张 伟

(山西义棠煤业有限责任公司，山西 介休 032000)

一般来说，在开采“三软”厚煤层时，都是采用综合化的机械开采技术，采取这种技术不仅能够提高“三软”厚煤层的开采效率，而且还能在一定程度上防止煤矿事故的发生，从而让矿区服务的年限加以延伸，矿区搬家的次数减少。

1 “三软”厚煤层的概念

通常而言，当煤体的直接底、顶均是炭质泥岩，且其硬度的数值在0.5以内，平均厚度为5米左右，抗压、抗拉强度低于10兆帕斯卡，单项抗压的强度为45兆帕斯卡时，可以将此煤层定义为“三软”厚煤层。

2 开采的工艺选择

鉴于此类煤层的地质条件的限制，采煤时可以选择的开采工艺只有综合开采放顶煤和综合一次性开采全高等两种形式。如果使用原有的放顶煤综合开采工艺，则可能会出现顶板的控制效果不佳、成本高、工作效率低、工人的劳动强度强、资源的回收率不高等问题。如果使用新工艺、新技术进行一次性的全高综合机械化的开采，不仅可以实现对煤壁的端面进行有效的控制，使配套设备的设计得到优化，而且还能够达到高效、安全的开采目标。

相比较而言，综合开采放顶煤和综合一次性开采全高等两种开采形式各有不同，两者的优缺点主要体现在以下四个方面:

(1)顶板的管理。由于“三软”厚煤层的煤硬度不高，如果使用一次性开采全高的开采方式，则需要对所使用支架中防片帮的装置进行设计的优化，使用对前探梁所带的防片帮两级折叠式装置进行伸缩、对整体顶梁机构中端部的顶板支护能力进行加强等方式，使其功能尽可能满足对煤壁与暴露顶板及时的支护。而对于开采放顶煤的方式来说，由于煤矿顶部的煤体破碎疏松，因此对端面顶板的管理存在着很大的难度。

(2)瓦斯和煤突出的防治。“三软”厚煤层属于瓦斯较为突出的煤层，因此在使用一次性开采全高的开采方式时，由于煤矿顶部直接收到液压支架的支持，有效地对煤壁处的顶板下沉进行了控制，进而使得煤壁支撑压力的峰值转移到煤壁的深处，使其成为低压区域，有助于对瓦斯进行释放，能够有效的对煤壁前方瓦斯的高能量聚集区域进行防止，减小瓦斯和煤突出的可能性。

(3)煤炭的回收率和煤质。煤炭的回收率不高与煤质较差是综合开采放顶煤工艺中的主要缺陷。当综合开采放顶煤的工作面在6米左右时，其回收率约在70%至80%之间，煤炭中含矸量会增加15%至20%，每开采100万吨的采集储存数量，煤炭资源的损失将达到20至30万吨。但如果通过运用一次性开采全高的开采方式进行采集，煤炭的回收率则能够达到95%至98%，其损失的煤炭仅为2至3完吨，而且煤炭产品的质量相对稳定，此类方法具有较高的经济效益。

(4)工作的效率。对于已经开采过的综合开采放顶煤的工作面而言，其平均的单产量在4万吨左右，工作效率不高;而使用一次性开采全高的开采方式进行采集，若能够对顶板进行有效的控制，单产量将远高于综合开采放顶煤的方法。

不难看出，通过使用一次性开采全高的开采方式对“三软”厚煤层进行中和机械化的采集更具有实用性，但需要注意的是应注意实际操作过程中顶板的控制与参数的确定，以保证煤矿实现高效、安全的生产。

3 “三软”厚煤层进行综合机械化开采的实践

对于成功使用一次性开采全高的方式对“三软”厚煤层进行开采的关键在于顶板的管理，而其中的重点有在于确定支架的架型。

3.1 选择架型

液压支架的架型选择主要是根据不同工作面当中煤层的地质条件而确定的。对单一的煤层开采而言，主要有两柱的掩护式与四柱支撑的掩护式两类。但在实际的使用中，由于两柱的掩护式支架具有控顶距离小、顶梁短等特点，因此可以为靠近工作面的煤壁提供合力和较强的水平支撑力，对不稳定的易垮顶板进行有效控制并阻止顶板的水平运动，为结构的稳定提供保障。在实际使用中由于立柱有的受力状态较好，且结构简单，调高的范围大，抗水平压力较强等特点，因此可以使用大伸缩的液压支柱，以适应不同煤层的变化。

3.2 支架的主要技术参数

3.2.1 支护强度的参数

在一次性全高综合机械化开采工作面中，液压支架的受力主要受到垮落层的岩层静压力与上位岩层来压过程中的动压影响。在煤层进行开采后，可及时按照垮落的上岩层对支所产生的静压力和所需煤层开采后的垮落高度对最大的可垮落带进行计算，其公式如下:

式中 H——垮落带的岩层厚度

M——煤层的采高

C——直接顶在垮落后碎胀的系数

支架合理的支护强度P可以按照下列公式进行估算:

式中 k——上位岩层的动载系数

Y——岩层的容重

3.2.2 工作阻力的参数

根据配套设备的尺寸、支护强度、空顶的距离与支架的顶梁程度可以对支架的工作阻力进行计算:

式中 n——安全系数

Lk——端面的距离

Ln——梁顶的长度

B——架间的距离

n1——支护的效率

n2——安全阀的波动系数

3.2.3 支架高度的参数

对于使用一次性全高综合机械化开采中所使用的支架而言，通常应选择最大高度比平均值高0.2至0.4米的支架，综合考虑煤层实际的地质情况与起伏程度后，可以根据支架的高度系列对其进行调整。

3.3 架型的特点

3.3.1 整体的顶梁设计

此类支架的顶梁前端存在上翘，使得第一接顶点与煤壁之间的距离得到缩短，且结构简单，端部的载荷量大，可以减小片帮，有效对顶板进行控制。另外，由于支架顶梁的侧护板可以延伸到顶梁的前端，形成接近封闭的空间，因此可以有效的防止矸石的渗漏，提高煤矿的质量。

3.3.2 顶梁前端铰接式的护帮机构

一次性全高综合机械化开采过程中所使用的支架通常采用铰接式的两级护帮机构，当护帮机构在煤壁上支撑时，护帮板都可以进行向上的挑平，以防止煤壁片帮的产生。另有，由于其挑梁所使用的是四连杆的结构，在实际使用中不仅能够保证收回与伸出到达预定的角度，而且能够更有效地对顶板进行支撑，为安全生产提供了保障。

4 工作面的配套设备

在“三软”厚煤层的工作面中可以使用SZH-1050/1100型刮板传输机与GM670/1540-MJ型采煤机进行配套使用。另外，在机巷中可以配套使用GWW-760/150型转载机与TCF-190型破碎机。

5 结论

由于一次性开采全高综合机械化开采中所使用的支架明显地提升了顶板的支撑效果，有效地对顶板和煤壁进行了控制，减少了工作面中端面的漏冒现象，提高了支架的稳定性，进而增加了工作面中的平均单产数量。

综上所述，在对“三软”厚煤层开采时，为了有效地扩大矿区的储量，并且增加矿区的服务年限，那就需要采用合适的机械化综合开采方式，从而把此类煤层内部的各个因素都联系起来，这样做不仅可以提高煤矿质量和安全系数，同时也让矿区的生产效率得到增加。

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