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摘 要：浅谈综放工作面实现安全开采的基本防治条件、放面顶板结构及支架受力和综采放顶煤回采技术工艺。
关键词：综放工作面；安全开采条件；顶板结构；回采工艺
中图分类号：X752 文献标识码：A 文章编号：
一、概述
作为综采放顶煤，是从国外引进的一种新的采煤方法，具有高产、高效、低耗等许多优点，后来得到了迅速的推广应用。放顶煤采煤是在开采厚煤层时，沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部布置一个采高为2～3m的采煤工作面，用综合机械化方式进行回采，并利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法，使顶煤破碎成散体后，由支架后方或上方的“放煤窗口”放出，然后再由刮板运输机运出工作面。这种采煤方法，必须根据顶板、煤层、瓦斯、水文地质、煤尘爆炸性、冲击地压等地质特征和灾害危险程度编制开采设计与技术措施。放顶煤开采还必须符合《煤矿安全规程》、《煤矿设计规范》和《煤矿安全技术操作规程》等有关规定，切实保证工作面安全生产。
二、安全开采基本防治条件
1、冲击地压事故及防治。根据有关研究，在单一重力应力场条件下，当开采深度达到一定值后，只要煤层冲击倾向具备，都有发生冲击地压的危险。发生的地点和实现的条件包括：一是支承压力的高峰区域开掘巷道；二是坚硬老顶岩梁裂断时发生的动压冲击和应力高峰的转移过程中，在工作面和相邻巷道中产生冲击与突煤事故。按其发生的条件及放顶煤综采采场结构模型中“内应力场”范围扩大的特点，只要采用在“内应力场”开掘巷道的布署，就能避免这一危险性。
2、瓦斯煤层突出事故的发生和防治。已产生裂隙和破坏的内应力场，不具备储存大量高能瓦斯的条件，只有在封闭性好，处于弹性高压状态的“外应力场”中，才有储存大量高能瓦斯的可能。所以，象避免冲击地压一样，只要在稳定的内应力场中开掘和维护回采巷道，就能避免此类事故发生。
3、关于顶板事故发生和有效防治。综采支架作为顶煤的掩护工具，必须保证其足够的工作阻抗能力，使其能在“高阻力”、“高位态”的状态下稳定工作，避免发生架上放空、架前漏顶的事故。
三、放面顶板结构及支架受力
1、放顶煤采场的顶板结构。人们通过采场顶板运动及矿压显现规律研究表明，直接顶的厚度受到放出率的控制，直接顶上方存在一个传递力的结构。直接顶的作用力有时无需支架全部承担，因其内部有时存在小结构。当煤层上覆盖的直接顶较薄、直接顶上方存在厚层坚硬岩层时，直接顶内不再存在小结构，这时的作用力必须由支架全部承担，采空区充填不满，坚硬老顶运动时将引起很大的冲击。因此，综放工作面的顶板结构即为一般结构形式和坚硬梁式结构形式。
2、综放支架受力与顶板结构的关系。综放面顶板压力不仅与顶板结构有关，而且与采空区充填状态有关。对一般的顶板结构，支架设计和选择，可根据煤层硬度适当调整。此结构下水平推力不是主要矛盾，也不会有大的冲击载荷。对坚硬梁式结构采场，顶板压力大小的预计及支架选型，应采用以下步骤：估计在预定放出率条件下的直接顶厚度；对照具体采场的顶板岩层，推断坚硬梁式结构形成的位置及可能性；计算坚硬梁式结构运动的自由空间；估算结构失稳时最大动力载荷及力作用方向；提出对支架架型及参数的具体要求。
四、综采放顶煤回采技术工艺
对放顶煤过程，一般分两个阶段：一是通过移架使顶煤垮落、破碎，移架不破碎的可采取放炮等措施來破碎；二是放煤，也就是把已破碎的顶煤最大限度的回收出来。
1、初采放煤技术工艺。对于放顶煤工作面的初采损失，主要是指工作面从开切眼推进后，在老顶初次垮落前，为防止老顶突然垮落对工作面产生威胁，顶煤不放所造成的损失。它一般占采区回采率的1%左右。放顶煤开采初期采取开切眼初采后10多m不放顶煤，后又逐渐改为5m不放顶煤，其措施的实际意义也不大。工作面推进后，在顶板垮落前，只需在掩护梁上保留一定的散煤垫层防止顶板大块矸石冒落砸坏掩护梁，即可将冒落的煤部分放出。不易冒落的项煤，推进3-5m后，应采取向顶煤打眼放炮强制顶灯塔垮落回收，以减少初采损失。
2、未采放煤技术工艺。其损失主要是在工作面收尾时为利于回撤支架，提前铺网控制顶板引起的损失。一般距停采线12m左右停止放顶煤。顶煤损失通常占一般采区回采率的2%左右。该损失也是不可避免的，在顶煤稳定性较好时，可根据情况适当缩短停采线煤柱以减少损失。
3、放煤方式的选择。最佳的放煤方式能实现采出率高、含矸率低的效果。①多轮顺序均匀放煤。放煤顺序按支架顺序进行放煤，每次放出顶煤量的1/2-1/3，第一轮放完后，再从1号支架开始放第二轮，然后放第三轮并把顶煤全部放完。采放比小于3时，采用两轮放完煤即可；采放比大于3时，采用3轮放完的较多。这种放煤顺序能使煤岩分界面均匀下降，可得到采出率高和含矸少的效果。但操作水平要高，放煤速度较慢。②单轮间隔顺序均匀放煤。放煤顺序是按单号的支架顺序放煤，放完后再以双号的支架顺序放煤，发现矸石关门。为加快放煤速度，也可使两个放煤工相隔一定距离同时放煤，即一人放单号架，另一人滞后放双号架。如此的放煤工艺，比较适用于采放比不大的工作面。因放煤速度快，采出率较高，矸石混入量也较少，采用此发的比较多。③单轮顺序放煤。这种放煤工艺，也就是按1号、2号、3号架……依此顺序放煤完毕。此工艺放煤速度快，容易出现混矸，或者丢煤太多。对此，可通过使用低位放顶煤支架来改善采出率和矸石的混入状况，或通过洗煤来提高煤质。
五、综合粉尘
由于开采强度大，综采放顶煤出现的尘源多、产出量大，多达2000-5000mg/m3，所以尘毒的防治难度也比较大。高浓度粉尘作业场所，其劳动卫生环境相当差，因此也严重制约了这种采煤方法的大面积推广应用。对于这种高浓度粉尘的综合防治思路是：减少粉尘的产生；针对不同尘源的特点，采取防治措施。
1、综放工作面煤层注水灭尘。对于煤层注水来说，它是国内外公认的减少粉尘产生的较好技术措施，尤其是对综采放顶煤工作面，还具有软化煤体（ƒ＞3的硬煤），减少跨落煤中的大块，提高煤炭回收率的作用。但是，在普通综采面应用煤层注水技术，应用在综采放顶煤的厚煤层中，就达不到湿润顶煤的作用。所以，对注水工艺需要改进；孔隙率较低的难注水煤层，在工作面原始应力带注水，此时水就难以注入煤体，达不到理想的效果，因此需要对注水工艺进行必要的改进。
2、采煤机和液压支架探梁采用径向雾屏及辅助喷雾降尘。在滚筒摇臂的人行道一侧，可以设置一弧形的喷嘴组。这样，喷雾时滚筒靠人行道一侧形成一道径向喷雾屏障。同时又可在液压支架探梁上设置喷嘴，在采煤机部位便于开启这些喷嘴进行喷雾，使采煤机上方形成第二道喷雾屏障。另外，在采煤机两个端头也可各设置两个喷嘴，并作为第二道雾屏的延伸，以起到有效控、降尘的作用。双道喷雾屏障的使用，既能防止粉尘向人行道方向扩散，又能起到很好降尘的作用与效果。
3、在液压支架移架和放煤过程中自动喷雾降尘。在有效降尘设计方案中，要有针对性地采取技术措施，主要体现在以下三点：一是设计一种自动喷雾控制阀，能使液压支架移架和放煤的喷雾降法与操纵液压支架动作的液压系统联动，以实现自动喷雾降尘。实现作业产尘时自动喷雾降尘，移架和放煤结束后自动停止喷雾降尘的目的；二是在喷雾系统中可增加一个组合五通阀，实现本架移架自动喷雾下风邻架同时自动喷雾，使得下风邻架扩散的粉尘被第二次喷雾降尘，这样可提高喷雾降尘效果；三是设计磁化喷嘴，使水通过磁化，改善水雾的物理特性，提高水雾对粉尘的捕获能力和效果。
关键词：综放工作面；安全开采条件；顶板结构；回采工艺
中图分类号：X752 文献标识码：A 文章编号：
一、概述
作为综采放顶煤，是从国外引进的一种新的采煤方法，具有高产、高效、低耗等许多优点，后来得到了迅速的推广应用。放顶煤采煤是在开采厚煤层时，沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部布置一个采高为2～3m的采煤工作面，用综合机械化方式进行回采，并利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法，使顶煤破碎成散体后，由支架后方或上方的“放煤窗口”放出，然后再由刮板运输机运出工作面。这种采煤方法，必须根据顶板、煤层、瓦斯、水文地质、煤尘爆炸性、冲击地压等地质特征和灾害危险程度编制开采设计与技术措施。放顶煤开采还必须符合《煤矿安全规程》、《煤矿设计规范》和《煤矿安全技术操作规程》等有关规定，切实保证工作面安全生产。
二、安全开采基本防治条件
1、冲击地压事故及防治。根据有关研究，在单一重力应力场条件下，当开采深度达到一定值后，只要煤层冲击倾向具备，都有发生冲击地压的危险。发生的地点和实现的条件包括：一是支承压力的高峰区域开掘巷道；二是坚硬老顶岩梁裂断时发生的动压冲击和应力高峰的转移过程中，在工作面和相邻巷道中产生冲击与突煤事故。按其发生的条件及放顶煤综采采场结构模型中“内应力场”范围扩大的特点，只要采用在“内应力场”开掘巷道的布署，就能避免这一危险性。
2、瓦斯煤层突出事故的发生和防治。已产生裂隙和破坏的内应力场，不具备储存大量高能瓦斯的条件，只有在封闭性好，处于弹性高压状态的“外应力场”中，才有储存大量高能瓦斯的可能。所以，象避免冲击地压一样，只要在稳定的内应力场中开掘和维护回采巷道，就能避免此类事故发生。
3、关于顶板事故发生和有效防治。综采支架作为顶煤的掩护工具，必须保证其足够的工作阻抗能力，使其能在“高阻力”、“高位态”的状态下稳定工作，避免发生架上放空、架前漏顶的事故。
三、放面顶板结构及支架受力
1、放顶煤采场的顶板结构。人们通过采场顶板运动及矿压显现规律研究表明，直接顶的厚度受到放出率的控制，直接顶上方存在一个传递力的结构。直接顶的作用力有时无需支架全部承担，因其内部有时存在小结构。当煤层上覆盖的直接顶较薄、直接顶上方存在厚层坚硬岩层时，直接顶内不再存在小结构，这时的作用力必须由支架全部承担，采空区充填不满，坚硬老顶运动时将引起很大的冲击。因此，综放工作面的顶板结构即为一般结构形式和坚硬梁式结构形式。
2、综放支架受力与顶板结构的关系。综放面顶板压力不仅与顶板结构有关，而且与采空区充填状态有关。对一般的顶板结构，支架设计和选择，可根据煤层硬度适当调整。此结构下水平推力不是主要矛盾，也不会有大的冲击载荷。对坚硬梁式结构采场，顶板压力大小的预计及支架选型，应采用以下步骤：估计在预定放出率条件下的直接顶厚度；对照具体采场的顶板岩层，推断坚硬梁式结构形成的位置及可能性；计算坚硬梁式结构运动的自由空间；估算结构失稳时最大动力载荷及力作用方向；提出对支架架型及参数的具体要求。
四、综采放顶煤回采技术工艺
对放顶煤过程，一般分两个阶段：一是通过移架使顶煤垮落、破碎，移架不破碎的可采取放炮等措施來破碎；二是放煤，也就是把已破碎的顶煤最大限度的回收出来。
1、初采放煤技术工艺。对于放顶煤工作面的初采损失，主要是指工作面从开切眼推进后，在老顶初次垮落前，为防止老顶突然垮落对工作面产生威胁，顶煤不放所造成的损失。它一般占采区回采率的1%左右。放顶煤开采初期采取开切眼初采后10多m不放顶煤，后又逐渐改为5m不放顶煤，其措施的实际意义也不大。工作面推进后，在顶板垮落前，只需在掩护梁上保留一定的散煤垫层防止顶板大块矸石冒落砸坏掩护梁，即可将冒落的煤部分放出。不易冒落的项煤，推进3-5m后，应采取向顶煤打眼放炮强制顶灯塔垮落回收，以减少初采损失。
2、未采放煤技术工艺。其损失主要是在工作面收尾时为利于回撤支架，提前铺网控制顶板引起的损失。一般距停采线12m左右停止放顶煤。顶煤损失通常占一般采区回采率的2%左右。该损失也是不可避免的，在顶煤稳定性较好时，可根据情况适当缩短停采线煤柱以减少损失。
3、放煤方式的选择。最佳的放煤方式能实现采出率高、含矸率低的效果。①多轮顺序均匀放煤。放煤顺序按支架顺序进行放煤，每次放出顶煤量的1/2-1/3，第一轮放完后，再从1号支架开始放第二轮，然后放第三轮并把顶煤全部放完。采放比小于3时，采用两轮放完煤即可；采放比大于3时，采用3轮放完的较多。这种放煤顺序能使煤岩分界面均匀下降，可得到采出率高和含矸少的效果。但操作水平要高，放煤速度较慢。②单轮间隔顺序均匀放煤。放煤顺序是按单号的支架顺序放煤，放完后再以双号的支架顺序放煤，发现矸石关门。为加快放煤速度，也可使两个放煤工相隔一定距离同时放煤，即一人放单号架，另一人滞后放双号架。如此的放煤工艺，比较适用于采放比不大的工作面。因放煤速度快，采出率较高，矸石混入量也较少，采用此发的比较多。③单轮顺序放煤。这种放煤工艺，也就是按1号、2号、3号架……依此顺序放煤完毕。此工艺放煤速度快，容易出现混矸，或者丢煤太多。对此，可通过使用低位放顶煤支架来改善采出率和矸石的混入状况，或通过洗煤来提高煤质。
五、综合粉尘
由于开采强度大，综采放顶煤出现的尘源多、产出量大，多达2000-5000mg/m3，所以尘毒的防治难度也比较大。高浓度粉尘作业场所，其劳动卫生环境相当差，因此也严重制约了这种采煤方法的大面积推广应用。对于这种高浓度粉尘的综合防治思路是：减少粉尘的产生；针对不同尘源的特点，采取防治措施。
1、综放工作面煤层注水灭尘。对于煤层注水来说，它是国内外公认的减少粉尘产生的较好技术措施，尤其是对综采放顶煤工作面，还具有软化煤体（ƒ＞3的硬煤），减少跨落煤中的大块，提高煤炭回收率的作用。但是，在普通综采面应用煤层注水技术，应用在综采放顶煤的厚煤层中，就达不到湿润顶煤的作用。所以，对注水工艺需要改进；孔隙率较低的难注水煤层，在工作面原始应力带注水，此时水就难以注入煤体，达不到理想的效果，因此需要对注水工艺进行必要的改进。
2、采煤机和液压支架探梁采用径向雾屏及辅助喷雾降尘。在滚筒摇臂的人行道一侧，可以设置一弧形的喷嘴组。这样，喷雾时滚筒靠人行道一侧形成一道径向喷雾屏障。同时又可在液压支架探梁上设置喷嘴，在采煤机部位便于开启这些喷嘴进行喷雾，使采煤机上方形成第二道喷雾屏障。另外，在采煤机两个端头也可各设置两个喷嘴，并作为第二道雾屏的延伸，以起到有效控、降尘的作用。双道喷雾屏障的使用，既能防止粉尘向人行道方向扩散，又能起到很好降尘的作用与效果。
3、在液压支架移架和放煤过程中自动喷雾降尘。在有效降尘设计方案中，要有针对性地采取技术措施，主要体现在以下三点：一是设计一种自动喷雾控制阀，能使液压支架移架和放煤的喷雾降法与操纵液压支架动作的液压系统联动，以实现自动喷雾降尘。实现作业产尘时自动喷雾降尘，移架和放煤结束后自动停止喷雾降尘的目的；二是在喷雾系统中可增加一个组合五通阀，实现本架移架自动喷雾下风邻架同时自动喷雾，使得下风邻架扩散的粉尘被第二次喷雾降尘，这样可提高喷雾降尘效果；三是设计磁化喷嘴，使水通过磁化，改善水雾的物理特性，提高水雾对粉尘的捕获能力和效果。