王 旭
（山西焦煤西山煤电官地煤矿，山西 太原 030022）
煤矿作为一种重要的化石能源，其开采生产的效率关乎工业领域的生产发展及人民的日常生活。随着科技的日益发展，煤矿开采的新技术新设备不断应用，采煤工作得到不断完善，各种开采技术也趋于成熟。我国煤炭储量中，厚煤层占一半以上，因此大多数煤矿的开采都是在厚煤层基础上进行的，也就是放顶煤开采、分层开采及大采高开采工艺三种方式。
当煤层埋深不断变化，地质构造复杂，煤层被切割时，适合选用放顶煤采煤法。该方法分为：预采顶分层放顶煤、倾斜分段放顶煤、全厚放顶煤三种[1]，全厚放顶煤开采，如图1 所示。放顶煤开采投入成本低，巷道的掘进率也低，顶板管理较为容易，产煤量也大。具备安全高效的生产特点。放顶煤工艺在我国虽以成为一种较为成熟的采煤方法，但其缺点也是显著的。一次放顶煤过程中一次放出大量煤体，极易引发瓦斯突出问题，在其它方面也存在着较多难以解决的技术问题。其开采工艺上由于下放煤体过程中会混入矸石，若放煤顺序不当，极容易将矸石提前放出造成含矸率的增大，为了减少这种现象，不得不丢失一部分煤，这种损失可达10%左右。工作面推进过程中两端头也会造成顶煤的损失，两条平巷周围的支架由于要增强稳定性，必须割舍一部分顶煤，这就造成了工作面越短，这部分损失就会越大。还有初采及末采损失，为了避免直接顶的初次垮落以及基本顶来压时的冲击性，初采时必须预留一部分顶煤，这样采出率就会大幅降低，因此在初采过程中，放顶煤的效率一般只有一半。末采过程中由于要保护采掘设备的撤出，要求留出一个完整的顶板，提前铺设顶网停止放煤，这种损失是初采损失的一倍。区段煤柱的留设也是引起煤炭损失的一大方面，由于两工作面之间留设区段煤柱，常使得煤炭损失达10%以上，当采用沿空掘巷时，可降低至3%。另外还有由于地质构造引起的损失，在遇到断层等构造时或者顶板坚硬时，不得不舍弃一部分煤体的冒放，造成采出率的进一步降低。
图1 全厚放顶煤开采
煤层厚度4.5 m 左右，且煤厚基本稳定时适用大采高综采，如图2 所示。大采高采煤工艺多应用于3 m～6 m 的煤层开采，大功率设备采煤机、双中链刮板输送机以及支掩式液压支架的综合适用，构成了大采高综采工艺常用的采掘设备。大采高综采技术采煤工艺作为一种趋于成熟的采煤技术，对环境要求较低，适用范围较广，极大的提高了煤炭资源的开采率，较其它采煤工艺有着显著优势，是近年来各煤矿优先选用的一种煤炭开采方式。因大采高一次采全厚的工艺特点，煤层开采后上方垮落的岩层若不能填满采空区时，就会形成一个大的空间，在这个空间中基本顶会在回转运动下对下面的岩层及液压支架产生冲击载荷以及在煤体中形成很大的支撑压力，并引起周期来压[2]。也就造成了大采高采煤过程中的冒顶和煤壁片帮现象的频发以及工作面来压比较剧烈。煤壁片帮现象也随着开采深度的增加而越发严重。大采高与一般采煤工艺区别不大，但因为它设备庞大以及煤壁片帮较为严重，一般采用长壁采煤法，这种开采工艺有以下特点。
图2 大采高综采工艺简图
2.1 初采高度较低
由于开切眼的高度限制，一般受采掘设备的安装影响，设置在3.5 m 左右，因此初采高度也保持在3.5 m。这个高度可一直推进到顶板的初次垮落，在煤层顶板初次垮落之后，可逐渐将开采高度恢复正常。由于平巷中高度一般达不到初采高度，因此，在第一次顶板垮落之前，就可先逐渐将两平巷两端工作面的高度增加至初采高度，以便在直接顶垮落之后，工作面全长采高的统一加高。
2.2 煤壁片帮
因煤壁片帮随着开采深度的增加越来越严重，而大采高工艺在强烈周期来压下，偏帮问题更为严重。煤壁片帮后使得断面距增大，顶板失去支撑，因此极易引发冒顶事故。为了避免煤壁片帮及冒顶的发生，需采用先进的设备及正确的开采工序。掩护式支架前端护帮板很好的解决了煤壁片帮问题，在采煤机割煤结束后，要做好及时带压移架，必要时打开一段护帮板，减少端面距离，一般综采面不得大于340 mm。第二段护帮板顶在煤壁上，起支撑作用，在采煤机要通过前及时收起；
另外就是加快采煤工作面的推进速度，至今我国的超大型采煤机开采高度以达到8 m，功率3 450 kW，牵引速度达20 m/min；
临时支护对减少煤壁片帮也是极为有效的，木锚杆、树脂可切割锚杆等对煤壁的支撑可加大煤体强度，减少片帮的发生；
注浆锚喷也能增大煤体强度，以及先进液压支架的选用，提高支架的工作阻力以及初撑力能够缓解围岩压力，改善煤壁的片帮以及顶板下沉。
2.3 支架的防滑防倒
工作面倾角较大时，刮板机及液压支架的稳定性会出现较大问题，一般刮板机在12°～18°的煤层中就要出现因自身重力而下滑的倾向了，采煤机在工作面达到15°以上时，就应配有可靠的防滑装置。大采高设备由于其设备重量更大，支架倾倒问题也更为严重，保证液压支架本身的重力G 以及其上覆岩层作用在支架上的支撑力W 在沿煤层倾角上的分力，应小于支架与煤层底板间的摩擦力F，否则便会发生支架的下滑。因此，大采高采煤法对工作面的煤层倾角有很大要求，为了增加设备的稳定性，在开采过程中，大采高采煤有其独特的设备防滑防倒措施：尽量采完顶板煤体，确保液压支架能够直接支撑到顶板。
将厚煤层分为2 层或3 层进行分别开采，即为分层开采工艺。该工艺能够适应煤层厚度及倾角变化，回采率较高。分层开采工艺先对顶层煤进行可采，由上而下，每个分层布置工作面并进行巷道掘进。两平巷间可用煤门进行贯通，分层之间铺设假顶。开采下层煤时，利用顶网将上一分层的冒落矸石进行支撑，形成新的顶板结构。但这种工艺的巷道掘进量极大，且产量低，通风、运料等也比较困难。
现以大采高工艺为例进行对比分析：与分层开采相比，大采高采煤工艺的开采效率得到了极大的提高，巷道的掘进量也降低了近一半。也避免的锚网等假顶的铺设，一次采全厚的开采方法，减少了工作面的搬家次数，节省了费用，开采效益有很大提高[3]。与放顶煤采煤法相比，其避免了工作面初采及末采损失、端头损失以及放顶煤过程中难以避免的工艺损失。但缺点也是比较显著的，设备的投资较大，工作面搬迁过程中由于及设备的重量过大，井下搬迁及设备的安装是比较困难的，在开采过程中对煤壁片帮的治理以及设备的防倒防滑处理，以及冒顶问题的处理也是比较关键的，需要煤矿生产过程中加大这类问题的预防处理力度。大采高采煤法一般适用于倾角较小的煤层，最大不得超过20°，对顶板的要求也比较高，一般适用于顶底板较稳定以及地质构造较简单的厚煤层，如表1 所示。
表1 工艺对比分析
随着我国煤炭企业的不断发展，各种先进的开采工艺层出不穷，各种采煤方法在煤矿企业的应用也越来越普遍以及日益趋于成熟。经分析研究大采高采煤工艺较分层开采以及放顶煤开采有着显著的优势，也将成为今后煤炭资源开采的主流。不断完善开采工艺中的弊端，处理好开采过程中的矿压显现及周期来压带来的冒顶及煤壁片帮问题。先进采掘设备的研制，开采设备的防滑防倾倒措施的改进，使其适用于更复杂的煤层条件是大采高开采工艺未来的发展方向。当然，根据现场实际情况及地质构造情况，合理选取正确的开采工艺，可为煤矿企业带来了极大的开采效率，提高煤矿开采生产的经济效益，为煤矿企业高产高效建设提供有利保障。
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