路雄 苏占飞 尚东生 刘富文
国电建投内蒙古能源有限公司 017209
摘要：煤炭开采是我国的重点产业之一，而厚煤层高效开采是目前研究的热点之一，其不仅可以保证矿井的产量，还能创造可观的经济效益。分析了几种常见的厚煤层综采技术，并对厚煤层综采技术的发展趋势进行了探析，可为厚煤层综采技术的选择提供一定的参考。
关键词：煤矿开采；厚煤层；综采技术
煤炭是中国的重要能源，保证煤炭的产量具有重要意义。为了保证煤炭产量，应保证对厚及特厚煤层的开采。与薄煤层开采相比，厚煤层开采的难度相对较低，且符合大多数煤矿的经济利益。因此，厚煤层综采技术是当前研究的热点之一。目前所说的厚煤层多是指厚度大于3.5m的煤层，这部分煤层在中国储量丰富。经过多年发展，对于厚煤层的开采，主要发展了分层开采、大采高、放顶煤等技术。这些技术都有其适用性，需要根据开采的实际情况加以完善。本文围绕厚煤层综采技术的现状展开分析，重点讨论了厚煤层综采技术的发展趋势。
1厚煤层综采技术现状
经过多年的发展，综采技术已成为厚煤层开采的关键技术。在厚煤层开采时，综采技术具有安全性强、效率高的特点。对于普通的厚煤层开采，传统的综采技术（采高小于等于3.5m）已得到了很好的应用。然而，现在煤矿开采需要面对煤层厚度大于3.5m的情况，这是目前综采技术研究的重要方向。对于这类厚煤层，主要发展了分层开采、大采高及放顶煤等技术。下面将分别介绍这3种厚煤层综采技术的特点。
1.1分层开采技术
对于厚度超过3.5m的煤层，通常采用分层开采技术。这里煤层厚度超过3.5m指的是煤层厚度达到2个及以上的普通综采工作面的采高。若煤层厚度不够2个工作面的采高，则煤层在采高之外的部分被丢弃。通常情况下，先采上分层，再采下分层。在开采上分层时，需在顶板铺设金属网，为开采下分层再造顶板。下分层的开采需要等到人造顶板稳定后进行，通常需要2～3a的时间。这种技术的关键在于对煤层进行合理分层，即确定合理的上层和下层的采高。
分层开采技术的优点在于可利用普通的综采设备对厚煤层进行开采，不需要额外投入，技术门槛较低。但缺点非常明显：a)对巷道的布置要求较高，且巷道布置复杂，主要是需要合理布置上层煤和下层煤巷道；b)巷道的支护比较困难，上层煤和下层煤回采时通常共用1条运输巷，这导致运输巷受到重复采动的影响而支护困难；c)资源的回采率比较低，这是由于在分层过程中需要留设大量煤柱，且这部分煤柱不能被回收，其回采率通常低于85%。鉴于这些缺点，厚煤层分层开采技术已被弃用。
1.2大采高技术
为了提高厚煤层的开采效率，中国研发了大采高技术。所谓大采高技术就是增加采煤机和液压支架的尺寸，使设备尺寸和煤层厚度相差不大。这项技术的厚煤层开采效率非常高，使得千万吨级别的矿井出现，例如神华的布尔台矿，实现了一矿一面。中国大采高技术成套设备的研发处于世界领先水平。另外大采高技术的优点在于降低了厚煤层开采的能耗，提高了煤层的采出率及工人的工效。但其缺点也非常明显：a)大采高设备的体型庞大，需要大功率的辅助运输设备和大断面巷道，这给煤矿的掘进提出了更高的要求；b)对煤层的赋存条件要求高，需要煤层最好能保持近水平且不含地质构造，这是由于大采高工作面搬家困难；c)初期投入非常大，大采高成套设备的成本非常高，一般的煤矿很难承受。
1.3放顶煤技术
虽然大采高技术能对厚煤层进行高效开采，但开采的技术条件要求太高，大部分矿井很难满足。为此，中国研发了放顶煤技术。放顶煤技术主要是利用矿山压力的作用使液压支架上方的煤体破碎并从放顶煤支架后放出，如图1所示。
其与普通综采技术的区别在于使用的是放顶煤支架。在控制合适的采放比的条件下，该技术可对十几米厚的煤层进行一次性开采，开采效率比大采高技术还要高。
图1综采放顶煤技术
放顶煤技术的优点在于对厚煤层的开采效率极高，具有很强的实践性。现在放顶煤技术已在各大矿区得到了普遍应用，并取得了不错的效益。但其缺点也不容忽视：a)煤炭采出率较低，比普通综采技术的回采率低5百分点左右；b)存在较大的安全隐患，若煤层中瓦斯含量较高，则在煤体大量破碎时大量瓦斯会涌入到巷道中，造成巷道中瓦斯超限；c)放顶煤的时机不容易把握，若放顶煤的时间过短，则大量的煤炭会落入采空区中，反之则会有大量的矸石，导致含矸率较高，增加了选煤的负担。
2厚煤层综采技术发展趋势探析
由以上分析可知，目前的厚煤层综采技术或多或少存在一些缺陷，未来应着手解决厚煤层综采技术中的缺陷。下面将重点讨论厚煤层综采技术的发展趋势。
2.1提高大采高技术的适用性
虽然大采高技术对厚煤层开采具有较高的效率，符合节能减排的要求，但其设备的体积，特别是设备质量，让很多煤矿望而却步。1架大采高液压支架有几十吨，如何在煤矿井下进行高效运输，是一个值得考虑的问题。神东矿区由于地质条件比较简单，可掘进大断面巷道来进行液压支架的运输。而大多数矿区很难有这种条件，特别是内陆的一些深部矿井。为此，可在不改变液压支架强度的前提下采用轻型材料来替代钢材，也可将液压支架拆解成适于巷道运输的尺寸大小，这需要机械工程师进行大量的研究。
2.2提高放顶煤技术资源的回采率
放顶煤技术的资源回采率较低，不利于对煤炭资源的合理利用。煤炭资源是一种不可再生资源，尽可能地将地下煤炭资源采出是十分必要的。当顶煤中存在夹矸时，顶板会比较坚硬，在支承压力的作用下并不能完全掉落，这导致大量顶煤被遗留在采空区中。如何使顶煤完全掉落是一个难题。这就要求能监测顶煤中存在的夹矸，并判断顶煤是否能完全放出。此外，在进行放顶煤时，如何确定合适的放顶煤时间也是一个需要面对的问题。现在是通过人工判断放顶煤的时间，即人工打开放顶煤的阀门来进行放顶煤。这种方式不利于提高放顶煤的效率。因此，需要研究一种能自动放顶煤的设备。
3结语
厚煤层开采是很多煤矿重点关注的问题，需要对合适的厚煤层开采技术的选择进行分析。经过采矿技术的多年发展，综采技术已成为厚煤层开采的关键技术。在厚煤层开采时，综采技术具有安全性强、效率高的特点。然而，现在煤矿开采需要面对煤层厚度大于3.5m的情况，这是综采技术研究的重要方向。对于这类厚煤层，主要发展了分层开采、大采高及放顶煤技术。目前的厚煤层开采技术或多或少存在一些缺陷，未来应着手解决厚煤层综采技术中的缺陷。研究可为厚煤层综采技术的选择提供一定的参考。
参考文献：
［1］刘天亮.煤矿综采技术在厚煤层开采中的应用［J］.石化技术，2020，27(7)：216.
［2］落美云.煤矿综采技术的应用现状与发展［J］.能源与节能，2020(6)：173-174.
［3］刘书华，侍大军.厚煤层综放开采安全技术研究［J］.科学技术创新，2020(22)：22-23.
［4］魏明.提升综采放顶煤回采率的方法探究［J］.石化技术，2020，27(7)：347-348.