试分析一次采全高法和综采放顶采煤法

雷立杰

(山西南煤集团南庄分公司，山西 阳泉 045000)

引 言

煤炭作为我国社会生产的基础性能源，当前，经探明的煤炭储量为9×1011t，且煤炭在我国的能源利用结构中稳居前列。然而，煤炭在开采过程中存在较为严重的安全性问题，因此，煤炭企业必须对煤炭开采的工艺方法进行不断改进和完善。本文主要以平均厚度为6.5 m的煤层开采为例，对一次采全高法和综采放顶采煤法进行了探究。

1 综采放顶采煤法概述

综采放顶采煤的方式指的是在整个采矿过程中，运用机械化工艺，通过液压支架、皮带运输机以及大功率的滚筒采煤设备等相关附属设施，进行煤矿的全程开采。此法在煤层较厚的煤矿生产区有着较为广泛的应用，适用于煤层厚度为7 m～15 m，放煤高度为6 m～12 m，煤矿采放比在1到4区间内的矿段。此种采煤方法具备低掘进率、低成本、可持续生产、高效益的优势特点。与此同时，由于此类开采方法增添了放煤、移后运输设备等工艺程序，并且需选取合理的放煤方法及工作面，从而保证顶煤放出量。因此，在采用此法进行煤矿开采的工作面选择过程中，必须注重其余围岩及支架的关系。这是因为围岩作为主动体，支架作为被动体，二者之间相互矛盾却又有弧形作用，并且每一处放煤口都需要有与之相对应的支架，且顶煤放煤率不受放煤方式的影响，其与放煤口的间距呈反比态势，即间距值越高，则顶煤的放煤率越低，而脊背煤的损失就越高[1]。

2 一次采全高法概述

一次采全高法指的是在综采法的采煤工艺基础上，通过技术性改进所形成的采煤方法。此类方法具备设施布置简介、易管理、高采出率、高适应性等优势，且为当前采煤方式的未来发展趋向。在此方法中，采煤工作面需要依靠运输槽施行进风及运煤作业，同时还需对电器、泵站、采煤列车等必需设施加以布置。与此同时，辅助运顺槽还肩负着行人、回风以及行车的关键性任务。在依循煤层走向设置工作面时，通常用于4.6 m～6.1 m区间的矿区。并且工作面的生产程序包括了移架及割煤等工序。通常会采取端头斜切的入刀方式实施割煤作业，并运用电液控制架进行移驾流程的操作，同时采取成组、手动或是双向邻架等控制方式对推输送机加以推输送作业[2]。

3 一次采全高法和综采放顶采煤法的比较分析

3.1 产量和推进度

在煤层平均厚度为6.5 m的矿区，选取该矿区的第一工作面和第二工作面分别采用两种采煤方法进行采矿作业，在第一工作面采用一次采全高法，第二工作面采用综采放顶法。在第一工作组面运用一次采全高法在6 m高的矿段进行采煤作业，耗时3个月(2015年的6月至9月)，采煤量共计490 kt，每月的推进度约120 m。在第二工作面运用综采放顶法在7 m高矿段实施采煤作业，耗时4个月(2015年的10月至2016年1月)，采煤量总计810 kt，每月的推进度约60 m。通过以上比较发现，一次采全高较之综采放顶法的月推进度高出约1倍，而产量提升约1.2倍。

3.2 其它资源的回收利用

在第一工作面中的原煤灰含量为33%，含矸率为5%；第二工作面的原煤灰含量为41%，含矸率为8%。由此可知，一次采全高法较之综采放顶法在煤质灰方面下降约8个百分点，因此其产煤质量较优。与此同时，在采煤过程中煤炭资源的回收方面，第一工作面的采出率在93%左右，而第二工作面的采出率在86%左右，因此，一次采全高法较之综采放顶法在煤矿采出率方面更具优势。

3.3 煤炭生产的安全管理

在采取综采放顶法实施回采作业时，经常会发生煤壁片帮现象，而在采煤时采高通常约为1.8 m，应运用人工超前的控制方法来对煤壁和顶板加以控制。与此同时，在第二工作面的作业过程中，由于巷道两端通常采用跟底掘进的方法，致使抹帽困难且煤壁负荷超前压力的情况出现，造成两端口处的三角煤难以有效控制，产生煤壁片帮及掉顶，综采放顶法在初次来压时的顶板结构如图1所示。在开采过程中使用顶分层(a)进行作业时，老顶的岩层能够在水平方向保持传递力之间的联系，而在网下综放开采(b)的过程中，由于该岩层已经进入到直接顶层的范围内，使得原有的梁式结构直接垮落在下部堆积的矸石区域，导致初次来压形成，同时，由于其距工作面的作业区域较近，因此会对作业区矿压造成明显影响，并且能够直接从支架的阻力方面反映出来[3]。

图1 初次来压时的顶板结构示意图

而在一次采全高法的运用过程中，能够对煤壁片帮情况进行有效控制，并经由风巷挑至顶板处，使得巷道的顶板能够得到安全控制，与此同时，在工作面可经过跟顶铺网进行末采作业，从而提升铺网速度，提高施工效率。如图2所示，煤壁的水平位移在不同的支护阻力会有所差异。煤壁的水平位移会随着支护阻力的增加而得到相应控制，这是由于通过增强护帮板对巷道煤壁处的支护强度能够有效保护工作面的煤壁，提高煤壁的侧向力，从而使煤壁保持三向应力的平衡状态，达到增强煤壁抗压强度的目的。而在加强煤壁支护阻力的同时，也能够有效缩减煤壁塑性区域的宽度范围，以此降低煤壁片帮出现的概率。因此，采用一次采全高法能够有效提高采矿作业的安全性。

图2 护帮板的支护阻力和煤壁水平位移之间的关系示意图

此外，在采取综合放顶法进行采煤作业时，通常需要跟底留顶，且巷道的前掘后修情况较为严重，因此存有明显安全隐患，并且在工作面处常有较小的通风断面现象发生，这就导致上隅角的瓦斯超限，造成煤层自燃，并且在风速较高的情况时，会导致煤尘飞扬，给负责作业的职工身体造成不利影响。而在采取一次采全高法实施采煤作业的过程中，借助锚杆对跟顶留顶实施支护，有利于对施工过程加以控制。采煤工作面的通风断面有利于降低煤层作业工作面处的温度，同时能够有效遏制煤尘，并对上隅角的瓦斯可以实施有力管控等[4]。

4 结语

在煤矿的开采过程中，相较于综采放顶法，采取一次采全高法能够有效提升煤炭质量，缩减产煤成本，同时为矿井的作业人员创造有利的工作环境[5]。本文主要从综采放顶法和一次采全高法的概念入手，对两种采煤方法进行初步了解，然后对均厚为6.5 m矿区选取了不同的矿段分别运用一次采全高法和综采放顶法实施采煤作业，通过推进度、产量、资源回收等方面的比较分析，发现一次采全高法能够有效降低材料的损耗量，提高煤炭生产效率，确保煤矿质量，以此推动煤矿产业的可持续发展。