雷立杰

(山西南煤集團(tuán)南莊分公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

引 言

煤炭作為我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)性能源，當(dāng)前，經(jīng)探明的煤炭?jī)?chǔ)量為9×1011t，且煤炭在我國(guó)的能源利用結(jié)構(gòu)中穩(wěn)居前列。然而，煤炭在開采過(guò)程中存在較為嚴(yán)重的安全性問(wèn)題，因此，煤炭企業(yè)必須對(duì)煤炭開采的工藝方法進(jìn)行不斷改進(jìn)和完善。本文主要以平均厚度為6.5 m的煤層開采為例，對(duì)一次采全高法和綜采放頂采煤法進(jìn)行了探究。

1 綜采放頂采煤法概述

綜采放頂采煤的方式指的是在整個(gè)采礦過(guò)程中，運(yùn)用機(jī)械化工藝，通過(guò)液壓支架、皮帶運(yùn)輸機(jī)以及大功率的滾筒采煤設(shè)備等相關(guān)附屬設(shè)施，進(jìn)行煤礦的全程開采。此法在煤層較厚的煤礦生產(chǎn)區(qū)有著較為廣泛的應(yīng)用，適用于煤層厚度為7 m～15 m，放煤高度為6 m～12 m，煤礦采放比在1到4區(qū)間內(nèi)的礦段。此種采煤方法具備低掘進(jìn)率、低成本、可持續(xù)生產(chǎn)、高效益的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。與此同時(shí)，由于此類開采方法增添了放煤、移后運(yùn)輸設(shè)備等工藝程序，并且需選取合理的放煤方法及工作面，從而保證頂煤放出量。因此，在采用此法進(jìn)行煤礦開采的工作面選擇過(guò)程中，必須注重其余圍巖及支架的關(guān)系。這是因?yàn)閲鷰r作為主動(dòng)體，支架作為被動(dòng)體，二者之間相互矛盾卻又有弧形作用，并且每一處放煤口都需要有與之相對(duì)應(yīng)的支架，且頂煤放煤率不受放煤方式的影響，其與放煤口的間距呈反比態(tài)勢(shì)，即間距值越高，則頂煤的放煤率越低，而脊背煤的損失就越高[1]。

2 一次采全高法概述

一次采全高法指的是在綜采法的采煤工藝基礎(chǔ)上，通過(guò)技術(shù)性改進(jìn)所形成的采煤方法。此類方法具備設(shè)施布置簡(jiǎn)介、易管理、高采出率、高適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)，且為當(dāng)前采煤方式的未來(lái)發(fā)展趨向。在此方法中，采煤工作面需要依靠運(yùn)輸槽施行進(jìn)風(fēng)及運(yùn)煤作業(yè)，同時(shí)還需對(duì)電器、泵站、采煤列車等必需設(shè)施加以布置。與此同時(shí)，輔助運(yùn)順槽還肩負(fù)著行人、回風(fēng)以及行車的關(guān)鍵性任務(wù)。在依循煤層走向設(shè)置工作面時(shí)，通常用于4.6 m～6.1 m區(qū)間的礦區(qū)。并且工作面的生產(chǎn)程序包括了移架及割煤等工序。通常會(huì)采取端頭斜切的入刀方式實(shí)施割煤作業(yè)，并運(yùn)用電液控制架進(jìn)行移駕流程的操作，同時(shí)采取成組、手動(dòng)或是雙向鄰架等控制方式對(duì)推輸送機(jī)加以推輸送作業(yè)[2]。

3 一次采全高法和綜采放頂采煤法的比較分析

3.1 產(chǎn)量和推進(jìn)度

在煤層平均厚度為6.5 m的礦區(qū)，選取該礦區(qū)的第一工作面和第二工作面分別采用兩種采煤方法進(jìn)行采礦作業(yè)，在第一工作面采用一次采全高法，第二工作面采用綜采放頂法。在第一工作組面運(yùn)用一次采全高法在6 m高的礦段進(jìn)行采煤作業(yè)，耗時(shí)3個(gè)月(2015年的6月至9月)，采煤量共計(jì)490 kt，每月的推進(jìn)度約120 m。在第二工作面運(yùn)用綜采放頂法在7 m高礦段實(shí)施采煤作業(yè)，耗時(shí)4個(gè)月(2015年的10月至2016年1月)，采煤量總計(jì)810 kt，每月的推進(jìn)度約60 m。通過(guò)以上比較發(fā)現(xiàn)，一次采全高較之綜采放頂法的月推進(jìn)度高出約1倍，而產(chǎn)量提升約1.2倍。

3.2 其它資源的回收利用

在第一工作面中的原煤灰含量為33%，含矸率為5%；第二工作面的原煤灰含量為41%，含矸率為8%。由此可知，一次采全高法較之綜采放頂法在煤質(zhì)灰方面下降約8個(gè)百分點(diǎn)，因此其產(chǎn)煤質(zhì)量較優(yōu)。與此同時(shí)，在采煤過(guò)程中煤炭資源的回收方面，第一工作面的采出率在93%左右，而第二工作面的采出率在86%左右，因此，一次采全高法較之綜采放頂法在煤礦采出率方面更具優(yōu)勢(shì)。

3.3 煤炭生產(chǎn)的安全管理

在采取綜采放頂法實(shí)施回采作業(yè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生煤壁片幫現(xiàn)象，而在采煤時(shí)采高通常約為1.8 m，應(yīng)運(yùn)用人工超前的控制方法來(lái)對(duì)煤壁和頂板加以控制。與此同時(shí)，在第二工作面的作業(yè)過(guò)程中，由于巷道兩端通常采用跟底掘進(jìn)的方法，致使抹帽困難且煤壁負(fù)荷超前壓力的情況出現(xiàn)，造成兩端口處的三角煤難以有效控制，產(chǎn)生煤壁片幫及掉頂，綜采放頂法在初次來(lái)壓時(shí)的頂板結(jié)構(gòu)如圖1所示。在開采過(guò)程中使用頂分層(a)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，老頂?shù)膸r層能夠在水平方向保持傳遞力之間的聯(lián)系，而在網(wǎng)下綜放開采(b)的過(guò)程中，由于該巖層已經(jīng)進(jìn)入到直接頂層的范圍內(nèi)，使得原有的梁式結(jié)構(gòu)直接垮落在下部堆積的矸石區(qū)域，導(dǎo)致初次來(lái)壓形成，同時(shí)，由于其距工作面的作業(yè)區(qū)域較近，因此會(huì)對(duì)作業(yè)區(qū)礦壓造成明顯影響，并且能夠直接從支架的阻力方面反映出來(lái)[3]。

圖1 初次來(lái)壓時(shí)的頂板結(jié)構(gòu)示意圖

而在一次采全高法的運(yùn)用過(guò)程中，能夠?qū)γ罕谄瑤颓闆r進(jìn)行有效控制，并經(jīng)由風(fēng)巷挑至頂板處，使得巷道的頂板能夠得到安全控制，與此同時(shí)，在工作面可經(jīng)過(guò)跟頂鋪網(wǎng)進(jìn)行末采作業(yè)，從而提升鋪網(wǎng)速度，提高施工效率。如圖2所示，煤壁的水平位移在不同的支護(hù)阻力會(huì)有所差異。煤壁的水平位移會(huì)隨著支護(hù)阻力的增加而得到相應(yīng)控制，這是由于通過(guò)增強(qiáng)護(hù)幫板對(duì)巷道煤壁處的支護(hù)強(qiáng)度能夠有效保護(hù)工作面的煤壁，提高煤壁的側(cè)向力，從而使煤壁保持三向應(yīng)力的平衡狀態(tài)，達(dá)到增強(qiáng)煤壁抗壓強(qiáng)度的目的。而在加強(qiáng)煤壁支護(hù)阻力的同時(shí)，也能夠有效縮減煤壁塑性區(qū)域的寬度范圍，以此降低煤壁片幫出現(xiàn)的概率。因此，采用一次采全高法能夠有效提高采礦作業(yè)的安全性。

圖2 護(hù)幫板的支護(hù)阻力和煤壁水平位移之間的關(guān)系示意圖

此外，在采取綜合放頂法進(jìn)行采煤作業(yè)時(shí)，通常需要跟底留頂，且巷道的前掘后修情況較為嚴(yán)重，因此存有明顯安全隱患，并且在工作面處常有較小的通風(fēng)斷面現(xiàn)象發(fā)生，這就導(dǎo)致上隅角的瓦斯超限，造成煤層自燃，并且在風(fēng)速較高的情況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致煤塵飛揚(yáng)，給負(fù)責(zé)作業(yè)的職工身體造成不利影響。而在采取一次采全高法實(shí)施采煤作業(yè)的過(guò)程中，借助錨桿對(duì)跟頂留頂實(shí)施支護(hù)，有利于對(duì)施工過(guò)程加以控制。采煤工作面的通風(fēng)斷面有利于降低煤層作業(yè)工作面處的溫度，同時(shí)能夠有效遏制煤塵，并對(duì)上隅角的瓦斯可以實(shí)施有力管控等[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

在煤礦的開采過(guò)程中，相較于綜采放頂法，采取一次采全高法能夠有效提升煤炭質(zhì)量，縮減產(chǎn)煤成本，同時(shí)為礦井的作業(yè)人員創(chuàng)造有利的工作環(huán)境[5]。本文主要從綜采放頂法和一次采全高法的概念入手，對(duì)兩種采煤方法進(jìn)行初步了解，然后對(duì)均厚為6.5 m礦區(qū)選取了不同的礦段分別運(yùn)用一次采全高法和綜采放頂法實(shí)施采煤作業(yè)，通過(guò)推進(jìn)度、產(chǎn)量、資源回收等方面的比較分析，發(fā)現(xiàn)一次采全高法能夠有效降低材料的損耗量，提高煤炭生產(chǎn)效率，確保煤礦質(zhì)量，以此推動(dòng)煤礦產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。