主    講：  王  開

厚煤層采煤方法的分類

我國針對厚煤層的典型的采煤方法有兩種

  ①分層開采

  ②整層開采。

整層開采有又三種方法：

  放頂煤

  大采高

  大采高綜放

放頂煤

采煤方法新技術(shù)——放頂煤

放頂煤開采是針對厚及特厚煤層開采發(fā)展起來的一種采煤工藝。它是在厚煤層的下部布置一個采高(2～3)m的工作面，隨著工作面的推進(jìn)，在前方支承壓力的作用下，使工作面上部的煤體壓裂破碎，并在支架尾部切頂線附近冒落放出的一種采煤方法。它與其它采煤方法的不同在于，除有一個包括破、裝、運(yùn)、支、控全部工序的普通長壁采煤工作面外，同時在支架的后部還有一套破、放、運(yùn)等的頂煤回收系統(tǒng)，即前后兩個采出煤炭的工作場所組成了一個完整的放頂煤工作面。

采煤方法新技術(shù)——放頂煤

綜放開采基本原理

綜放開采是在厚煤層的下部布置工作面，利用地壓破煤與自重落煤，有些冒放性差的頂煤體采取人為措施改善頂煤體的冒放性，這樣將頂煤體放出的一種開采方法，頂煤體的破壞與破碎靠支承壓力和支架—圍巖相互作用。

頂煤破壞過程一般可分為4個階段：①頂煤強(qiáng)化階段，支承壓力峰值點(diǎn)之前的應(yīng)力上升過程。隨著三向應(yīng)力的增加使頂煤發(fā)生損傷，而部分原有缺陷發(fā)展成新的微細(xì)裂隙，但各種裂隙均處于閉合狀態(tài)；②裂隙擴(kuò)展階段，支承壓力峰值點(diǎn)之后至工作面煤壁的應(yīng)力迅速下降過程；③破碎松動階段，工作面控頂區(qū)的頂煤破碎階段；④冒放階段，支架后頂煤的垮落放出階段。

在頂煤的破碎過程中，第①、②階段礦山壓力作用是關(guān)鍵，它對頂煤的破壞發(fā)展起主導(dǎo)作用，而第③、④階段頂煤的破壞、破碎主要靠支架—圍巖相互作用?？梢钥闯觯斆后w在運(yùn)移過程中的破壞發(fā)展是一個漸進(jìn)的過程，是一個量變到質(zhì)變的過程。

采煤方法新技術(shù)——放頂煤

放頂煤綜采較大采高有如下優(yōu)越性：

①在復(fù)雜地質(zhì)條件下，不受煤層穩(wěn)定性和厚度變化的限制，可實(shí)現(xiàn)一次采全厚，大大提高了煤層開采強(qiáng)度。

②利用礦壓破煤，是一種低能耗的采煤方法。

③巷道布置簡單，掘進(jìn)工程量與維護(hù)工程量小,可以節(jié)省大量掘進(jìn)和運(yùn)輸工作,緩解采掘接替緊張的矛盾,為提高礦井全員效率創(chuàng)造了條件。

④設(shè)備國產(chǎn)化，不需引進(jìn)。

⑤可提高塊煤率, 提高了煤炭售價，減少了設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)(如采煤機(jī)),相對減少了設(shè)備折舊費(fèi)或租賃費(fèi)。

采煤方法新技術(shù)——放頂煤

放頂煤開采的主要缺點(diǎn)是：

①放煤時粉塵較大，惡化了井下工作環(huán)境；

②工作面容易局部積聚瓦斯；

③工作面過風(fēng)斷面小,配風(fēng)比較困難,風(fēng)排瓦斯量少；

④綜采放頂煤工作面回采工藝相對復(fù)雜,既有前方采煤機(jī)割煤,又有支架后方放煤。割煤與放煤兩道工序如不能有效協(xié)調(diào)將影響工作面效率,生產(chǎn)管理復(fù)雜；

⑤ 采空區(qū)遺留的浮煤不利于防止自燃；

⑥ 放頂煤相對于大采高頂煤回收率低，含矸率高。放頂煤可造成了5 %的灰分增加,工作面平均回采率80 %左右,陽泉、兗州、潞安礦區(qū)最高達(dá)到85 % ,盤區(qū)回采率僅為71 %。

采煤方法新技術(shù)——放頂煤

  頂煤的冒放性是指頂煤本身冒落和放出及其難易程度的度量，亦即頂部煤體可冒性和可放性的總和。在什么條件下，頂煤冒放性好，可采用放頂煤開采，在什么條件下，頂煤冒放性差，不能采用放頂煤開采，必須有一個確定的評價。為了評價具體條件下頂煤的冒放性，則應(yīng)該弄清影響頂煤冒放性的主要因素及其影響規(guī)律，并且根據(jù)諸因素的影響程度大小進(jìn)行綜合評價。影響頂煤冒放性的因素很多，從總體上可分為地質(zhì)因素和技術(shù)因素兩大類。

采煤方法新技術(shù)——放頂煤

影響頂煤冒放性六大地質(zhì)影響因素

開采深度

煤層厚度（最大煤層厚度和最小煤層厚度）

煤層強(qiáng)度

夾矸

頂板巖層

煤體中的節(jié)理與裂隙

影響頂煤冒放性技術(shù)影響因素

采放比、工作面長度、放煤方式

    

       大采高

采煤方法新技術(shù)——大采高綜采

大采高綜采一般認(rèn)為是指分層高度和采煤機(jī)割煤高度大于3.5m的綜采。大采高采煤法適合煤層厚度為3.5～5.5m ,煤層及頂?shù)装逯杏惨陨系牡刭|(zhì)條件。目前大采高工作面最大采高在國內(nèi)外已達(dá)6m。隨著大采高設(shè)備和技術(shù)的進(jìn)步,大采高綜采已成為我國高產(chǎn)高效礦井的主要采煤方法之一。

神東上灣32301工作面長度為301m，走向推進(jìn)長度為5220m，工作面煤層平均厚度為7.1m，傾角為1º-3º，采高為6.1m，年生產(chǎn)能力1200萬。

（1）液壓支架選用鄭州煤機(jī)廠生產(chǎn)的ZT10800/28/55D型雙柱掩護(hù)式支架，一共176架，其中中間工作面支架166架，端頭支架10架。

（2）工作面采煤機(jī)選用艾柯夫公司SL1000型采煤機(jī)一部。

（3）工作面刮板輸送機(jī)及其配套轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)選用DBT公司的運(yùn)輸設(shè)備一套。

（4）乳化液泵采用RMI公司生產(chǎn)的S375徑向柱塞泵，噴霧泵選用RMI公司生產(chǎn)的S300徑向柱塞泵。

（5）組合開關(guān)是由常州聯(lián)力公司生產(chǎn)，其控制負(fù)荷大，多驅(qū)動器可供選擇，液晶顯示，靈活可靠。

（6）通訊控制裝置由天津華寧公司制造，控制工作面三機(jī)的啟停以及工作面通訊，運(yùn)行可靠。

（7）兩臺4000KVA移變是由江蘇中聯(lián)制造，將10000V變?yōu)?300V高壓電供給采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)，其工作可靠，壽命長，各種保護(hù)靈敏

    

     大采高綜放

采煤方法新技術(shù)——大采高綜放

  我國具有相當(dāng)大一部分煤田煤層厚度大于15m。對于大于15m的特厚煤層開采如果采用目前傳統(tǒng)的采煤方法有兩種①分層綜采②分層放頂煤。就分層綜采而言對于一個厚度大于15m的特厚煤層分層綜采需5～6個分層，即使采用分層放頂煤也需2～3個分層。上述兩種采煤方法有其共性即—分層。分層開采有很大弊端：目前分層開采均留設(shè)頂、底煤皮，資源回收率低，而且下分層開采時巷道維護(hù)困難、工作面搬家頻繁等增加開采成本，而且上分層采空區(qū)會留殘煤、積水、積氣給開采下分層開采增加許多不安全隱患。

采煤方法新技術(shù)——大采高綜放

  對于特厚煤層，關(guān)于能否實(shí)現(xiàn)大采高綜放一次采全厚問題，毛德兵提出了大采高綜放開采的概念，但其開采的厚度僅限于10m。

  大采高綜放可以有效地克服上述兩種采煤方法的缺點(diǎn)，而且有其自身的優(yōu)點(diǎn)：①放煤自由空間大，有利于頂煤的冒落。②可增大通風(fēng)斷面，降低風(fēng)阻，有利于工作面安全生產(chǎn)。③可提高采出率，有利于提高資源回收率。④為充分利用當(dāng)前大功率采煤機(jī)與輸送機(jī)創(chuàng)造了條件。⑤ 可以打造千萬噸級工作面，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。 ⑥對煤層厚度大及地質(zhì)條件復(fù)雜的煤層適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

采煤方法新技術(shù)——大采高綜放

主要研究內(nèi)容

采高綜放工作面頂煤變形規(guī)律及特點(diǎn)

大采高綜放支架-圍巖關(guān)系

大采高綜放工作面煤壁片幫及端面冒頂控制

大采高綜放頂煤冒放性研究

煤礦綠色開采技術(shù)---生產(chǎn)現(xiàn)狀

我國目前的煤礦生產(chǎn)是在以下兩種情況下進(jìn)行：

一是生產(chǎn)成本不完全。如投入不足，技術(shù)裝備落后，安全設(shè)施欠帳，工人工資太低。

二是相關(guān)費(fèi)用支付不全。如礦產(chǎn)資源費(fèi)以及植被恢復(fù), 地面塌陷與水損失污染治理等。

  為此中國礦業(yè)大學(xué)錢鳴高院士提出并形成綠色開采技術(shù)，是為了使我們正視開采對環(huán)境造成的影響和破壞, 并有清醒的認(rèn)識與足夠的估量, 以便提出必要的對策和對政府提出必要的政策建議。

煤礦綠色開采技術(shù)---環(huán)境問題

煤炭開采形成的環(huán)境問題為以下三個方面：

一、對土地資源的破壞和占用煤炭開采對土地資源的破壞損害, 井工開采以地表塌陷和矸石山壓占為主, 而露天開采則以直接挖損和外排土場壓占為主。

二、對水資源的破壞和污染煤炭開采過程中, 進(jìn)行的人為疏干排水和采動形成的導(dǎo)水裂隙對煤系含水層的自然疏干, 破壞了地下水資源同時開采還可能污染地下水資源

三、對大氣環(huán)境的污染主要來自礦井排出的煤層瓦斯和煤礦矸石山的自燃。

煤礦綠色開采技術(shù)---實(shí)例

  

  以山西省為例, 1949-1998年共生產(chǎn)原煤46億多噸, 地面塌陷破壞面積達(dá)100多萬畝, 其中40%是耕地，矸石山占地3萬多畝。至1998年煤炭地下采空面積達(dá)1300km2。煤破壞地下水4.2億, 地表水逸流減少， 導(dǎo)致井水水位下降或斷流共計(jì)3218個, 影響水利工程處、水庫40座、輸水管道造成433個村莊, 812715萬人, 108241萬頭牲畜飲水困難，使本來缺水的山西環(huán)境受到進(jìn)一步破壞。平均每采萬噸原煤造成塌0.2ha。

煤礦綠色開采技術(shù)—技術(shù)途徑和措施

一、減少井下排矸量的有效措施

1、煤礦生產(chǎn)進(jìn)行總體合理規(guī)劃

2、改革巷道布置方式，減少巖巷掘進(jìn)量

  ①全煤巷開拓方式，除主要硐室外，所有巷道均布置在煤層中②利用自然邊界劃分礦井和采區(qū)③施行搭配開采（薄厚搭配、煤種搭配）④取消巖石集中巷

3、合理選擇采煤方法及生產(chǎn)工藝

4、矸石充填不出井

煤礦綠色開采技術(shù)—技術(shù)途徑和措施

  二、減少井下廢氣、粉塵污染的措施

  1、井下抽放瓦斯綜合利用

  （既可減少瓦斯涌出量同時可以瓦斯二次利用）

  抽放分為本煤層抽放、鄰近層抽放、采空抽放、鉆孔抽放、巷道抽放、綜合抽放

  2、井下粉塵防治

  今后一個時期，在我國主要研究解決厚及特厚煤層注水工藝技術(shù)及配套裝備

  3、井下防滅火技術(shù)（阻化劑、黃泥灌漿、注凝膠、均壓防滅火、注氮、束管檢測系統(tǒng)）

煤礦綠色開采技術(shù)—技術(shù)途徑和措施

三、煤礦污水處理技術(shù)

1、礦井水分類排放。（巖溶水、礦井污水）

2、水采礦井的閉路循環(huán)。

3、煤礦用化工材料污染治理。（例乳化油）

  目前，為了防止乳化液污染水主要從以下幾個方面著手：

  ①通過開發(fā)新液壓傳動介質(zhì)代替乳化液同時降低或除去原乳化油中的礦物油，并選擇易于被生物降解的添加劑，減少乳化油對環(huán)境的污染②研究開發(fā)水介質(zhì)單體液壓支柱，完全不用乳化油③完善各類用油設(shè)備的密封性能，防止石油產(chǎn)品泄露。

煤礦綠色開采技術(shù)—技術(shù)途徑和措施

  四、建筑物下采煤與減沉技術(shù)

  基于巖層控制的關(guān)鍵層理論提出，可將保證覆巖主關(guān)鍵層不破斷失穩(wěn)作為建筑物下采煤設(shè)計(jì)的基本原則。為了保證建筑物下采煤既具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，同時又確保地面建筑物不受到損害，關(guān)鍵在于根據(jù)具體條件下覆巖結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵層特征來研究確定合理的減沉開采技術(shù)及參數(shù)。確定覆巖中的關(guān)鍵層位置，掌握其離層與破斷特征參數(shù)，是注漿減沉技術(shù)應(yīng)用可行性分析、鉆孔布置與注漿工藝設(shè)計(jì)及減沉效果評價的基礎(chǔ)。

  （通過向開采煤層上覆巖層的離層帶內(nèi)打孔，并向其空隙中注入泥漿，可以減緩地表下沉。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，其效果比水沙充填減少了30%-60%，最大下層速度保持在0.5mm/a）

煤礦綠色開采技術(shù)—技術(shù)途徑和措施

  五、采空區(qū)充填開采技術(shù)

  采空區(qū)充填開采技術(shù)是綠色開采技術(shù)的重要組成部分，尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)解決建筑物下開采更應(yīng)受到重視。從理論上來說，充填采礦是解決煤礦開采環(huán)境問題的理想途徑，但由于目前充填采礦的成本相對偏高，限制了該項(xiàng)技術(shù)在煤礦的試驗(yàn)與應(yīng)用。

  在市場經(jīng)濟(jì)條件下，充填技術(shù)的關(guān)鍵是充填材料的選取及如何降低成本。另外就是充填技術(shù)本身，它應(yīng)該包括充填系統(tǒng)與開采系統(tǒng)的協(xié)調(diào)；充填運(yùn)輸系統(tǒng)的暢通；充填后材料的力學(xué)特性等。順利解決上述問題將根本改變將來我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域的開采技術(shù)。

煤礦綠色開采技術(shù)—技術(shù)途徑和措施

  六、煤與瓦斯共采

  我國煤層普遍具有變質(zhì)程度高、滲透率低和含氣飽和度低的特點(diǎn)，70%以上煤層的滲透率小于1×10-3μm，這對我國開展煤層瓦斯采前預(yù)抽是極為不利的。正因?yàn)槿绱?，我國已鉆的200多口采前地面煤層氣井中，穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)井很少，單井產(chǎn)量超3000 m3/d的也只有約30口。實(shí)踐表明，一旦煤層開采引起巖層移動，即使是滲透率很低的煤層，其滲透率也將增大數(shù)十倍至數(shù)百倍，為瓦斯運(yùn)移和抽放創(chuàng)造了條件。因此若在開采時形成采煤和采瓦斯兩個完整的系統(tǒng)，即形成“煤與瓦斯共采”的技術(shù)，則不僅有益礦井的安全，而且采出的還是潔凈能源。因此在開采高瓦斯煤層的同時，利用巖層運(yùn)動的特點(diǎn)對煤層氣進(jìn)行開采將是我國煤層氣開發(fā)的一條重要途徑。

煤礦綠色開采技術(shù)—技術(shù)途徑和措施

  七、煤炭地下氣化

  煤炭地下氣化是一種整體綠色開采技術(shù)。它是將地下煤炭通過熱化學(xué)反應(yīng)在原位將煤炭轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的技術(shù)，是對傳統(tǒng)采煤方式的根本性變革。不僅極大地減少了井下工程及艱苦作業(yè)，而且消除了煤炭開采對環(huán)境的污染和煤炭燃燒對生態(tài)環(huán)境的不利影響和危害。（復(fù)采、薄煤層）

  無井式氣化方法就是用鉆孔代替井筒，然后貫通兩個鉆孔，并點(diǎn)燃形成火道，進(jìn)行“燃燒”—一系列化學(xué)反應(yīng)。

  火力貫通：在煤層中用燃燒源燒穿兩鉆孔間煤層

  電力貫通：在兩鉆孔中放入電極，利用電能的熱效能燒穿

  定向鉆進(jìn)通道：鉆具（前蘇聯(lián) ）中國礦業(yè)大學(xué)（實(shí)驗(yàn)室）

  水力壓裂貫通