我国厚煤层开采的问题与方向

２００８年第１２期　煤炭工程　

我国厚煤层开采的问题与方向　

徐乃忠　

（１．中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京１￣０８３；　

２．安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，安徽淮南２３２￣１）　

摘要：在参阅大量文献的基础上，文章系统总结了我国厚煤层开采工艺和方法，分析了厚　

煤层开采工艺存在的一系列问题，指出应当用现代科技的最新成果来设计和改造矿井“开采体　

系”，并就我国厚煤层今后的发展方向给出了新的观点。　

关键词：厚煤层；开采工艺；存在问题；发展方向　

中图分类号：ＴＤ８２３．２５　３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—０９５９（２００８）１２￣００５．０３　

井工开采厚度３．５ｍ以上的煤层、露天开采厚度１０ｍ　

以上的煤层为厚煤层。我国是一个厚煤层储量大国，也是　

厚煤层的开采大国。而厚煤层开采工艺大体为三种，即分　

层开采、大采高一次采全高、放顶煤开采…。　

我国厚煤层产量占原煤总产量的４５％左右。自１９７４年　

在开滦矿务局唐山矿试验成功厚煤层倾斜分层下行垮落金　

属网假顶综合机械化采煤法以后，分层开采的综合机械化　

采煤工艺有了进一步的发展，目前是我国厚及特厚煤层的　

主要采煤方法之一，在大中型矿井得到普遍采用，并积累　

了丰富的经验。　

１厚煤层开采技术或方法　

厚煤层开采工艺主要有：分层开采，大采高一次采全　

高，放顶煤开采等方法。　

１．１缓倾斜厚煤层　

中国煤炭产量中约有４Ｊ４％是采自于３．５ｍ以上的厚煤　

层。这些煤层位于地质条件相对简单的地区，适宜于使用　

机械化长壁开采。缓斜厚煤层使用的技术主要有：①缓斜　

厚煤层倾斜分层长壁综采；②缓斜厚煤层一次采全厚大采　

高综采；③缓斜厚煤层放顶煤长壁综采　Ｊ。　

１．２大倾角急倾斜厚煤层　

大倾角急倾斜厚煤层，此条件煤层由于倾角大、地质　

构造复杂等不利因素，采煤方法的发展较之其他急倾斜煤　

层采煤方法要缓慢的多，目前主要有下列一些采煤方法。　

１）伪倾斜开采。伪倾斜开采可以克服急倾斜煤层开采　

中，人员沿倾斜方向上下行走不便，以及煤岩块滑动滚落　

速度大，容易伤人和冲倒支架的缺点，而且利用了急倾斜　

煤层煤岩可以自动下滑，便于煤炭自溜运输和矸石自动充　

填等有利因素。利用伪倾斜开采的采煤工艺有：斜切分层　采煤工艺；斜坡采煤法工艺；伪斜工作面短壁矸石充填采　

煤工艺等。　

２）掩护支架开采。掩护支架开采技术是利用急倾斜煤　

层开采顶板压力较小，而支架下滑力大的特点，以掩护支　

架隔离采空区矸石进行开采的采煤方法。主要有：俯斜开　

采的掩护支架采煤工艺；巷道长壁工作面活动钢架掩护采　

煤工艺等。　

３）短壁柱式开采。由于急倾斜煤层地质条件复杂，很　

难采用长壁式采煤法，而采用短壁柱式方法开采，可以较　

好地适应这种复杂的条件，而且可以简化采煤工艺，提高　

开采作业的安全性。其具体的采煤工艺包括：斜切分层采　

煤工艺；水平分层采煤工艺；仓储采煤工艺等。　

４）巷道放顶煤开采。巷道放顶煤开采，打破了传统急　

倾斜煤层的常规，以巷道代替长壁式工作面，并遵循了目　

前国内广泛使用并取得良好技术经济效果的缓倾斜中厚煤　层放顶煤长壁工作面放煤技术，同时采用全风压通风，双　

安全出口。这一采煤法２０世纪９０年代中期在我国湖南一　

些矿区急倾斜中厚煤层全面研究试验，并取得了良好效果，　

后来推广到大倾角（７Ｏ。一９０。）厚煤层（５—１０ｍ），理论上借　

鉴金属矿山的椭球体放矿理论后，采煤工艺参数基本成熟，　

煤层放煤效果更好，回收率令人满意，同时针对这一采煤　

方法使用后出现的地表塌陷漏斗非连续变形的形态特征和　

变形机理研究，也有了明显进展，成为正规采煤方法。　

２厚煤层开采存在的问题　

２．１　分层开采　

分层开采主要存在问题为：①采准巷道系统复杂，巷　

道掘进率高，巷道的掘进与维护费用高；②上分层开采时　

要铺设人工假顶，增加了工人的体力劳动和生产成本；③　

对地质构造特别是断层的适应性差；④煤层厚度变化时容　

收稿日期：２００８—０４—１７　作者简介：徐乃忠（１９７９一），男，江苏扬州人，讲师，博士研究生，现主要从事矿山压力及其控制方面的研究。　

５　煤炭　工程　２００８年第ｌ２期　

易丢煤；⑤单产低、效率低，尤其是特厚煤层的开采更是　

如此。　

２．２　大采高一次采全高　

大采高一次采全高开采工艺由于采高大，造成支架稳　

定性差，煤壁易片帮，管理难度大，同时１二作面端头管理　

较困难。　

２．３放项煤开采　

放顶煤开采也有亟待解决的问题，主要是：①煤尘大，　

比分层开采高出１～３倍，甚至更高；②回采率偏低，一般　

在８０％左右，造成一定的煤炭损失；③自然发火问题尚未　

得到很好的解决；④对高瓦斯矿井，瓦斯涌出量大，有局　

部积聚的危险。　

２．４大倾角厚煤层　

大倾角厚煤层（３５。～５５。）开采目前虽然进行了一定研　

究与试验，但是对大倾角煤层开采方法选择、生产系统布　

置、围岩灾变机理、岩层控制方法、工作面回采过程和工　

艺参数均缺乏比较系统的研究。　

一些学者提出了大倾角厚煤层柔掩护支架侧放煤采煤　

法　；使倾斜工作面缓斜化，在传统采煤法的基础上有了　

很大改进，但仍未从根本上解决倾斜煤层开采矿井产量低、　

劳动强度大、安全条件差、经济效益差的局面。在以下方　

面需改进：①合理布置工作面方式，控制柔掩支架移动方　

式；②解决支架的结构和机械化问题。　

有的学者研究了大倾角放顶煤顶煤及上覆岩层的运移　规律、顶煤放出体变化特征等　Ｊ。但对大倾角厚煤层顶煤　

变形、破坏以及放出的机理有待研究，应建立真正适合大　

倾角厚煤层的理论。　

２．５急倾斜煤层　

对于大多数急斜厚及特厚煤层矿井来说，一般采用高　

落式采煤法、水平分层或斜切分层采煤法、伪倾斜柔性掩　

护支架采煤法等开采方法进行回采；但是，这些开采方法　

均存在煤炭损失率高、巷道掘进量大、通风条件差、工人　

劳动强度大、开采效益差等问题。随着急斜厚及特厚煤层　

开采方法的研究和改进，逐渐形成了急斜厚煤层巷道放顶　

煤、急斜特厚煤层水平分段综采放顶煤、３．５～ｌＯｒｅ急斜煤　

层巷柱式放顶煤采煤法等比较有效的开采方法。但这些采　

煤法同样存在问题。　

急斜厚煤层巷道放顶煤采煤法存在地问题为：①由于　

存在“三角煤”和脊背煤损失，影响采出率；②对于高瓦　

斯煤层，在采空区有冒落空洞时，空洞里容易造成瓦斯积　

聚；③放煤口的煤尘很大，容易在放煤巷道内飞扬；④放　

煤闸门经常被滚落的大块煤砸坏，容易发生人身事故；⑤　

当大块煤卡住放煤口时，破碎起来比较困难；⑥需要提高　

顶煤破碎冒落的监测手段，加强顶煤运移规律的研究。　

急斜特厚煤层水平分段综采放顶煤采煤法的试验成功，　

是对急斜特厚煤层采煤法及回采Ｊ＝艺的重大改革。但仍存　

在下列问题：①适应性不强，对于煤层厚度沿走向变化较　

６　大，断层较多，厚度小于ｌＯｒｅ的急斜煤层均不适应；②初　

期设备投资较大，设备搬运和安装比较困难；③煤尘大，　

危害工人健康和安全生产。　

对于３．５～ｌＯｒｅ急斜煤层，在一个采区内沿倾斜方向按　

照一定的高度划分为若干阶段，在每个阶段上、下部分别　

沿走向布置一条巷道，其中上部用作回风巷道，下部用作　

运输巷道，构成全风压通风系统；所有的工艺和工序都在　

运输巷道内进行，利用爆破落煤，机械装煤，刮板输送机　

或胶带输送机运煤进行回采。这种采煤法能大幅度提高开　

采效益和安全程度。但存在以下问题需研究：①急斜煤层　

巷柱式放顶煤开采矿压显现规律；②急斜厚煤层巷柱式放　

顶煤开采采空区瓦斯浓度分布及运移规律。　

３厚煤层开采的发展方向　

厚煤层现代开采体系是用当代科技的最新成果设计和　

改造矿井“开采体系”的开拓方式、生产布局、设备配置、　

采煤、掘进、提升、运输、通风、供水、供电等各个要素，　

达到设备与系统、布局与管理、人与物之间的匹配协调，　

使传统产业跟上现代科技发展的步伐。发展方向主要表现　

在以下几个方面：　

１）对缓倾斜、倾斜煤层长壁式开采，关键是不断改进　

采煤工艺，推行机械化。要多层次、因地制宜地应用和发　

展先进的、适应的机械化采煤技术。　

２）倾斜分层下行垮落采煤法是比较成熟的采煤方法，　

今后应进一步推广和改进机械化采煤工艺，研究分层采高的　

控制，假顶材料选择，减少岩石巷道掘进，改进巷道布置。　

３）大采高综采一次采全厚已获得成功，要继续改进设　

备，完善工艺。　

４综放开采需要解决的理论与技术问题　

１）工作面专用设备的研制。大功率装备的国产化配　

套、研究新型放顶煤液压支架，发挥放顶煤开采高产高效　的特点；如放顶煤液压支架的研制，要确定支架的合理工　

作阻力和支架载荷的真实分布。　

确定支架载荷的真实分布，除要确定支架的合理工作　

阻力外，确定不同煤岩条件下综放支架的载荷分布尤其重　

要。要研究不同煤层、顶底板、支架形式、开采参数等条　

件下，支架载荷的分布规律，并用于指导支架设计。　

２）煤炭回收率。解决这一问题主要有４种途径：①减　

少煤柱损失：通过优化开采布局、改革巷道支护技术、系　

统的矿山压力显现规律与控制技术研究，减小区段煤柱；　

②加大工作面长度：通过优化开采系统布局、生产能力、　

工作面装备配套、工作面推进度与开采效益的关系等，尽　

可能的加大工作面长度；③优化采放工艺：目前关于合理　

的采放工艺研究比较多，其中主要是放煤工艺与参数，如　

合理的放煤顺序、放煤步距、放煤轮次的研究等；④散体　

顶煤放出理论研究。