专题-特厚煤层综放开采提高采出率技术分析.doc

1、专题部分特厚煤层综放开采提高采出率技术分析 摘要：概括综采放顶煤技术出现后对我国煤炭行业产生的影响以及综采放顶煤存在的采出率低资源浪费的问题，以及对其的解决办法。本文中重点是对综采放顶煤采出率低出现原因及对其解决办法的探讨。关键词：煤炭 综采放顶煤 采出率 解决措施引言：中国是世界第一产煤大国，也是煤炭消费的大国。1996年中国煤炭探明可采储量居世界第三位，全行业年煤炭开采量达到近10亿吨。煤炭行业已经成为国民经济高速发展的重要基础。 在我国的自然资源中，基本特点是富煤、贫油、少气，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。与石油和天然气比较而言，我国煤炭的储量相对比较丰富，占世界储量的11.60

2、%。我国煤炭资源总量为5.6万亿吨，其中已探明储量为1万亿吨，占世界总储量的11%，而石油仅占2.4%，天然气仅占1.2%。建国以来，煤炭在全国一次能源生产和消费中的比例长期占70%以上。据有关部门预测，到2005年，全国一次能源生产量为12.3亿吨标准煤，其中煤炭为7.85亿吨标准煤(折合11亿吨原煤)，仍占63.8%。专家预测，在本世纪前30年内，煤炭在我国一次性能源构成中仍将占主体地位。我国人口众多，必然导致对能源有很大的需求，然而近几年我国的煤炭开采强度的加大以及在开发过程中的无序，其中采出率偏低是一个很突出的问题。在今天需求与供应紧张的时期更显得棘手。我国煤炭资源人均可采储量仅为世界

3、平均水平的一半，已发现的煤炭资源勘探程度低，精查储量少，用于规模建设的资源供给能力不足。现有生产矿井后备资源不足。按目前开采水平，乐观估计世界煤炭剩余储量可供开采192年，而我国仅可供开采110年。这与我国经济大发展不相适应，必将制约我国经济的发展，所以解决煤炭开采中采出率低的问题尤为重要。由此可见提高采出率利国利民。现如今我国在煤炭的开采中以大规模的机械化采煤为主（产量最大），其中在厚煤层的开采中以综采放顶煤为重。然而其采出率低的问题，随着该采煤技术的发展越发的引起采矿技术人员的重视，找到良好的解决的办法，已成为该采煤技术继续健康发展的动力。1 综采放顶煤技术发展与现状 1.1综采放顶煤技术

4、的发展与现状放顶煤开采法由来已久。法国、前苏联、南斯拉夫等国家于20 世纪40 年代末50 年代初, 即开始用放顶煤开采法。1957 年, 苏联首次在库兹巴斯煤田采用放顶煤开采法, 借助KTY 型掩护式液压支架开采倾角为518、厚度为912m 的厚煤层。工作面先采顶部煤、铺底网, 然后沿煤层底板开采, 在工作面向中间煤层打眼放炮, 崩酥中间煤体, 在通过KTY型支架顶梁上的天窗放入工作面运输机运出工作面。后因工艺复杂、金属材料消耗量大、效果不理想而未能大量推广。放顶煤开采从原则上讲, 无疑是能够实现高产高效的, 但要实现这一优势, 也有很大难度,存在着各方面的问题。如前所述, 国外放顶煤开采由

5、热变冷的过程, 除了一些社会因素外, 主要的原因还是在于没有从根本上找到克服这些难点的方法。放顶煤开采的优势, 是能在不同的条件下, 实现不同水平的, 但却是前所未有的高产量、高效率和高效益, 把厚煤层的储量优势充分转变为技术经济优势。我国综放的发展始于80年代。1984年6月,由原煤炭部立项,在沈阳矿务局蒲诃矿用我 国自行研制 的 FY400/14/28综放支架开始试验后因支架稳定性差四连杆强度不足损坏严重，加之设备的配套性不好 ，支架不能前移 ，造成工作面发火中止试验；1987年，平顶山矿务局一矿引进了匈牙利VHP一732型高位插底式放顶煤液压支架，取得了平均月产44206t，最高月产 5

6、5000t,回采率 79.6 ，平均工效25.5t的初步成绩；1988年 阳泉矿务局、1989年潞安 矿务局开始试验，超过了以前各局所取得的效果。与此同时，在窑街 、靖 远 、晋城 、郑州、兖州、辽源、乌鲁术齐、平庄等矿务局推广使用。从1984年第一个试验工作面算起，到 1994年的10年间，我国综放技术迅速发展，1994年，全国综放开采的总产量达到 3680l0t 有28个矿务局，60个综放面在生产 。其 中年产量超过百万吨的21个，综放技术日趋成 熟。在设备 、工艺 、安全保障等方面做了大量的理 论研究和现场试验，为近几年的发展打下了坚实的 基础。到 1998年，全国综放总产量 达到 70

7、0010 t，综放工作面总数达到 82个，全国 64个百万 吨综采 队中，有22个是综放 ，其中9个队的年产 达到 20010t以上占当年 20010 t队的81.8。使用 条件 由初期 的缓倾斜煤层发展到倾斜、急倾斜煤层；由开采条件较好工作面发展到条件较差的“三软”“两硬”“不稳定”煤层。其中以缓倾斜厚煤层工作面的效果最明显，工作面最高 年产量达到50010t以上。目前,我国综放技术使用的数量、范围、技术的先进性和取得的效果,均居世界领先地位。我国的这套技术已经走出了国门，迈向了世界。综采放顶煤，对我国的采煤技术及我国的经济发展产生了积极的也是很大影响，但是这只是一个方面，因为任何事物都具有

8、两面性，综采放顶煤采出率低的问题不应该被隐藏。采出率低带来了很多问题如：资源损失、采空区自燃的问题等，这些问题影响了煤矿企业的正常健康发展，解决它才是对科学发展的负责，对国家资源的负责，对经济发展的负责。 1.2我国对综采放顶煤的贡献我国科技人员在综放开采的技术进步中，投入了大量的科研力量，在理论、技术和装备等方面取得了丰硕的成果。1.2.1顶煤冒放性评价我国采矿科技人员在综采技术在中国的发展中提出了多种评价顶煤冒放性的方法。顶煤能否顺利冒落并有效放出，是决定放顶煤成功与否的关键，也直接影响到采煤工作面煤炭的回收率。顶煤冒放性评价方法有很多种。例如：将影响因素量化后进行回归，用回归公式计算冒放

9、性；用模糊聚类法计算冒放性；用距工作面煤壁不同距离处顶煤位移量达到100mm处得远近作为评价顶煤冒放性的指标。七因素加权法（属于模糊聚类法），在第四章作者会叙述。1.2.2技术装备我国近几年对煤炭行业加大投入加之近几年行业的发展，促进了煤炭行业装备的研制及发展，我国在综采设备，尤其是大采高-综放方面装备技术处于世界领先地位，我国的技术已经走出了国门，迈向了世界。在国际之间展开了广泛的合作。1.2.3改进综放工作面放煤工艺及降尘技术随着综采放顶煤开采工艺的开展，回采率问题一直是困扰综放开采方法进一步推广的主要因素之一。提高回采率，对有限的资源进行最大限度的回收，对延长矿井的服务年限，保证资源得到

10、有效的利用，具有十分重要的意义。我国在放煤工艺上，科学选择放煤步距和放煤工艺，有效地提高了工作面的采出率；在降尘方面，我国采用了先进的喷雾降尘自动化装置和泡沫降尘自动化装置。2 综采放顶煤的资源损失及损失分析据 2003年统计，我国综放工作面采出率平均达到81一83。根据煤炭行业政策，厚煤层回采工作面的采出率必须达到93以上，由此可见资源损失还是很大的。因此提高综放工作面采出率是急需解决的一个重要课题。2.1工作面资源损失组成综采放顶煤开采的工作面顶煤损失一般由2部分组成：正常损失即目前技术水平尚不能避免的损失；非正常损失，与地质条件和技术决策有关。正常损失包括：工艺损失、初采损失、末采损失、

11、上下端头损失和落煤损失。非正常损失包括：地质构造引起的损失；技术决策损失。区段或分带煤柱损失：区段或分带隔离煤柱引起的煤炭资源损失。正常损失我们在现阶段的技术条件下虽然不能避免但是我们可以尽量减小它。而非正常损失却是可以避免的。据开滦范各庄、兖州兴隆庄矿统计 ，工作面初采损失为 0.2 一 0.97。末采损失0.3 一1.04 ，上下端头损失1.6 一4.43，落煤损失8.84 一12.9。2.1.1正常损失1）工艺损失工艺损失是综放工作面煤炭损失的主要部分。在正常的放煤过程中，由于顶煤和直接顶在向下的过程中形成一个混合带，最后为了减少含矸率而不得不丢失一部分顶煤；或因放煤顺序不当，造成矸石提

12、前窜入放煤口上方，从而导致煤炭丢失；刮板输送机溜槽以下的煤：在工作面长度方向上支架间脊背煤损失，这部分与架型有关，高位和中位液压支架的损失较大，低位插板式支架损失最少。工艺损失与放煤工艺（放煤方式、放煤步距等）顶煤的冒放性、煤厚、架型等因素有关，一般占到工作面全部损失的0.5-0.7，损失率为7%-12%。2）初采损失指放顶煤工作面从开切眼起到正常放顶煤期间的顶煤损失，工作面一开始推进，只要顶煤能都冒落原则上就应该放煤。这有利于提高采出率和减少采空区冒落空洞瓦斯积聚。由于顶煤的冒放性和直接顶的跨落性不同，为防止直接顶初次跨落或基本顶初次来压时冲击采场，初采时不得不留部分顶煤在采空区，这样采出率

13、将降低0.5%-0.8%。一般情况下在工作面初采的10-15m的范围内，顶煤放出率不大于50%。3）末采损失末采损失主要是为了保持停采撤出工作面设备时，有一个完整的顶板条件，易于撤出工作面设备并保证安全。这样就造成了煤炭的损失，约为1%-1.5%。4）工作面上下端头损失随着工作面的推进，两条回采巷道上方的顶煤无法回收而丢失；另一部分是端头上方的顶煤，一般情况下上下端头各有两架支架不能放煤，这是因为普通的支架或过渡支架、端头支架不具有放煤功能而引起的，或为保证端头顶板的稳定性而不放煤，这部分损失约占4%。工作面越短，两端损失越大。2.1.2非正常损失1）地质构造损失如工作面通过落差较小的断层，在

14、断层下盘所留的顶底煤；底板有褶曲或底板凹凸不平而必须留的底煤；或为解决底板十分松软，吸水膨胀，支架容易陷底问题而有意保留的底板煤皮。这类损失往往难以预测，多寡难定。特别是留底板煤将造成大面积煤炭损失。2）技术决策损失主要体现在对采煤技术参数的选择上，如：顶煤冒放性差、坚硬、含有硬夹石层、冒落不及时、冒落后大块煤较多、支架放煤口小（高、中位放煤支架）也将引起一定的煤炭损失。当面煤层厚度较大(大于10m)，而采高却较小的时候，顶煤放出率也要降低，这必将降低煤炭资源的采出率。2.1.3区段或分带煤柱损失区段或分带隔离煤柱引起的煤炭损失目前一般为7%-15%。放顶煤工作面留区段或分带煤柱，采区采出率一

15、般很难达到国家规定的75%的要求。这大大降低了煤炭资源的采出率。当区段或分带间采用沿空掘巷或沿空留巷方式时，煤柱损失可降至3%以下。可使采出率大幅提高，降低煤炭资源损失。（第五章会叙述）2.2综采放顶煤资源损失分析2.2.1正常损失1）工艺损失随着放顶煤工艺的发展，以及装备技术的进步，虽然工艺损失虽然不能避免，但是我们可以在很大程度上降低它，使其符合我们的要求。2）初采及末采损失各类煤炭损失正在逐步减少，初采和末采损失率与工作面走向长度有密切关系，工作面推进长度增加到2000 m 后，其损失率可占约0.5 左右。这样已经可以使我们满意了。所以解决它的关键就是在条件允许的情况是合理的加大工作面的

16、推进长度。3）上下端头损失上下断头损失在改进端头支架和过渡支架后使其具有了放煤功能，可将上下端头损失降低到1.6-2，已有很大的降低。4）技术分析在目前的装备和技术水平下，进一步降低初采和末采损失、上下端头损失的可能性较小但是降低落煤损失的潜力较大。由此可见综采放顶煤工作面（以下简称综放面）损失最大的生产环节出现在放煤环节。降低这个生产环节的损失对提高综放面的采出率将起到至关重要的作用。落煤损失与液压支架架型、放煤步距、采放比、放煤工艺、工人操作及顶煤的冒放性等有密切关系。2.2.2非正常损失1）地质构造损失对于地质构造造成的损失，应尽量避免，在采掘过程中要预先探测煤层的变化以及地质构造的变化，制作全矿的煤层及地质构造变化表并与生产计划表相关联