特厚煤層大采高綜放開采頂煤放出率研究

朱子良，劉國慶，紀明男，薛俊龍

(1.安徽省福樂定工業有限責任公司，安徽 淮北 235025；2 中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院，北京 100083)

采高綜放開采，即割煤高度大于3.5m的綜放開采[1]。大采高綜放開采是隨著我國綜放開采技術的深入發展與大功率、大采高、高可靠性重型綜采設備發展而發展起來的，結合了綜放開采和大采高綜采的優勢，是一種針對特厚煤層新型的高產高效的采煤方法[2-5]。目前，大采高綜放開采頂煤放出率的研究仍處于探索階段，本文基于大采高綜放工作面為工程背景，采用研制的頂煤運移跟蹤儀器，進行了頂煤放出率的實測，得出了一些認識。

1 試驗工作面概況

8105工作面東鄰8104工作面，西鄰8106工作面，南鄰1070回風巷，以北為口泉鐵路保護煤柱，上覆為侏羅系14、15#煤層同煤麻地灣煤礦采空區。工作面走向長度2722m，傾斜長度207m，為一進一回一抽三巷布置，2105皮帶巷、5105回風巷沿3～5#煤層底板布置，8105頂板高抽巷沿3～5#煤層頂板布置。

工作面沿煤層傾向上山回采，煤層賦存穩定，厚度為9.42～19.44m，平均14.50m，煤體容重為14kN/m3，煤層傾角在3～5°，平均4°，普氏系數在2.7～3.7之間。煤層結構復雜，普遍含4～14層夾矸，夾矸巖性為褐灰色高嶺巖等，單層厚度0.05～0.83m，總厚度0.56～3.89m，平均1.75m。

直接頂平均8.79m，主要由灰黑色炭質泥巖、高嶺質泥巖、巖漿巖組組成。老頂成分以石英長石為主，厚度11.8～39.55m。直接底平均4.87m，灰褐色、淺灰色高嶺質泥巖。割煤高度4.2m，采用一刀一放，即放煤步距0.8m，雙輪順序放煤。

2 頂煤運移跟蹤儀及測站布置

2.1 頂煤運移跟蹤儀原理

頂煤運移跟蹤儀主要由信號接收儀(機站)、RF射頻標簽和射頻標簽編碼器組成。其基本原理就是將RF射頻標簽埋入頂煤中的不同位置，隨著頂煤放出而放出，將信號接收儀(機站)放置在運輸順槽的運輸膠帶上方，自動記錄放出射頻標簽的數量和埋設在頂煤中的原始位置，到地面后進行數據處理，可以獲得放出的射頻標簽的數量和在頂煤中的位置，以此進行頂煤放出煤量和位置計算。圖1是頂煤運移跟蹤儀的基本原理圖。

圖1 頂煤運移跟蹤儀蹤儀原理

2.2 測站的布置

通過多次現場調研論證，根據煤礦工作面煤質硬度及頂煤厚度，為了提高頂煤運移跟蹤儀的安裝效率及測試效果，最終確定在工作面煤壁頂端位置，煤壁完整無片幫的區域，架設鉆孔臨時平臺，選取距煤壁1.0m處(架間)采用φ50鉆頭的注水鉆垂直向上施工鉆孔，共3個且在同一平面內，分別在且工作面支架29～30，59～60，90～91的間架，1號孔安裝頂煤運移跟蹤儀的垂距為0.8m， 2號孔和3號孔安裝頂煤運移跟蹤儀的垂距為0.5m。鉆孔指標如表1所示。

表1 鉆孔指標

各孔柱狀圖及孔內安裝的頂煤運移跟蹤儀放出順序如圖2所示。從圖2中可以看出，1～3號鉆孔探測到的工作面可放頂煤厚度分別為10.3m、8m、9.6m，平均厚度為9.3m。

圖2 1號、2號、3號鉆孔柱狀圖及Marker放出順序

3 現場實測結果與分析

頂煤(頂板)中不同層位共在安設了48個射頻標簽，不同層位Marker放出情況統計如表2所示。從表2可以看出，8m以上的頂煤放出率遠低于8m以下的頂煤放出率，8m以下的平均頂煤放出率為18/21=85.71％；8～14m頂煤平均放出率為10/27=37.03％，其中8～10m安裝10個射頻標簽，共放出4個，回收率為40％，結合8105工作面柱狀圖及現場測試記錄的數據可以看出在工作面煤層8～10處有0.3～0.5左右厚的夾矸，其中2號鉆孔和3號鉆孔夾矸上面放置的射頻標簽全部沒有放出，10～12m安裝的11個射頻標簽，共放出3個，回收率為27.3％，其中2號鉆孔和3號鉆孔放置的8個射頻標簽均沒有放出，12～14m以上頂板中共安設了6個射頻標簽，共放出來3個，其中2號孔沒有放置，3號孔放置的3個全部沒有放出，放出率為3/6=50％。

表2 不同層位Marker放出情況統計

1號孔Marker安裝數量為13，頂煤中安裝的數量為12，其中有1個Marker未放出，放出率為92.30％；2號孔Marker安裝數量為16，其中有9個Marker未放出，放出率為43.75％；3號鉆孔Marker安裝數量為19，其中有9個Marker未放出，放出率為61.5％；各鉆孔中Marker放出率如表3所示。頂煤平均回收率為28/48=58.3％。

表3 各鉆孔頂煤中Marker放出率

4 結論

1) 研制的頂煤運移跟蹤儀器能夠進行頂煤不同層位的放出率現場觀測，實測出頂煤的平均放出率為58.3％。

2) 距頂板高度6m以下的基本都能放出，8m以下的頂煤放出率85.71％，遠大于8～14m的頂煤放出率37.03％，即上分層頂煤的放出率低于下分層，中分層。

3) 接受到探頭的先后順序表明，頂煤冒落順序與支架放煤順序基本一致，頂煤的放出順序一般為下、中、上部，但中部煤層存在反轉進入煤流系統的現象。

4) 該生產條件下仍需要采取一些技術手段進行頂煤弱化及改進放煤工藝來提高8m以上頂煤放出率同時保證較少的混矸率。

[1]毛德兵,康立軍.大采高綜放開采及其應用可行性分析[J].煤礦開采,2003,8(3):11-14.

[2]閆少宏,尹希文.大采高綜放開采幾個理論問題的研究[J] .煤炭學報,2008,33(5):481-484.

[3]祝凌甫,閆少宏.大采高綜放開采頂煤運移規律的數值模擬研究[J].煤礦開采,2011,16(1):11-13.

[4]黃炳香,劉長友,牛宏偉，等.大采高綜放開采頂煤放出的煤矸流場特征研究[J].采礦與安全工程學報,2008,25(4):415-419.

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