论文部分内容阅读
【摘要】放顶煤开采是我国厚煤层开采中广泛使用的一种采煤方法。该法成本低、效率高、经济效益好，但目前还存在着若干问题。本文重点分析了放顶煤技术存在的四个问题——资源回收率低、绝对瓦斯含量增加、煤层容易自燃发火以及煤尘大，并对每个问题的解决措施给出了笔者的意见。
【关键词】放顶煤开采；回采率；瓦斯事故；自然发火；粉尘
引言
放顶煤技术是在厚煤层开采中，对下部煤层采用一般的回采方法进行回采，回采后，对上部煤层进行反复的支撑和卸压，利用矿山压力的作用，使上部煤层自行垮落，从而实现回采的技术。放顶煤技术于20世纪八十年代起源于欧洲，后来传入我国，并逐渐成为我国厚煤层开采的主要采煤方法。在我国的山西、新疆、宁夏以及内蒙古等厚煤层分布广泛的地区，放顶煤技术已经成为主要的采煤方法。综合机械化采煤技术出现以后，该技术更是与综采技术相结合，形成了综采放顶煤技术。目前，我国的放顶煤技术应用走在世界前列，但是尽管如此，放顶煤技术仍然存在很多不足，例如，回采率较低、煤尘大等，而回采率低已经使得欧洲很多国家禁止使用放顶煤技术进行开采。下面，本文就对放顶煤技术的适用范围、优点、目前存在的主要问题及对策进行分析。
1、放顶煤技术的适用范围与优越性
放顶煤开采技术对地质条件、煤层赋存条件适应性很强。从煤层赋存厚度来讲，厚度在6～25m的煤层都可以采用放顶煤开采，对于更厚的煤层，应采用分层开采；从煤层倾角来讲，放顶煤技术既可以用于近水平、缓倾斜煤层，还可以应用于急倾斜煤层；从煤的硬度来讲，主要适用于硬度系数在0.6～2.0的煤层，对于硬度系数大于2.0的煤层，不能直接使用放顶煤采煤法，但是在采取一定的松动措施后，也可以使用放顶煤开采。正是由于放顶煤技术适应性强，其在我国的应用非常广泛。据不完全统计，目前我国的放顶煤工作面超过300个。放顶煤技术有以下优点：
（1）掘进率低。根据我国有关部门的统计，我国每开采1万t煤，需要掘进巷道45-50m。巷道掘进是煤矿开采中的一个较大的制约因素。采用放顶煤技术，可以大大减少巷道掘进率，其掘进率大致在15-25m/万t，仅相当于分层开采的1/3～1/2。（2）工作效率高。使用放顶煤开采可以多个工作面同时回采，从而可以大大提高每月单产量。（3）可以与综合机械化开采技术结合起来使用。采用放顶煤开采，首先要将下部的煤层用其他方法进行回采。可以使用综合机械化开采技术来采下部煤层，然后再设法放出顶煤。
2、放顶煤技术存在的不足及应对措施
2.1综放开采的回收率较低
在正常的开采情况下，采用放顶煤开采技术的采出率只能够达到81%-86%，煤炭损失的情况不容乐观。在综放工作面的煤炭损失基本上可以分为三个部分：首先是放煤工艺造成的煤炭损失大约占到了工作面损失的1/2及其以上；其次是在开采的过程中，设备条件限制引起的损失约占到了1/4；最后是综放工作面的设计参数受到限制或者是不合理而引发的损失占到了1/4。
提高工作面采出率的方法主要有：首先加大对放顶煤理论的研究，改善和丰富放顶煤的开采的方法，提供放煤工艺的消耗。其次，和改善综放工作面采煤所使用的设备，及其开采方案，以有效的减少工作面两端的损失。
2.2容易出现瓦斯事故
以下图1表示的是综放采场瓦斯涌出在空间的分布图。图中C区是放落煤炭以及采空区遗煤瓦斯涌出地点，其瓦斯含量较高，B 区是断裂煤壁。在风速方面，A区的风速最大，B区其次，C区的风速最小，而C区的瓦斯含量却是最高的，因此这里瓦斯含量很容易超限。
对顶板比较稳定时，直接顶板厚度较薄的综放工作面采煤时，由于顶板长时间悬露而不垮落，在采空区的上部岩层中发育了大量的裂隙，有的甚至存在许多较大的空穴，这些裂隙或者空穴中可以储存很多瓦斯，当上部的顶板因初次来压或周期来压而突然间冒落时，这些瓦斯会迅速的涌入到工作面以及回风巷中，造成煤与瓦斯突出事故。
现如今，我国对瓦斯治理的最有效最直接的方法就是抽取瓦斯，主要的方式为：在煤矿开采区内的巷道设置三进一回的方法，把位于隅角的瓦斯排除干净，清除掉位于支架上面的瓦斯，把从采空区进入工作面的瓦斯分流稀释，然后在通过采用远煤壁打眼爆破松动的方法，把瓦斯慢慢的释放出来。
2.3粉尘严重超标
放顶煤开采与其它采煤方法一样，很难做到主要产尘尘源下风向没有工作人员。工作面增加了放煤工序，也增加了产尘尘源数量，虽然放顶煤开采时煤的产尘率降低了，但空气中总的含尘量比一般的综采工作面要高，工人呼吸的空气中粉尘含量远远高于国家卫生标准。并且综放工作面的产量高于普通综采工作面，产尘量相应增加，瓦斯也明显增加，为了冲淡瓦斯，风量风速一般较大，致使煤尘飞扬，尤其是高位放煤工作面，主风流中粉尘激增，尤其在干燥、难注水煤层的综放工作面，粉尘含量严重超标。
煤尘的防治主要有以下措施：
①采煤机在割煤时，除采用喷雾降尘外，还应采用采煤机负压二次降尘技术。②在架间及放煤口设置除尘器降尘。③注水，洒水前应在水中掺人降尘药剂，使粉尘易于降落。④煤层预注水来促进降尘。
3、结论
虽说现在页岩气、煤层气、可燃冰、核能等更为清洁的新能源不断涌现，有一些甚至已经走向成熟，如页岩气开采技术在美国已经比较成熟。但是，就我国来说，新能源在未来二十年以内，还不能取代常规能源，而常规能源的天然气也不可能成为我国的主要能源。因此，煤炭在未来二十年甚至更长的时间内，仍然是我国最主要的能源。研制新的采煤技术、改进现有的采煤技术、提高煤炭资源回收率，是需要所有采矿工作者共同努力解决的问题。本文重点分析了放顶煤技术存在的四个问题——资源回收率低、绝对瓦斯含量增加、煤层容易自燃发火以及煤尘大，并对每个问题的解决措施给出了笔者的意见。
参考文献
[1]郝秀明.综采放顶煤工作面粉尘的综合防治[J].科学之友， 2010（4）.
[2]闫以朋.结合放顶煤特点谈如何提高回采率[J].煤炭技术，2010（6）.
作者简介
徐喜成（1978-），男，本科学历，工程师，工作于同煤大唐塔山煤矿有限公司调度室副主任。
【关键词】放顶煤开采；回采率；瓦斯事故；自然发火；粉尘
引言
放顶煤技术是在厚煤层开采中，对下部煤层采用一般的回采方法进行回采，回采后，对上部煤层进行反复的支撑和卸压，利用矿山压力的作用，使上部煤层自行垮落，从而实现回采的技术。放顶煤技术于20世纪八十年代起源于欧洲，后来传入我国，并逐渐成为我国厚煤层开采的主要采煤方法。在我国的山西、新疆、宁夏以及内蒙古等厚煤层分布广泛的地区，放顶煤技术已经成为主要的采煤方法。综合机械化采煤技术出现以后，该技术更是与综采技术相结合，形成了综采放顶煤技术。目前，我国的放顶煤技术应用走在世界前列，但是尽管如此，放顶煤技术仍然存在很多不足，例如，回采率较低、煤尘大等，而回采率低已经使得欧洲很多国家禁止使用放顶煤技术进行开采。下面，本文就对放顶煤技术的适用范围、优点、目前存在的主要问题及对策进行分析。
1、放顶煤技术的适用范围与优越性
放顶煤开采技术对地质条件、煤层赋存条件适应性很强。从煤层赋存厚度来讲，厚度在6～25m的煤层都可以采用放顶煤开采，对于更厚的煤层，应采用分层开采；从煤层倾角来讲，放顶煤技术既可以用于近水平、缓倾斜煤层，还可以应用于急倾斜煤层；从煤的硬度来讲，主要适用于硬度系数在0.6～2.0的煤层，对于硬度系数大于2.0的煤层，不能直接使用放顶煤采煤法，但是在采取一定的松动措施后，也可以使用放顶煤开采。正是由于放顶煤技术适应性强，其在我国的应用非常广泛。据不完全统计，目前我国的放顶煤工作面超过300个。放顶煤技术有以下优点：
（1）掘进率低。根据我国有关部门的统计，我国每开采1万t煤，需要掘进巷道45-50m。巷道掘进是煤矿开采中的一个较大的制约因素。采用放顶煤技术，可以大大减少巷道掘进率，其掘进率大致在15-25m/万t，仅相当于分层开采的1/3～1/2。（2）工作效率高。使用放顶煤开采可以多个工作面同时回采，从而可以大大提高每月单产量。（3）可以与综合机械化开采技术结合起来使用。采用放顶煤开采，首先要将下部的煤层用其他方法进行回采。可以使用综合机械化开采技术来采下部煤层，然后再设法放出顶煤。
2、放顶煤技术存在的不足及应对措施
2.1综放开采的回收率较低
在正常的开采情况下，采用放顶煤开采技术的采出率只能够达到81%-86%，煤炭损失的情况不容乐观。在综放工作面的煤炭损失基本上可以分为三个部分：首先是放煤工艺造成的煤炭损失大约占到了工作面损失的1/2及其以上；其次是在开采的过程中，设备条件限制引起的损失约占到了1/4；最后是综放工作面的设计参数受到限制或者是不合理而引发的损失占到了1/4。
提高工作面采出率的方法主要有：首先加大对放顶煤理论的研究，改善和丰富放顶煤的开采的方法，提供放煤工艺的消耗。其次，和改善综放工作面采煤所使用的设备，及其开采方案，以有效的减少工作面两端的损失。
2.2容易出现瓦斯事故
以下图1表示的是综放采场瓦斯涌出在空间的分布图。图中C区是放落煤炭以及采空区遗煤瓦斯涌出地点，其瓦斯含量较高，B 区是断裂煤壁。在风速方面，A区的风速最大，B区其次，C区的风速最小，而C区的瓦斯含量却是最高的，因此这里瓦斯含量很容易超限。
对顶板比较稳定时，直接顶板厚度较薄的综放工作面采煤时，由于顶板长时间悬露而不垮落，在采空区的上部岩层中发育了大量的裂隙，有的甚至存在许多较大的空穴，这些裂隙或者空穴中可以储存很多瓦斯，当上部的顶板因初次来压或周期来压而突然间冒落时，这些瓦斯会迅速的涌入到工作面以及回风巷中，造成煤与瓦斯突出事故。
现如今，我国对瓦斯治理的最有效最直接的方法就是抽取瓦斯，主要的方式为：在煤矿开采区内的巷道设置三进一回的方法，把位于隅角的瓦斯排除干净，清除掉位于支架上面的瓦斯，把从采空区进入工作面的瓦斯分流稀释，然后在通过采用远煤壁打眼爆破松动的方法，把瓦斯慢慢的释放出来。
2.3粉尘严重超标
放顶煤开采与其它采煤方法一样，很难做到主要产尘尘源下风向没有工作人员。工作面增加了放煤工序，也增加了产尘尘源数量，虽然放顶煤开采时煤的产尘率降低了，但空气中总的含尘量比一般的综采工作面要高，工人呼吸的空气中粉尘含量远远高于国家卫生标准。并且综放工作面的产量高于普通综采工作面，产尘量相应增加，瓦斯也明显增加，为了冲淡瓦斯，风量风速一般较大，致使煤尘飞扬，尤其是高位放煤工作面，主风流中粉尘激增，尤其在干燥、难注水煤层的综放工作面，粉尘含量严重超标。
煤尘的防治主要有以下措施：
①采煤机在割煤时，除采用喷雾降尘外，还应采用采煤机负压二次降尘技术。②在架间及放煤口设置除尘器降尘。③注水，洒水前应在水中掺人降尘药剂，使粉尘易于降落。④煤层预注水来促进降尘。
3、结论
虽说现在页岩气、煤层气、可燃冰、核能等更为清洁的新能源不断涌现，有一些甚至已经走向成熟，如页岩气开采技术在美国已经比较成熟。但是，就我国来说，新能源在未来二十年以内，还不能取代常规能源，而常规能源的天然气也不可能成为我国的主要能源。因此，煤炭在未来二十年甚至更长的时间内，仍然是我国最主要的能源。研制新的采煤技术、改进现有的采煤技术、提高煤炭资源回收率，是需要所有采矿工作者共同努力解决的问题。本文重点分析了放顶煤技术存在的四个问题——资源回收率低、绝对瓦斯含量增加、煤层容易自燃发火以及煤尘大，并对每个问题的解决措施给出了笔者的意见。
参考文献
[1]郝秀明.综采放顶煤工作面粉尘的综合防治[J].科学之友， 2010（4）.
[2]闫以朋.结合放顶煤特点谈如何提高回采率[J].煤炭技术，2010（6）.
作者简介
徐喜成（1978-），男，本科学历，工程师，工作于同煤大唐塔山煤矿有限公司调度室副主任。