特厚坚硬煤层分层综放开采关键技术研究.pdf

第21卷第2期岩石力学与工程学报21(2)：273～279
2002年2月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringFeb.，2002

特厚坚硬煤层分层综放开采关键技术研究

122222
张顶立何佐德董伟君陆文才毛廷育李祥
(1北方交通大学隧道及地下工程试验研究中心北京100044)
(2宁夏太西集团有限责任公司石嘴山753000)

摘要通过对特厚坚硬煤层综放开采技术的系统分析，指出提高坚硬顶煤的冒放性和瓦斯的综合治理是该条件下
综放开采所面临的主要技术难题。在对特厚坚硬顶煤结构及破碎特点分析的基础上，提出了提高坚硬顶煤冒放性
的主要技术途径和措施，在宁夏太西集团白芨沟矿煤层特厚、坚硬、顶板坚硬、高瓦斯和浅埋深条件下，成功地
进行了分层综放开采的实践，达到了工作面年产150×104t的生产水平。在该条件下实现了综放开采技术的突破，
取得了预期的效果。
关键词特厚坚硬煤层，分层综放开采，关键技术，冒放性，支架选型
分类号TD823.25+4文献标识码A文章编号1000-6915(2002)02-0273-07

并直接用于工程实践，以形成特厚坚硬煤层条件下
1引言综放开采的系统关键技术。

随着综放开采技术向深层次发展，其使用范围2特厚坚硬煤层综放开采的主要技
也逐渐扩大。对于特厚煤层，通常采用分层综放开
术难题
采，我国已成功地应用分段综放开采急倾斜特厚煤

层，前南斯拉夫艾维林矿区曾采用分层综放开采厚
综放开采时，顶煤的冒放性直接影响到顶煤的
度达150m的缓倾斜褐煤层。然而，在缓倾斜特厚
回收率。因此，特厚坚硬煤层综放开采所面临的主
坚硬煤层条件下，综放开采在国内外尚无成功的先
要技术难题是如何提高坚硬顶煤的冒放性。具体包
例。
括以下几个方面：
宁夏太西集团白芨沟煤矿2#煤层赋存稳定，平
(1)在矿山压力自然破碎条件下坚硬顶煤的块
均厚度在20m以上，煤质坚硬，硬度系数f=3.8～
度分布状况，以及与开采条件的关系。
5.2，顶板为厚层砂岩。该矿自投产以来，一直采用
分层综采，传统的采煤工艺严重制约了企业经济效(2)坚硬顶煤综放支架选型及阻力的确定，尤
益的提高。鉴于综放开采在厚煤层开采中特殊的高其是如何实现支架的辅助破煤功能。
效益，太西集团公司于1998年提出对白芨沟矿2#(3)坚硬顶煤的浸水特性，以及煤层注水预裂
煤层综放开采的可行性进行研究。破碎顶煤的可行性和注水参数的确定。
白芨沟矿2#煤层以其煤层坚硬、特厚、顶板坚(4)坚硬煤层深孔预裂爆破的作用机理、钻孔
硬、高瓦斯和浅埋深的显著特点，在世界范围内尚布置方式以及爆破参数的确定。
无成功进行综放开采的先例，无成熟的经验可以借(5)工作面浅孔预裂爆破的钻孔布置方式、装
鉴。为此，本文基于白芨沟矿2#煤层综放开采的工药方式、装药量及封孔方式。
程条件，对特厚坚硬煤层综放开采的相关技术问题(6)综放开采条件下瓦斯治理的综合技术。
进行了系统深入的研究，制定了相应的技术措施，由以上分析可见，白芨沟矿2#煤层综放开采关

2000年11月30日收到初稿，2001年2月13日收到修改稿。
作者张顶立简介：男，38岁，1995年于中国矿业大学采矿工程系采矿工程专业获博士学位，现任副教授，主要从事隧道及地下工程方面的教学和
研究工作。
•274•岩石力学与工程学报2002年

键技术的研究应以提高坚硬顶煤的冒放性为核心，试验中还发现，浸水煤样产生的声响及试验机
它将直接影响到该项技术应用的成败。同时考虑到的振动均比自然状态的煤样小，破碎后的块度也小
实行综放开采后，煤层开采强度增大，瓦斯的绝对于自然煤样，其破坏类型为剪切型。
涌出量增加，对瓦斯的有效治理也是高瓦斯煤层条为深入分析煤层浸水对其强度影响的实质，对
件下综放开采成功的重要保证。因此，有效地提高煤样浸水前后微观结构的变化进行了电镜分析。浸
坚硬顶煤的冒放性并对瓦斯综合治理即可在该条件水后，煤体层面裂隙增大，孔隙增多，气孔也增多，
下成功地进行综放开采。如图2所示。

3特厚坚硬煤层综放开采可行性分析

鉴于顶煤冒放性在特厚坚硬煤层综放开采中的
重要性，本文重点就坚硬顶煤的破碎特点及冒放性
方面，对综放开采的技术可行性进行分析。
3.1坚硬煤层的结构及力学特性
顶煤破碎的实质是微裂隙的发育和裂隙贯通，
由此，贯通裂隙的密度和方向即决定了顶煤破碎后
的分布状况。坚硬煤层具有强度高、结构致密、裂

隙及层节理不发育且贯通程度较差、渗水性较差等(a)成层结构体层面(b)煤中形成破碎区
裂缝明显加大
特点，并且通常具脆性，如图1所示。正是这些特
点决定了坚硬煤层难以破碎，造成综放开采时顶煤图2煤样浸水后微观结构的电镜分析
Fig.2Electronic-mir