放頂煤開采技術研究

摘要：韓王礦屬于煤與瓦斯相對比較突出的礦井，通過采用放頂煤開采方式進行作業，具有較好的優越性。本文通過對韓王礦23032工作面采用放頂煤開采進行概述，并詳細闡述放頂煤開采的優勢，盡管23032工作面的放頂煤開采在試驗階段，但成果豐碩，給韓王礦乃至類似礦井的工作面開采提供了技術資料和成熟的經驗。

關鍵詞：韓王礦 放頂煤開采 創新

放頂煤開采技術主要是提高放頂煤的開采的資源采出率技術，它包括放頂煤開采設計，放頂煤支架選型，放頂煤工藝參數確定，放頂煤初采與收尾方法，區段平巷布置及煤柱尺寸確定，沿空掘巷和沿空留巷技術等。韓王礦屬于煤與瓦斯都比較突出的礦井，針對煤與瓦斯突出礦井，在開采頂分層工作面以后，相當于開采了解放層，再對煤層進行突出區域驗證，不具有突出性以后，采用放頂煤開采，具有較好的優越性。當前開采地區主要集中在軌道煤柱和殘采地區，頂分層開采后，經區域驗證已消突。韓王礦開采的二1煤層平均厚度6.0m（4.8m-6.5m），煤層上部0.3m-0.8m、下部0.6m-0.8m為酥煤，中部4.4m-5.1m為硬塊炭，不易垮落，煤層頂板21、23、25地區為厚層狀砂巖，堅硬及不易垮落。

1 韓王礦23032工作面采用放頂煤開采的概述

1.1 23采區開采工作現已基本結束，23032工作面為23采區軌道煤柱的最后一個工作面，23采區的平均煤厚5.7m，23031工作面開采了頂分層，鋪設有菱形金屬網，采高為2.0m，還剩余3.7m厚的煤層。

1.2 23032工作面由于緊鄰23沉淀池、頂底板有水、施工條件困難等原因（下風道口距23沉淀池聯系巷只有7m），如果沿底掘進此段巷道達到負坡30°左右，溜煤槽無法運輸，且施工有水，給施工帶來很大困難，沒有安全保證。按照原設計，此工作面為托金屬網假頂開采（不放頂煤）。23032工作面采用放頂煤開采的可行性論證：

①當工作面下風道施工到23032切眼位置后，掘進頭已沒有淋水，考慮到資源不可再生和資源的可貴，技術部門根據現場的實際情況和充分考慮施工的困難程度對工作面放頂煤進行了評估，經過評估后認為可行。由此對工作面設計進行了調整和優化，具體實施方案是在切眼向上掘進時先做了8m平巷到煤層底板，這時巷道上托煤1.5m～1.7m，再往上沿煤層底板掘進26m（上托煤1.5m～1.7m），同時工作面上風道也為沿底托煤掘進。②工作面上風道外口與23軌道的貫通是本次能否完全進行放頂煤的關鍵點。由于工作面上風道外口與23軌道貫通是在5m平距內高差相差4m（上山），坡度達到40°，且頂板破碎，施工區隊（修護區）在此采用撞楔法、單體柱維護法、干部跟班蹲守法等超常規的措施，順利將此巷貫通。③該工作面煤厚穩定，總厚度約為5.7m，此前已回采一層，采高為2m，23032工作面平均煤厚為3.7m。煤層結構較簡單，為單純的單斜構造，煤層傾角7～9°。工作面頂板為23031回采時鋪設的金屬網假頂，其上為破碎砂巖和粉砂巖；底板直接底為15m厚的泥巖，老底為砂質頁巖。工作面標高為-39m～-33m，且為沿底二層工作面。④根據目前應用放頂煤開采成功的一些礦井經驗和放頂煤開采技術規定，要求煤厚一般在4m～12m之間，簡易支架放頂煤或炮采放頂煤采放比以1：（1.5～3）為宜，該工作面放頂煤最大煤厚3.7m，煤層采放比為1：1.5，其煤厚適合放頂煤開采的要求，符合要求。⑤對于Л型鋼放頂煤開采，煤層傾角一般應小于15°，最大不超過20°。23032工作面放頂煤采煤，工作面煤層傾角為8°～10°，適宜放頂煤開采。⑥頂板以中等穩定且能隨采隨冒巖層最為適宜。該工作面已采過頂層，頂板為金屬網假頂，頂板能隨采隨冒落，且周期來壓不強烈，煤層直接底板為沙質頁巖，巖性較硬，能滿足放頂煤回采要求。⑦根據工作面在掘進期間，瓦斯相對涌出量為0.3m3/min，未發生瓦斯動力現象。⑧根據該工作面周圍已回采地區水文觀測資料，預計涌水量為0.2～0.3m3/min，工作面地質構造簡單，在掘進過程中沒有發現其他異常情況。因此，從煤層賦存狀況分析，23032工作面適宜放頂煤開采。

1.3 應用情況及技術。經過對該工作面的回采，對韓王礦的下一步資源回收總結了豐富的經驗，將對此采煤方法進一步的總結和研究，繼續進行改革和深化，給韓王礦乃至類似礦井的工作面開采提供了技術資料和成熟的經驗。

放頂煤開采具體使用技術有：預注水軟化頂煤的理論與技術；預爆破弱化頂煤和頂板的理論與技術；裂隙方位與工作面方位匹配的理論與技術；優化頂煤參數，合理支架選型技術；提高初末和端頭放煤的震動放煤技術。

1.4 經濟效益分析。放頂煤開采技術以提高工作面頂煤放出率為主，解決相應的頂煤損失問題，針對煤層賦存條件，實施上述相應的技術，可將工作面頂煤放出率提高80%-90%以上。一般可在原有頂煤放出率的基礎上，再提高5%-10%，其經濟效益是可觀的，也是放頂煤開采可持續發展的優勢所在。

23032工作面采用放頂煤開采增加資源儲量約2305噸，并且是優質發熱量高的塊炭，可為企業創造純利潤34.57萬元，為企業創造了良好的經濟效益。放頂煤開采計算理論產量5743噸（放頂煤按70%回采率），實際產量達到了6222噸，放頂煤回采率得到了提高。

2 放頂煤開采的優勢

2.1 采用放頂煤開采，韓王礦可以減少1/3工作面搬家次數，回采巷道萬噸掘進率降低了一倍。原來分三層回采時，一個工作面要搬三次家，改用放頂煤開采后，一個工作面分兩次采完，減少一次搬家次數，搬一次家按三天計算，一個工作面可以節約人工約5萬元。韓王礦原回采巷道萬噸掘進率較高，以21021工作面為例，21021萬噸掘進率為300m/1.66萬噸=180.7，而21022工作面萬噸掘進率為310m/3.64萬噸=85.16，降低了一倍還多。

2.2 采用放頂煤開采解決了復雜頂板條件下工作面的上下風道巷道布置受地質因素制約較多的矛盾。

韓王礦21022（西）工作面上風道處在原回采過的工作面假頂下，而下風道布置在C-17斷層下，上托煤厚2-3m，所處的頂板和地質條件不同，但由于采用放頂煤開采，對生產沒有造成很大的影響。

2.3 對堅硬頂板條件下，大頂不易垮落，工作面初次來壓、周期來壓對工作面威脅巨大，可以通過開采頂層工作面，強制放頂使大頂跨落，然后在底分層采用放頂煤開采。韓王礦21、23、25地區煤層頂板為厚達21-27m的砂巖頂板，屬及不容易垮落頂板，一般大頂初次來壓步距為30-40m，垮落面積約2000m2（垮落面積隨工作面切眼長度成反比），在25地區曾經發生過大頂初次來壓颶風將工人礦帽吹飛，工作面柱下陷1m以上的強大壓力顯現現象，如直接采用放頂煤開采，采高過大，支柱支承力難以支承強大的頂板初次來壓和周期來壓。

2.4 直接放頂煤開采回采率低（70%左右），含矸率高的不足。采過頂分層工作面后，下分層放頂煤是在金屬網下進行，頂矸被擋在了煤層之上，煤矸不會混下，提高煤炭質量并可以提高回采率。經計算我礦23032工作面放頂煤理論產量5743噸（放頂煤按70%回采率計算），實際產量6222噸，放頂煤回采率達到了91%。

2.5 韓王礦開采二1煤中部為硬塊炭，直接采用放頂煤，頂煤不易跨落，在頂層工作面回采時，支柱對底板產生破壞，底板向上鼓起以及采用在頂層工作面底板進行震動性爆破等方法，使中層硬塊炭分解為易于跨落的煤體，在底層放頂煤時其上部煤體變的較為松散，容易形成冒落漏斗，冒落頂煤的流動角形成60°-70°，上部煤體遵循松散煤巖放落規律而自然下落。

2.6 可以解決韓王礦薄煤層和厚煤層地帶無法布置工作面，造成資源丟失和浪費。對于韓王礦二1煤平均煤層厚度6m，局部受沉積和斷層切割影響，煤厚從4.8m-7m不等，原來大部分采用分三層進行開采，每層采高2.0m，底層低于1.5m或高于2m的就不再布置工作面或將高于2m的部分丟失了，資源是一個極大的浪費。采用放頂煤開采這種工藝后，工作面上托0.5-3.5m厚的煤都可以通過放頂煤的方式安全經濟地將資源回收出來，極大地提高了資源的回收率。

3 結論

23032工作面的放頂煤開采試驗項目研究，成果豐碩，給韓王礦乃至類似礦井的工作面開采提供了技術資料和成熟的經驗，現在我們正在21022工作面進一步的研究試驗。

參考文獻：

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