浅析煤矿采煤方法与采煤技术的选择及其影响因素

李恺峰

山东泰山能源有限责任公司翟镇煤矿综采二区

摘要：文章主要结合具体的煤矿开采实际，对煤矿厚煤层的采煤方法进行分析，并对影响采煤技术应用的主要因素进行详细论述，确保煤矿企业在开采过程中能够结合不同的开采环境选择适宜的采煤技术和采煤方法，在保证开采安全的基础上创造出最大的经济利益。

关键词： 煤矿厚煤层开采 采煤方法与采煤技术 影响因素

1 煤矿煤层特征分析——以山东某煤矿为例

该煤矿位于山东境内，共有四层主要可采煤层，煤质精良，其中第四煤层的顶底板岩石以粉砂岩、砂质泥岩为主，其次为中细粒砂岩和泥岩。通过对煤层围岩的物理力学性进行试验得知：该煤层的岩石含水率为2.91%～6.69%，吸水率为5.49%～7.53%，抗压强度为16.2～45.6MPa，绝大多数煤层围岩抗压强度在30 MPa以下，软化系数大于0.75。由于煤层的顶底板以粉砂岩和泥岩为主，所以具有较差的稳定性，在开采过程中需要技术人员结合实际的开采环境选择适宜的开采方法与开采技术。

2 常用厚煤层采煤方法与采煤技术

该煤矿东部第三煤层的平均倾角为1°～3°，煤层平均厚度为5.58 m，埋藏深度约在12 5m左右，属于典型的厚煤层。目前国内主要的厚煤层采煤方法有：①综放开采法，即综合机械化放顶煤开采。主要是利用现代化的机械设备进行煤炭开采，主要适用条件和分类如表1所示。②分层综放开采法。最早应用于唐山矿的厚煤层开采中，现如今已经在平顶山、阜新、大同、潞安等多个国家重点煤矿进行了推广应用，是我国机械化采煤技术的主流。③大采高综放开采法。主要作用于煤层厚度在3～4 m的缓倾斜煤层中，属于一次采全厚的综放开采技术，在应用过程中优势明显，有着十分广阔的发展前景。

表1 综放开采法的分类及适用条件

3 采煤方法与采煤技术的可行性分析

3.1 综放开采可行性分析

①综放开采技术不受煤层厚度变化的影响，能够完美适应煤层厚度变化，使工作面得以顺利推进。②无需布置过多采准巷道，可有效降低巷道掘进工程量。③顶煤垮落是煤炭采出的主要来源，该技术可以大幅降低割煤量，极大程度的控制生产成本。④在应用过程中能够完成一次采全高，可有效抵御煤层自燃。⑤无需安置人工假顶，大幅度降低顶板管理难度 [1] 。

3.2 分层综放开采可行性分析

分层综放开采技术应用在该煤矿第三煤层时存在着以下几点问题：①技术在应用过程中需要布置人工假顶在上分层处，加大了工作量及下分层煤层的自燃概率。②需要布置足够的采掘巷道，进而会产生大量的掘进费用和巷道维护费用，会严重增加施工成本。③在应用过程中不仅顶板维护困难，也容易导致顶煤冒落。

3.3 大采高综放开采可行性分析

由于该煤矿第三煤层厚度变化较大，如果应用大采高综放开采技术，不仅需要投入大量资金购买相应设备来适应煤层厚度变化，同时也会在开采过程中产生大量的割顶底板矸石量，会增大煤矿企业的成本投入。

由上述分析可知，出于经济性、安全性、可行性等因素分析，综放开采技术能够完美结合该煤层的煤层特征，具有较为明显的应用优势，其他两种方法并不适用。

4 采煤方法与采煤技术的影响因素分析

4.1 煤层强度的影响

煤层的粘结系数和内摩擦角是影响煤体抗压强度的主要因素。通过对抗压强度的计算可知，如果内摩擦角φ一定，则煤岩体单向抗压强度Rc与粘结系数C成正比，三者之间的关系如图1所示。Rc越大，代表煤岩体越不易破碎，具有较差的冒放性，在应用综采放顶煤技术时具有一定难度。

图1 Rc、C与φ之间的关系示意图

4.2 煤层埋深的影响

原岩应力γH与煤层埋深H息息相关，同时煤层掩埋深度也直接决定了工作面围岩的支撑压力峰值KγH，所以直接影响着采煤技术的选择。综采工作面前方煤壁的顶煤受力状态如图2所示。

图2 顶煤单元煤体受力状态分析

其中，σ1，σ2，σ3分别为单元煤体的三面受力状态，σ1=KγH；σ2=NKγH；σ3=N'KγH，且σ1>σ2>σ3。如果围岩的支撑压力达到峰值，顶煤就会在K的作用下发生超前破碎。由于σ2为工作面的推进方向其应力变化较小，所以可以忽略不计。通过一系列计算可得，该煤矿第三煤层的泊松比μ为0.3,K=4，岩层容重γ=2.5 t/m3,H/Rc=16.57。

当Rc给定时，如果想要顶煤能够在支撑压力的作用下被完全破坏，就必须要求H满足H/Rc=16.57，也就是说H越大，顶煤的破碎系数就越大。该煤矿第三煤层的综采面采煤深度H=125 m,Rc=28.7 MPa，那么H/Rc=4.35<16.57，则证明该煤矿煤层不适用放顶煤开采技术。

4.3 顶板岩性及厚度的影响

在综采过程中，顶煤随采随冒的直接顶最小厚度计算如公式（1):

 其中，∑hmin代表随采随冒分层厚度之和；M代表采煤高度；Kp代表岩石碎胀系术。该煤矿第三煤层的直接顶厚度为11.93 m，顶板强度较低，符合随采随冒条件。

4.4 节理裂隙的影响

可以用库仑方程描述节理裂隙对岩石强度的影响，通过计算可知，裂缝对岩石强度的影响主要取决于裂缝的充填情况以及断裂面的具体形态。该煤矿第三煤层完整性较好，节理裂隙不明显，因此具有较大的破碎难度，所以不适用于放顶煤开采技术，而应该选择适合的综采技术。

5 结语

煤矿企业需要根据煤层厚度的不同选择不同的采煤技术，通常情况来说薄煤层以及中厚煤层在开采过程中需要做到一次采全厚，对于厚煤层及特厚煤层则可以采用分层开采技术。①对于煤层厚度大于5 m以上、无瓦斯突出危险并且符合综合机械化放顶煤开采技术规定条件的，应该优先选择综放开采技术，不满足规定条件的应该采用分层综采或者分层普采工艺。②对于厚度在1.5～4 m之间的煤层，如果煤层的附着状态相对稳定、地质构造相对简单并且煤层较硬，则适用于采取一次采全高的综采工艺，反之需要使用分层综采。③对于煤层厚度在1.5 m以下的薄煤层来说，可以积极推进薄煤层综采工艺。除此之外，采煤方法与采煤技术的选择受地质条件影响较大，如果煤层倾角小于12°，则适宜采用倾斜长壁采煤法进行后退式开采；如果倾角大于12°且小于35°，则适宜采用长臂采煤法进行后退式开采；如果煤层倾角大于35°，适宜采用伪斜走向长壁采煤法。

参考文献

 [1]王超凡.浅析煤炭企业采煤方法的选择及影响要素[J].科技与企业,2012(15):144+146.