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采薄煤层高产高效综采技术

1.薄煤层综采现状

我国薄煤层可采储量为61.5亿t，约占煤层总可采储量的

19%，其中0.8～1.3m的缓倾斜薄煤层占73.4%。中硬以下的薄

煤层层数占总层数的64.59%，据1985～1995年度煤矿机械化生

产年度报告，1985年1.3m以下的薄煤层产量为3487万t，占该

年度回采总产量的12.29%，1995年下降到9.32%。随着对薄煤

层高产高效综采研究的深入，出于技术上的需要，也是重视薄煤

层开采的一个重要原因。

2.研究的目的和意义

我国薄煤层煤炭资源丰富且分布广泛，可采储量约6150Mt，

占总可采储量的20%。近年来，由于薄煤层开采，工作面作业空

间狭窄，工人劳动强度大，特别是煤层埋藏深，地质条件复杂，

断层多，矿压大，造成薄煤层开采经济效益低。同时，我国薄煤

层开采工艺和技术装备较为落后，致使大量薄煤层煤炭资源处于

搁置状态，缩短了矿井服务期限。特别是各矿区在投产初期从提

高经济效益出发，优先开采中厚煤层和厚煤层，造成生产接续和

资源平衡的矛盾日益突出。如何实现薄煤层安全高效、综合机械

化开采，提高煤炭资源的利用率，进行薄煤层综采配套设备的研

究与应用势在必行。

3、研究的理论依据

自采用长壁开采技术以来，回采工作面的顶板控制一直是采

矿学科研究的核心问题之一。我国有钱鸣高院士在铰接岩快学说

和预成裂隙梁假说的基础上，提出的上覆岩层开采后呈砌体梁式

平衡的结构力学模型，以及宋振骐院士提出的以岩层运动为中心

的矿压理论。即矿山压力的存在是客观的、绝对的，它存在于采

动空间的周围岩体中。但矿山压力显现则是相对的、有条件的。

压力显现强烈的部位不一定是压力高峰的位置。就某一点而言，

压力显现的变化幅度与该点压力大小的增减幅度是相关的、对应

的，但不一定成正比。对应不同的开采深度和煤层强度条件，采

场周围煤层上支撑压力分布可能有以下三种情况：

（1）单一的弹性分布。这种分布的特点是压力高峰在煤层

边缘，随与煤壁距离增加按负指数曲线规律递减，在从煤壁开始

的整个分布范围内，煤层都处于弹性压缩状态。各岩梁的断裂只

能在煤壁处发生，而且在岩梁断裂时，煤壁前方的巷道中除了可

能观测到顶板反弹现象之外，将看不到顶底板移近等明显的压力

显现。

（2）塑性破坏区的分布。该分布由塑性区及弹性区两个部

分构成。其中弹性区煤层处于弹性变形状态，其压力分布是一个

高峰在弹塑性交界处并向纵深发展逐渐下降至原始应力值的曲

线，各部位压力与该处煤层的压缩成正比。相反，塑性区煤层已

遭破坏。显然，进入该状态的煤层，如果没有水平应力的约束，

其变形都将会继续发展。因此，足够的水平应力是该部位煤层在

一定压力下能保持稳定的条件。正因为塑性区煤层承载能力大幅

下降，而且处于极不稳定的状态，所以无法阻止上覆岩梁弯曲沉

降及岩梁间接触应力消失。这种状态为各岩梁间的层面剪切破坏

和深入煤壁前方断裂创造了条件。

（3）内应力场的分布。这种分布的主要特点是岩梁深入塑

性区断裂，原来完整的应力场以岩梁断裂线为界，明显地分为两

个部分。一部分是由运动着的岩梁重量所决定的内应力场，另一

部分是与上覆岩层总体重量相联系的外应力场，包括新目前综采

已成为我国实现高产高效的重要途径，综采工作面年产量大多在

80万t以上。

4.综采安全性分析

①影响综采安全的主要因素：a.瓦斯、煤尘具有爆炸性，是

影响综采安全的主要因素之一。b.煤层倾角大。在大倾角工作面，

设备在重力作用下，存在下滑和失稳现象，影响工作面的正常生

产和顶板支护，甚至出现倒架、冒顶等危险。c.煤层采高只有

1.20m，操作空间小，不利于人员安全操作和躲避灾害。

②综采工作面瓦斯治理技术。综采工作面的实际需风量主要

根据工作面瓦斯涌出量，并兼顾工作面气温、风速和同时工作人

数等工作面环境条件进行计算。经风量计算、风速验算后，31503

东工作面风量取335m3/min。当工作面供风量达到335m3/min时，

不仅可满足防瓦斯要求，而且可保证工作面气温对风速的要求。

另外，还需在综采工作面设置瓦斯自动报警断电仪和安全监测系

统，对综采工作面的瓦斯进行监测并及时分析。断电范围：工作

面及其回风巷内全部非本质安全型电器设备。

③综采工作面防灭火技术：a.选择工作面适宜的供风量及合

理稳定的通风系统。对于低瓦斯矿井，在确保人员呼吸、设备冷