厚煤層大采高綜放開采的煤巖冒放規律及放煤工藝參數研究

張磊ZHANG Lei；王振WANG Zhen；牛宏亮NIU Hong-liang

（山東能源棗莊礦業集團，棗莊 277000）

（Shandong Energy Zaozhuang Mining Group Co.，Ltd.，Zaozhuang 277000，China）

0 引言

世界煤炭工業發展的主流就是煤炭資源的安全高效回收，與此同時這也是煤炭工業在我國發展的必然趨勢。在我國綜采放頂煤技術廣泛的運用在厚及特厚煤層高效集約化開采當中，綜采放頂煤技術經過幾十年的發展已經將其獨特的優勢展示在我國的厚煤層開采當中了。在進行厚煤層開采的過程當中，頂煤運移規律會因為頂煤物理力學的不均勻性而具有相當大的難度。含矸率的降低、采出率的提高、頂板控制以及綜放工作面的放冒效果等都會因為頂煤的變形破壞與運移特征而受到直接的影響。本文主要針對厚煤層大采高綜放開采的煤巖冒放規律及放煤工藝參數進行了研究，希望能夠對我國煤礦開采業的長遠發展起到一定的幫助作用。

1 影響厚煤層大采高綜放開采的煤巖冒放規律的主要因素概述

開采技術因素和地質賦存因素是影響煤層綜放采場的頂煤冒放性的決定因素。在這兩個因素當中起到客觀決定作用的就是地質賦存因素，而且地質賦存因素還是進行頂煤冒放的首要條件，其中能夠進行人為控制調節的上就是開采技術因素，所以在進行厚煤層大采高綜放開采時必須要選擇可以使頂煤冒放性得以改善或者可以與之相適應的開采工藝參數來進行[1]。

1.1 頂煤冒放性受到的地質賦存因素的影響 ①開采深度的影響：支撐壓力以及原巖應力的大小直接受到了煤層賦存深度的影響。煤體內的應力隨著開采深度的不斷加大也會變得越來越大，而且還會具有越來越強大的對頂煤的破壞作用。受到超前支承壓力的影響，綜放面煤壁前方頂煤會出現一定程度的松散、破碎或者變形，頂煤能不能夠被順利的放出的前提就是這些變化程度。②煤層自身的強度：煤層本身的破壞難易程度得以衡量的主要標準就是所謂的煤層強度。從嚴格意義上來講，煤層強度是一個復雜的綜合指標，其中包括煤體的硬度、裂隙發育程度以及煤體的厚度等都與煤層強度有著直接的關系[2]。根據相關的實驗表明，煤層擁有越大的抗壓強度，煤體受到破壞就會出現越大的所需要的應力，最終導致煤體很難受到破壞，并降低了頂煤的破碎程度。③頂煤節理裂隙的影響：地質弱面和構造不同程度的存在于一般巖體當中，這種情況同樣在煤層中存在。在形成以后，煤層經歷的地質歷史發展過程是及其漫長的，很多的構造運動都出現在這一時期，所以，有大量的原生裂隙存在于煤層當中，與此同時，煤層中裂隙的變化也可以由開采時的震動熱造成。所以，裂隙的產生、發展和壓實就成為了煤體破壞和變形過程中的主要表現。因為裂隙的發展和貫通會導致煤體的破壞，所以對頂煤破碎進行控制的主要因素就是煤層的采動裂隙以及原生裂隙，從而這里我們可以看出，頂煤的可放性以及破碎程度受到了貫通裂隙的方向和密度的直接影響。裂隙的貫通過程以及煤層微裂隙的發育就是煤層破壞的實質[3]。節理裂隙發育的煤層以及具有較差完整性的煤體，所以在支撐壓力的作用下，頂煤很容易發生破碎的現象，所以通常來講，頂煤具有冒放性好的特點。

1.2 頂煤冒放性受到的開采技術因素的影響 ①采放比：通常來講，在軟媒層中的頂煤具有冒放性好以及一語破碎的特點，然而在大采高情況下很難對端面頂煤進行控制，所以可以將采放比適當的予以減小，從而將放頂煤開采的優勢充分的發揮出來；采用加大底部采高的方法來針對中硬煤，促進頂煤放落空間的加大來實現頂煤冒落效果的提高。②放煤步距：放煤工藝方式的重要參數就是放煤步距，在工作面推進方向上頂煤的落放距離就是放煤步距決定的。與頂煤垮落角、支架架型以及頂煤厚度等相適應這是對合理的放煤步距的要求。

2 厚煤層大采高綜放開采放煤工藝參數研究

機采煤高度在厚煤層大采高綜放開采條件下增加了，與此同時，頂煤厚度也相應的減少了，從而造成了破煤作用以及工作面礦壓的改變，頂煤破碎冒落的空間也因為采放比的變化而增大，對促進頂煤冒落破碎效果的增大十分有利，下面針對厚煤層大采高綜放開采放煤工藝參數進行了研究[4]。

2.1 針對厚煤層大采高綜放開采放煤工藝參數的優化

2.1.1 頂煤損失分析 相對于其他采煤方法而言，綜放開采的煤炭損失組成是具有一定相似性的，與此同時，也包括了工作面開采損失以及采區布置的損失這兩個非常重要的方面。放煤損失在機采高度增加以后出現了一定程度的改變[5]。以不同的頂煤冒落的空間位置為根據，可以將頂煤放落區劃分為兩個不同的區域，也就是可放區以及不可放區。將能滾落到放煤口位置范圍以及將支架放煤口打開予以反映的就是所謂的可放區，通常是指矸安息角以內的區域；將放煤口打開，卻一直無法在煤口范圍落下的就是所謂的不可放區，通常是指煤矸自然安息角以外區域。

2.1.2 放煤步距的合理性 對于含矸率的降低以及采出率的提高而言，選擇科學合理的放煤步距是非常重要的，如果太大的放煤步距，就會造成采空區有頂煤的竄入，出現丟煤的現象；而如果太小的放煤步距，就會導致窗口容易有矸石混入，從而使煤質受到影響，同時還會導致操作者認識上的誤差，認為已經將煤放盡，出現了操作上的丟煤[6]。相對于放煤口的長度來講，放煤步距一定要大，從而使放煤一開始就混矸的現象得以避免。

2.2 確定放煤工藝參數 ①首先要確定采高、放煤步距：考慮到頂煤的冒落規律會在不同的機采高度條件下會有所不同，所以必須要使放煤步距在相應采高條件下的匹配性得以確定，在放煤口要同時納入頂部和采空區側的矸石，這是最佳放煤步距[7]。②確定放煤方式：頂煤的回收率以及含矸率會受到不同的放煤方式的直接影響，可以將頂煤的回收率進一步的提高上去，與此同時，還要控制含矸率在一定的范圍之內。

3 結語

厚煤層大采高綜放開采放煤時，要想得到成功的應用和推廣，并且將其自身低耗、高效以及高產的的技術優勢充分的發揮出來，必須要對其中的關鍵技術進行研究和分析，與此同時，還要科學合理的對放煤工藝參數進行確定，希望本文的研究能夠幫助到大家。

[1]范維唐，蔡站.中國厚煤層綜采技術現狀和發展方向[J].煤炭學報，1993(1).

[2]閆少宏.水峪煤礦綜放工作面頂煤冒落機理研究[J].煤炭科學技術，1977，07.

[3]常春，王泳嘉等.人工神經元網絡評估綜放開采頂煤可放性研究[J].礦山壓力與頂板管理，1992(3).

[4]鄭雨天等.綜采放頂煤開采頂煤可放性與技術經濟指標預測[J].煤炭科學技術，1995(3).

[5]劉長友.直接頂巖層力學特性對綜放采場煤巖破壞的影響規律[J].礦山壓力與頂板管理，2002（1）：64-66.

[6]富強.頂煤較薄煤層綜放開采放煤工藝研究[J].礦山壓力與頂板管理,2000(3):2-3.

[7]吳健，陸明心，張勇，郝海金，閻保金，秦風華.綜放工作面圍巖應力分布的實驗研究[J].巖石力學與工程學報，2002，Suppl(1).