放煤步距對厚煤層頂煤冒放規律的影響

摘 要：為了確定放煤步距對頂煤冒放規律的影響，我們通過實地測量的數據，基于理論分析與數值模擬計算方法[1]，研究了不同的放煤步距對頂煤放出率、含矸率等造成的影響，合理的放煤步距應使頂煤放出率最高，含矸率最低。研究結果表明：放煤步距的大小對頂煤冒放性有很大的影響：若放煤步距太大，在采空區側將留有較大的三角煤，放不出來；若放煤步距太小，則后方矸石易混入窗口，影響煤質，造成上部頂煤的丟失。

關鍵詞：放煤步距；厚煤層；放出率；頂煤厚度

引言

我國大傾角厚煤層儲量豐富、分布廣。大傾角厚煤層開采目前的發展水平遠低于緩傾斜煤層，存在著一系列沒有解決的基本技術難題，對大傾角綜放開采時頂煤運移及放出規律更是缺乏系統全面的認識，對許多影響頂煤冒放規律的因素也缺乏足夠的了解。

為此，本文基于擔水溝煤礦9101工作面生產技術條件，通過科學實驗和實測分析來了解放煤步距對頂煤冒放規律的影響。

1 工作面地質及生產條件

9101綜放工作面位于井田中部，工作面由東向西布置，總體呈單斜構造，煤層在本工作面范圍內由東向西變厚，其平均厚度15.7m，煤層傾角25～42°，平均37°，煤層結構比較復雜，全區基本都含有夾矸，在0～6層，夾矸巖性以炭質泥巖、泥巖為主。煤層頂板主要為為中砂巖、泥巖，局部為砂質泥巖；底板主要為泥巖、砂巖。

2 煤步距與頂煤冒放性關系

確定放煤步距的原則是：應使放出范圍內的頂煤能夠充分破碎和松散，并做到提高采出率，降低含矸率。確定放煤步距時，首先應保證放煤口上方能夠充滿已松散的頂煤。頂煤在支架的反復支撐擾動和超前支承壓力的作用下，到達放煤口時，已變成了破碎松散的塊體，破碎頂煤塊體的粒徑大小與上覆巖層運動和煤體本身的力學性質有關[2]。同樣，頂煤上方的直接頂在支承壓力和基本頂的回轉變形壓力作用下，當運移至放煤口上方位置時，也已變為松散的塊體，若放煤步距太大，則上部的矸石首先到達放煤口，在采空區側將留有較大的三角煤，放不出來；若放煤步距太小，則后方矸石易混入窗口，影響煤質，并容易誤認為煤已放盡，停止放煤，造成上部頂煤的丟失。放煤過程中不能保證既不混矸又不丟煤，合理的放煤步距只是把煤炭采出率和混矸率控制在一定范圍之內。

3 實驗與結論

3.1 實驗

在實驗室鋪設相似的散體實驗模型來模擬放頂煤開采，測出模型情況下放煤工藝的一些數據，經相似比換算到現場實際，分析不同放煤步距下的放出率和含矸率，得出最佳的放煤步距。

實驗室鋪設的模型尺寸為2500mm×200mm×1500mm，散體實驗幾何相似比為：C1=10/150=1：15。

按照相似比計算下來，散體模型每個層位頂煤厚度和塊度見表1。

散體實驗中，下位頂煤、中位頂煤選用不同粒徑的灰色石子，上位頂煤選用紅色石子，上、中、下層位頂煤之間鋪一層薄的紅色標志層石子，下位直接頂、上位直接頂、基本頂選用不同粒徑的不同顏色石子，如圖1所示。

采一放7次（進7刀），兩采一放6次（進12刀），三采一放6次（進18刀）。支撐頂煤鋼板的寬度等于采煤機的一次進刀截深，一采一放時，每次抽出一塊鋼板放煤；兩采一放和三采一放，重復移架，隔開采煤和放煤部分的鋼板寬度正好等于采煤機的截深，使模擬的放煤過程與現場實際的動態過程基本相似，頂煤放不出或產生拱時，抽動尾梁上的插板從而頂煤放出。稱取放出的頂煤和矸石質量，來計算放出率和含矸率。畫出頂煤在放煤后、移架后放煤前兩個過程中煤矸分界線，掌握不同放煤步距下煤矸流動場的形態。

3.2 結論

放煤步距不同時，放煤口上方頂煤量、煤矸分界線及頂煤不同層位分界線的斜率均不同，導致放煤時煤與矸石的運移、放出規律和混矸程度都有變化。模型中不同放煤步距下頂煤放出率和含矸率試驗結果見表2。

通過本實驗得出的數據可知，在頂煤完全破碎的前提下放煤，兩采一放的頂煤放出率最高，高出一采一放13.42%，高出三采一放5.99%；同時兩采一放的含矸率最低，低于一采一放6.14%，低于三采一放0.14%，見表2。故擔水溝煤礦9101工作面實施綜放開采時放煤步距應采用兩采一放。

4 總結

4.1 放煤步距的大小與煤矸的塊度大小、質量、運動阻力、運動方向、混矸程度、到放煤口的距離等有關。

4.2 放煤步距的大小對頂煤放出率、含矸率影響較大。

4.3 通過實驗得出：（1）頂煤的壓裂破碎塊度按照頂煤厚度層位上中下分，塊度由小到大依次是，下位頂煤、中位頂煤、上位頂煤。（2）由于一采一放的煤矸流分界線很陡，則煤矸流動速快，因此放煤口上方的矸石很容易流動到放煤口，導致混矸現象嚴重。（3）當矸石塊度小于頂煤塊度時，矸石流動速度大于頂煤流動速度，且下滑的矸石容易混入到頂煤中，從而含矸率增加，增大放煤步距可以控制含矸情況；相反當矸石塊 度大 于頂 煤塊 度時，放 煤過 程不易混 矸，則可適當減小放煤步距。（4）在每個放煤步距中，頂煤經過兩次有規律的流動。第一次是移架后頂煤較大幅度的垮落，第二次是頂煤流動是隨放煤口頂煤的放出而運移。

參考文獻

[1]謝廣祥，黃金橋.頂煤放出規律計算機可視化仿真[J].煤炭學報，2002，27（3）：264～267.

[2]徐永圻.煤礦開采學[M].徐州：中國礦業大學出版社，1991：129～134.