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摘 要
介绍我国放顶煤开采技术的发展过程，阐明放顶煤采煤法是一种既高产又安全的采煤方法。对于高瓦斯煤层进行放顶煤开采，在硬顶煤和硬顶板特殊的地质条件下，必须采取特殊的措施才能安全开采。
关键词：安全开采；放顶煤； 高瓦斯煤层
中图分类号：TD712
1 概 述
近年来在放顶煤工作面发生了数次严重的瓦斯爆炸事故，引起了国内上到国务院、国家煤矿安全生产监督管理局领导，下至煤炭同行的严重关注。不少人甚至产生这样的质疑：放顶煤采煤方法是否是本质不安全的采煤方法。有必要在这里澄清对这一问题的看法。
普通放顶煤采煤法在国内外应用有悠久的历史，可以追溯到20世纪初。而综合机械化放顶煤采煤法是1964年首先在法国中南煤田布朗齐矿试验成功的。我国从1982年开始试验研究综放开采技术，第一个缓倾斜特厚煤层一次采全高综放工作面于1984年4月在辽宁沈阳矿务局蒲河矿投入试验。第一个急倾斜特厚煤层水平分层综放开采工作面，于1986年3月在窑街矿务局二矿投入试验。
这两个工作面均在1986年试验成功，取得了良好的技术经济效果，并于当年进行了鉴定。在随后的年代里放顶煤开采包括综合机械化放顶煤、单体液压支柱放顶煤、滑移支架放顶煤，得到了迅猛发展。我国几乎所有的厚煤层矿区均采用了放顶煤采煤法，传统的分层开采已被放顶煤采煤方法取代。我国综放开采技术已处在世界领先地位，并将这一技术输出到国外。时至今日，我国每年的综放产量接近1亿t。
2 高瓦斯煤层放顶煤开采应具备的条件
高瓦斯煤层的综放开采安全问题最近几年行受国内采矿界关注。多数矿区的实践证明，高瓦斯煤层不但可以进行综放开采，而且同样可以实现高产高效。我国还有不少矿区的较薄厚煤层均采用放顶煤采煤方法。如徐州、淮北、邯郸、峰峰等煤矿，煤层厚度4.5～5 m，矿井的地质条件和经济条件又不允许采用大采高综采，采用放顶煤采煤法开采是最好的选择。
鉴于高瓦斯煤层进行放顶煤开采在安全方面有其特殊性，主要表现在放顶煤工作上隅角发生瓦斯超限，采空区如有空洞易形成瓦斯库，采空区遗煤自燃，易发生瓦斯爆炸事故等。因此，高瓦斯煤层进行放顶煤开采时，对其地质条件应有特殊要求。
2.1 煤层直接顶板及底板岩性与厚度
从放顶煤开采提高采出率出发，不但要求顶煤能随采随冒，也要求煤层的直接顶能随采随冒，而且要求直接顶的垮落高度，至少等于煤层的厚度。高瓦斯煤层进行放顶煤开采也必须满足这一要求，主要是出于安全的考虑。如果直接顶不能随采随冒，或虽能随采随冒，但垮落厚度小，不足以充填采空区，则必然在采空区形成空洞，
2.2 坚硬顶煤和坚硬顶板放顶煤开采
当煤层顶板坚硬或直接顶很薄时，对放顶煤是不利的。一般情况下即使进行顶煤软化处理，效果也是不理想的。即使不考虑采出率，在高瓦斯情况下，采空区空洞积聚瓦斯是不可避免的。因而对于高瓦斯厚煤层，如果煤厚度在5～6 m以上，则建议采用预采顶分层放顶煤采煤法 即先采一个顶分层（铺网或不铺网均 可），将顶板放下来，然后再沿煤层底板进行放顶煤开采。预采顶分层对于高瓦斯煤层还有一个好处，就是在采顶分层时，可以释放煤层的瓦斯，起到开采解放层的作用。如果高瓦斯煤层的厚度在5 m以下，顶板又不易垮落，则最好选用其他采煤法。
3 高瓦斯煤层放顶煤开采的巷道布置
高瓦斯放顶煤工作面的巷道布置必须保证工作面回风巷和工作面上隅角的瓦斯不超限。工作面通风即要考虑稀释采煤机落煤、放顶煤等工序所释放出的瓦斯，同时也要考虑采空区和上部煤岩体由于采动破坏析放并涌人工作面的瓦斯。因而放顶煤工作面的巷道布置从通风角度考虑有各种形式，有平面多巷布置方式。
（1）U形布置。工作面采用一进一回通风方式。这种通风方式易出现工作面回风巷和工作面上隅角瓦斯超限。因而不适宜高产工作面。遇到工作面上隅角瓦斯超限时，多采用风障和局部通风机进行稀释。
（2）E形通风系统或称U+L立体通风方式。即在U形通风系统的基础上，在顶煤中另掘一条排瓦斯巷，形成第二条回风巷或在多数情况下作为抽瓦斯巷。这种方式可有效解除工作面上隅角瓦斯超限现象，并能有效地排出顶煤中释放的瓦斯。布置在煤层顶板岩石中高抽巷亦属于此种类型通风系统。
（3）Y形通风系统，在采用无煤柱巷旁充填护巷，进行放顶煤开采时，在采空区保留一条巷道，作为回风巷，而工作面的2个平巷做进风用，形成两进一回的通风格局。
（4）Y+L形通风系统。在Y形通风的基础上，另掘一条回风巷，形成两进两回的通风格局，
（5）E+L形通风系统。在E形通风系统的基础上，为增加工作面上部的排瓦斯能力，在工作面回风巷外侧另掘一条巷道作为回风巷，形成一进两回一抽的通风格局
4 高瓦斯放顶煤工作面的采煤工艺
4.1 采煤机割煤速度和放顶煤速度
回采工作面煤壁瓦斯涌出量的计算公式如下：
回采工作面采（放）落煤块瓦斯涌出量的计算公式如下：
式中Xc为单位煤块重量在回采工作面停留时间之内涌出的瓦斯量，m3 /t；ηm为采煤机落煤（放煤）效率，t/min，ηm = HBγ，其中H为截割高度或放煤高度，m；B为采煤机截深或放煤步距，m；γ为煤体容重，kN/m3 。
从式（1）、式（2）看出，煤壁和采落煤块的瓦斯涌出量，都与采煤机的割煤速度或放煤速度成正比。因而在高瓦斯放顶煤工作面，应控制割煤速度和放煤速度，否则会造成工作面局部瓦斯超限。割煤速度和放煤速度应通过实测确定。即在采煤机割煤或放煤时，在采煤机和放煤口下风口处检测瓦斯浓度，改变割煤速度和放煤速度，以瓦斯不超限时的速度为该工作面的合理割（放）煤速度。
参考文献
[1] 樊运策.综合机械化放顶煤开采技术[M].北京：煤炭工业出版社，2003.
[2] 于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京：煤炭工业出版社，2000.
[3] 尚海涛.高瓦斯煤与瓦斯突出危险煤层的综放开采探讨[J].煤炭科学技术，2003（12）.
介绍我国放顶煤开采技术的发展过程，阐明放顶煤采煤法是一种既高产又安全的采煤方法。对于高瓦斯煤层进行放顶煤开采，在硬顶煤和硬顶板特殊的地质条件下，必须采取特殊的措施才能安全开采。
关键词：安全开采；放顶煤； 高瓦斯煤层
中图分类号：TD712
1 概 述
近年来在放顶煤工作面发生了数次严重的瓦斯爆炸事故，引起了国内上到国务院、国家煤矿安全生产监督管理局领导，下至煤炭同行的严重关注。不少人甚至产生这样的质疑：放顶煤采煤方法是否是本质不安全的采煤方法。有必要在这里澄清对这一问题的看法。
普通放顶煤采煤法在国内外应用有悠久的历史，可以追溯到20世纪初。而综合机械化放顶煤采煤法是1964年首先在法国中南煤田布朗齐矿试验成功的。我国从1982年开始试验研究综放开采技术，第一个缓倾斜特厚煤层一次采全高综放工作面于1984年4月在辽宁沈阳矿务局蒲河矿投入试验。第一个急倾斜特厚煤层水平分层综放开采工作面，于1986年3月在窑街矿务局二矿投入试验。
这两个工作面均在1986年试验成功，取得了良好的技术经济效果，并于当年进行了鉴定。在随后的年代里放顶煤开采包括综合机械化放顶煤、单体液压支柱放顶煤、滑移支架放顶煤，得到了迅猛发展。我国几乎所有的厚煤层矿区均采用了放顶煤采煤法，传统的分层开采已被放顶煤采煤方法取代。我国综放开采技术已处在世界领先地位，并将这一技术输出到国外。时至今日，我国每年的综放产量接近1亿t。
2 高瓦斯煤层放顶煤开采应具备的条件
高瓦斯煤层的综放开采安全问题最近几年行受国内采矿界关注。多数矿区的实践证明，高瓦斯煤层不但可以进行综放开采，而且同样可以实现高产高效。我国还有不少矿区的较薄厚煤层均采用放顶煤采煤方法。如徐州、淮北、邯郸、峰峰等煤矿，煤层厚度4.5～5 m，矿井的地质条件和经济条件又不允许采用大采高综采，采用放顶煤采煤法开采是最好的选择。
鉴于高瓦斯煤层进行放顶煤开采在安全方面有其特殊性，主要表现在放顶煤工作上隅角发生瓦斯超限，采空区如有空洞易形成瓦斯库，采空区遗煤自燃，易发生瓦斯爆炸事故等。因此，高瓦斯煤层进行放顶煤开采时，对其地质条件应有特殊要求。
2.1 煤层直接顶板及底板岩性与厚度
从放顶煤开采提高采出率出发，不但要求顶煤能随采随冒，也要求煤层的直接顶能随采随冒，而且要求直接顶的垮落高度，至少等于煤层的厚度。高瓦斯煤层进行放顶煤开采也必须满足这一要求，主要是出于安全的考虑。如果直接顶不能随采随冒，或虽能随采随冒，但垮落厚度小，不足以充填采空区，则必然在采空区形成空洞，
2.2 坚硬顶煤和坚硬顶板放顶煤开采
当煤层顶板坚硬或直接顶很薄时，对放顶煤是不利的。一般情况下即使进行顶煤软化处理，效果也是不理想的。即使不考虑采出率，在高瓦斯情况下，采空区空洞积聚瓦斯是不可避免的。因而对于高瓦斯厚煤层，如果煤厚度在5～6 m以上，则建议采用预采顶分层放顶煤采煤法 即先采一个顶分层（铺网或不铺网均 可），将顶板放下来，然后再沿煤层底板进行放顶煤开采。预采顶分层对于高瓦斯煤层还有一个好处，就是在采顶分层时，可以释放煤层的瓦斯，起到开采解放层的作用。如果高瓦斯煤层的厚度在5 m以下，顶板又不易垮落，则最好选用其他采煤法。
3 高瓦斯煤层放顶煤开采的巷道布置
高瓦斯放顶煤工作面的巷道布置必须保证工作面回风巷和工作面上隅角的瓦斯不超限。工作面通风即要考虑稀释采煤机落煤、放顶煤等工序所释放出的瓦斯，同时也要考虑采空区和上部煤岩体由于采动破坏析放并涌人工作面的瓦斯。因而放顶煤工作面的巷道布置从通风角度考虑有各种形式，有平面多巷布置方式。
（1）U形布置。工作面采用一进一回通风方式。这种通风方式易出现工作面回风巷和工作面上隅角瓦斯超限。因而不适宜高产工作面。遇到工作面上隅角瓦斯超限时，多采用风障和局部通风机进行稀释。
（2）E形通风系统或称U+L立体通风方式。即在U形通风系统的基础上，在顶煤中另掘一条排瓦斯巷，形成第二条回风巷或在多数情况下作为抽瓦斯巷。这种方式可有效解除工作面上隅角瓦斯超限现象，并能有效地排出顶煤中释放的瓦斯。布置在煤层顶板岩石中高抽巷亦属于此种类型通风系统。
（3）Y形通风系统，在采用无煤柱巷旁充填护巷，进行放顶煤开采时，在采空区保留一条巷道，作为回风巷，而工作面的2个平巷做进风用，形成两进一回的通风格局。
（4）Y+L形通风系统。在Y形通风的基础上，另掘一条回风巷，形成两进两回的通风格局，
（5）E+L形通风系统。在E形通风系统的基础上，为增加工作面上部的排瓦斯能力，在工作面回风巷外侧另掘一条巷道作为回风巷，形成一进两回一抽的通风格局
4 高瓦斯放顶煤工作面的采煤工艺
4.1 采煤机割煤速度和放顶煤速度
回采工作面煤壁瓦斯涌出量的计算公式如下：
回采工作面采（放）落煤块瓦斯涌出量的计算公式如下：
式中Xc为单位煤块重量在回采工作面停留时间之内涌出的瓦斯量，m3 /t；ηm为采煤机落煤（放煤）效率，t/min，ηm = HBγ，其中H为截割高度或放煤高度，m；B为采煤机截深或放煤步距，m；γ为煤体容重，kN/m3 。
从式（1）、式（2）看出，煤壁和采落煤块的瓦斯涌出量，都与采煤机的割煤速度或放煤速度成正比。因而在高瓦斯放顶煤工作面，应控制割煤速度和放煤速度，否则会造成工作面局部瓦斯超限。割煤速度和放煤速度应通过实测确定。即在采煤机割煤或放煤时，在采煤机和放煤口下风口处检测瓦斯浓度，改变割煤速度和放煤速度，以瓦斯不超限时的速度为该工作面的合理割（放）煤速度。
参考文献
[1] 樊运策.综合机械化放顶煤开采技术[M].北京：煤炭工业出版社，2003.
[2] 于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京：煤炭工业出版社，2000.
[3] 尚海涛.高瓦斯煤与瓦斯突出危险煤层的综放开采探讨[J].煤炭科学技术，2003（12）.