械。在实际开采过程中，输送机中的机器应设置为与常规采煤机相同的工作形式，并且采煤机应放置在采矿体的前面，然后将其他机器放在一侧。这些机器完全依靠支架来装煤。这些机械化设备的组合可以实现煤炭开采环节的整个开采过程，如煤炭的破碎、运输、储存等。对于某些倾斜厚煤层或极倾斜厚煤层，综采放顶煤技术可以在长期开采过程中发挥良好的作用。在这种情况下，也可以进行高效稳定的开发和生产。

(3)综采放顶煤开采技术最主要的优点

首先，综采放顶煤可以提高煤炭开采效率。由于综采放顶煤工艺开采技术连接多个煤炭输送工具，这可以在很短的时间内提高煤炭产量，并且可以尽快调动煤炭开发和生产中输出环节。这种采矿技术通常用于高强度采矿作业，尤其是在环境复杂的矿区。突出了高强度厚煤层开采生产的绝对技术优势。在实际开采过程中，可以对地质条件复杂的巷道技术进行很好的优化和减少，这不仅降低了开采的消耗成本，还降低了资源的消耗，最大限度地提高了煤炭的产量。

其次，减少劳动力成本的投入。综放开采技术采用机械化程度高的设备，不需要大量劳动力。这项技术可以减少作业人员数量，机械化生产可以最大限度地提高煤炭产量。

最后，可以节省成本。如果采用综采放顶煤技术，可先开采底部煤矿，然后暂停顶部综采放顶煤。此时，可利用顶部矿体的地压，使顶部矿体在采矿过程中悬浮时自然下落。在综采放顶煤中，如果可以增加采煤工作面深度，也可以降低矿井周围的压力，从而减少矿柱数量，控制成本。

2.综采放顶煤工艺中的安全问题

综采放顶煤工艺的实际应用中笔者发现，存在安全管理基础薄弱；地下气体浓度高，安全问题严重；安全管理水平低；煤炭资源开采利用效率低等问题，具体如下：

(1)安全管理基础薄弱

在煤炭工业生产中，安全管理的基础建设是最重要的问题所在。与其他国家相比，我国煤炭开采发展相对较早。随着我国煤矿开发规模的不断扩大，各类先进的采矿工艺和装备在我国煤矿开发中的运用日益普遍，开发力度愈来愈大，对采矿工艺和装备的要求也愈来愈大。但是，综采放顶煤中还是存在着不少隐患。煤矿开发已经无法适应当前矿业的发展，面临着很多的技术隐患，且安全系数也不达标，因此开采过程存在着不少的安全问题。

(2)地下气体浓度高，安全问题严重

在综采放顶煤技术生产中，瓦斯含量超标是常有的事。随着开采过程的逐渐推进，一些气体的浓度逐渐提高，因此环境条件也极大地危及了井下工作人员和井下机械设备的安全。采矿过程中，瓦斯浓度的上升可能是由于岩层破碎造成地层中气体的不断渗流，裂隙逐渐发育变形，工作台应力也不断变化。在应用了综采放顶煤技术之后，由于气体运动、积累和泄漏不再是由岩层运动引起的。瓦斯主要是厚煤层开采过程中释放的煤层瓦斯，煤层落入工作台，会造成安全事故。

(3)安全管理水平低

在目前的煤炭产业中，国内煤矿安全生产技术水平存在一些问题，严重制约着我国煤炭产业的发展与提高。安全生产管理水平已成为制约我国煤矿企业安全生产管理水平的最主要原因，不应处于很低的水平。针对我国煤矿开发的状况，在实际开发中没有依据专业规范实施开发。因此，我国部分小型煤矿的矿工并未进行系统的安全技术培训。矿井安全管理工作涉及层面宽，对管理人员要求较高。一旦责任管理人员的个人能力相对较低，他们将无法在技术开发过程中起到主导作用，在开采过程的各个方面产生安全问题。

(4)煤炭资源开采利用效率低

综采放顶煤技术在地下开采中的应用还不够成熟。未来，生产技术手段、地质条件等诸多相关因素将对煤层开采效率和综放开采效果产生很大影响。综采放顶煤技术在煤层初期应用时，容易发生冒顶事故，直接影响煤层的放顶效果。在后期结束时，如果需要设置屋顶网，则必须停止煤炭供应。采煤机的机头和机尾都不能卸煤。在采煤技术的实际应用中，煤体、断层等地质条件下煤层结构的变化也会影响放煤效果。此外，不准确的计算和测试数据以及不合格的管理制度也会影响放顶煤的效果。

3.综采放顶煤技术的安全预防与控制

(1)减少工艺损失的措施

根据放综采放顶煤过程中产生的风险，人们可以选择比较有针对性的放顶煤方式。比如，在综采放顶煤层顶板厚度范围不足的时候，就可以实行单轮顺序放顶煤，一般都是首先放出一号支架，而后再按照优质煤层的连续性放出二号支架。这种技术不但具备回采率高、优质煤率低的优点，同时能够大幅度提高作业面的顶煤效率，在许多作业面煤矿在机械化采掘的顶板煤层上获得应用。如果顶板煤层厚度过厚，可选择多轮放煤。同时，在抽煤过程中可采用断面图。另外，在资源许可的前提下，可选取更长的工作面开展放顶煤作业，可以有效减少因工艺上原因带来的放顶煤回采率过低的问题。

(2)优化综采放顶煤技术方案

综采放顶煤技术为现代采矿的重要指导依据。首先，优化内容。依据地质条件、煤层厚度和岩层特性，运用综合的采矿技术制定了采矿方法。根据巷道工作面支护布置原则，在安全、经济的条件下，要尽可能采取顺底巷道采矿方式。这种采矿方法，强调在每个过程的重要时间节点使顶部采掘机械到位，以减少落煤的风险。其次，对综采放顶煤工作面进行班组分区管理，并科学合理分割工作面面积。各工作面的水平间距为200m。作业面放顶煤层宽度最宜为500～2000m，以便进行工作面精细化管理。在开采工艺流程设计中，有必要获取有关开采的技术参数，尤其是顶板煤层厚度、硬度、倾角等的重要信息。

(3)液压支架型号的合理选择

由于地下作业面顶煤标高不同，所以按照放煤口标高把液压支架分成高、中、低放煤液压支架。高牵引液压支架总体结构较高，对整个顶煤的支撑特性也较好，以方便下作业区内机械设备的正常运行与维修。但是，由于分散的顶煤很易于流失，因此顶煤的总回收率也较低。而低放顶煤的液压支架放顶效率较好，顶煤回收率高。由于矸石高度较低，难以有效控制矸石，降低顶煤质量。中间顶煤液压支架位于两者之间。所以，在放顶煤过程中，应当依据实际状况选用各种型式的液压支架，以增加放顶煤质量和顶煤回收量。

(4)气体预防

从机械化综采放顶煤矿过程的整体考虑，作业时必须进行厚土区，而这样在采矿过程中会逐步产生的大量瓦斯污染，也是为了解决作业过程中的重大安全隐患。要高效处置工业气体，就必须在初期设置气体调查小组，在整个生产过程中跟踪监测，形成相应的气体处理系统，并定时选择项目和排放气体，逐步提高气体排放利用率。工作面宜设有水风机，逐步稀释局部气体，在瓦斯较浓部位设有小风机，以取得理想的气体分散作用。

(5)积水预防

综采的顶煤工艺的安全。一旦在采矿活动中出现突水，会危害人民的身体健康。所以，企业要注意防水问题，健全配套的排水设备和防水措施，有效保障矿井在干燥条件下采矿。煤矿开采过程受外部环境影响的作用较大。采矿过程中的渗水问题严重可能是由开采过程引起的。由于煤矿为地下开采，将有地下水、岩石水、钻孔水、采空区水等出口。作业人员可以采取下列方法防止这些情形。

第一，改变排水设备。由于在开采过程中，水是不可避免的，所以及时清除水是十分安全的。

第二，当作业人员们在开采时候，也可以注意煤矿矿区环保，并在采矿后关注煤矿的位置。如果情况复杂，可以开采而不是放置煤炭，以确保煤炭不受水的影响。

第三，采矿工作非常复杂，尤其是机器车道技术更为复杂。我们能够使用外部设备进行排水，随时避免水对煤层的损害。

第四，针对水情，有关技术人员可在开采之前开展勘探测试。倘若矿井正好处在水源地，则将在矿井内实施严密的防空。具体来说，它们可以被掩埋、密封或用材料堵住，以防止水的溢出。

(6)大量煤尘防治

众所周知，随着煤矿的开采，将会产生大量的粉尘。这些粉尘不仅会破坏人体功能，还会威胁煤矿矿区设备的正常运行。这些粉尘在矿区的浓度是有限的，因为地下煤矿的承载能力是固定的，人体的承载能力也是固定的。

粉尘含量若过高，会产生不良影响，甚至爆炸，会对民众生命财产的安全产生严重危害。因此作业人员们可从如下几个方面防止此类情况：一是保证矿井内有良好的通气效率。风力宜相对中等，不宜过高或过低。过高风会刮出更多的尘土，过低则不允许内部灰尘循环。二是设置喷洒设施，利用水雾吸收空气中的灰尘，以减少粉尘含量。三是设有隔离水幕，以避免人和粉尘接触得太近。四是对煤层水进行治理，从根本上解决开采过程中的煤尘现象。

4.提高综采放顶煤技术安全性的管理措施

(1)加强作业人员培训

综采放顶煤技术是一个复杂的工作，存在着很多不可控因素。所以，针对这种作业技术的特殊性，必须加大对从业人员的技术培训，保证从业人员严格遵照作业标准进行综采工作，提升专业技术和从业人员的安全意识。对于不合格的操作和工艺，及时停止，保证生命安全。在对作业人员专业技术和综合素养提升的同时，提升管理水平，提高工程建设顺利进行，提高综采效率。对于繁杂的操作和突发事件，通过高技术能力和高素养的管理人员及时处理，从而提升煤矿开采质量。

(2)完善作业安全管理

煤炭开采的过程中，作业现场的管理十分重要。因此，很有必要构建并健全放顶煤作业现场的安全机制，进一步完善放顶煤作业现场的安全管理工作。并形成机制，有效提升作业人员放综采放顶煤过程中的安全水平，让作业人员在作业过程中也可以按操作规程进行正常生产。根据煤矿矿区特征，对综放采矿技术中出现的安全问题和缺陷作出了调整。同时，还可以把主要责任界定到具体的岗位，并制定了作业标准考评制度，指导作业技术人员及时纠正在作业过程中的非标准作业问题和安全风险，确保安全生产。

(3)建立完善的安全设施

建设完备的安全生产基础设施，才能保障煤炭综采放顶矿井技术的成功实现。所以，煤矿企业在矿井开发建设过程中应注重于安全生产设施设备的建设。完善的综采煤矿安全设备应当具备完善的通风控制系统，作业人员应当穿着煤矿安全防护服，设立瓦斯保护监控和预防系统，并设置了适当的安全设备和装置。另外，还应当进一步研究发展和完善当前使用的先进科学技术手段，以针对需要改善当前工程作业技术的重大问题，以弥补传统综采或综采放顶矿井工艺技术的不足，从而有效提升煤矿安全开发技术。

5.结束语

综上所述，综采放顶煤技术作为煤矿生产中非常常见的采煤方法，对提高煤矿生产的综合效益具有重要意义。但从目前的现状来看，由于综采放顶煤技术煤层厚度大，顶板和煤壁的稳定性控制一直是影响综采安全的关键因素。因此，煤矿矿区管理者必须高度重视相关问题，积极组织生产人员进行有针对性的分析和探索，总结有效的安全开采控制措施，这对煤矿矿区生产的可持续高效发展具有重要意义。