綜采放頂煤生產工藝流程的研究

摘 要：通過對義煤集團公司楊村煤礦D13071工作面綜采放頂煤生產工藝流程的研究，確定了適合楊村煤礦地質條件的綜采放頂煤生產工藝流程，為綜采放頂煤工藝在楊村煤礦推廣與應用提供了可靠的技術保障。

關鍵詞：綜采放頂煤工藝；綜采放頂煤生產工藝流程；采放比；放煤步距；放煤方式

1 概況

綜采放頂煤開采技術于20世紀50年代末首先在法國布朗基煤礦試驗成功，我國于20世紀80年代中后期，開始試驗并實施綜采放頂煤工藝，并在一定程度上得到了推廣應用。

義煤集團公司楊村煤礦井田采用斜井開拓方式，采區采用分區式分層開采，工作面采用走向長壁采煤法后退式回采。

由于工作面走向長度較短，在300-500米，煤厚在7-10米左右，分層開采造成掘進成本高、回采噸煤成本大、工作面搬家轉移頻繁、費用高等，經濟效益差。

楊村煤礦技術人員根據開采剩余煤層厚度及地質賦存情況，結合外出考察輕型放頂煤設備適應特征，反復的進行科學論證、分析，決定選用綜采放頂煤工藝。

2001年9月份開始掘進第一個綜放工作面：D13071綜放工作面，2002年2月下旬原綜采二隊轉為綜放隊實施綜采放頂煤工藝，D13071綜放工作面平面布置圖如圖1所示。

綜采放頂煤工藝能否在楊村煤礦試驗成功，關鍵前提是研究出適合礦井的生產工藝流程，楊村煤礦技術人員經過一個月的現場反復試驗，成功研究出了適合礦井的綜采放頂煤生產工藝流程，為綜采放頂工藝在楊村煤礦的推廣與應用提供了可靠的技術保障。

2 綜采放頂煤生產工藝流程的研究

2.1 驗算開采厚度與采放比是否合理

放頂煤采煤最關鍵的問題是頂煤的松碎和放出。

為保證頂煤順利放出，頂煤裂碎后，進一步松散所需的空間高度為：

s=ks×h-h=h（ks-1）

式中：s-頂煤松散時所需的高度；h-放煤高度；ks-放煤的松散系數。

頂煤在松散過程中，由下向上ks值是逐漸減少的，一般可以以1.2-1.25米進行計算（D13071工作面煤層厚度5.3-8.7米，平均厚度7米，最大放煤厚度4.7米）。

s=4.7×（1.25-1）=1.175m

采放比為：h/h1=2

采用插板放煤，可以認為機采采高h1與松散空間高度s相等，由此

h/h1=1/ks-1

h/1.2-1=4-5

h=6.4-10米

D13071工作面機采采高2.3米，最大放煤高度5.4米。根據以上驗算，2.3米>1.175米，6.4-10米>5.4米。開采厚度與采放比比較合理。

2.2 采煤機進刀方式及割煤方式

根據楊村煤礦多年采用綜采工藝回采經驗及本工作面傾向長度，試驗階段，采煤機滾筒采用“前頂后底”式布置；采用端部斜切進刀方式，即采煤機在上端頭15-20米處斜切進刀，留三角煤，下行重刀割煤，上行跑空刀裝煤，到機尾割掉三角煤；采用單向割煤方式，下行重刀割煤，上行跑空刀，機組往返一來回割一刀煤，附端部留三角煤斜切進刀示意圖，如圖2所示。

這種留三角煤進刀方式與割三角煤進刀方式相比，采煤機無需在工作面端頭往返斜切，進刀過程簡單，移機頭和端頭支護互不干擾，采煤機上行跑空刀裝底煤，減少采煤機割煤中回刀裝底煤次數，缺點是由于工作面端部煤壁不直，不易保證工程規格質量，裸露頂板不能及時支護，支架一次移不到位，時間不能充分利用，比較適合工作面傾向短的綜放面。

圖2 端部留三角煤斜切進刀示意圖

2.3 放煤步距

確定循環放煤步距的原則是：應使放出范圍內的頂煤能充分裂碎和松散，并提高回采率，減少混矸率。

試驗階段，技術人員采用一刀一放、二刀一放、三刀一放三種放煤方法。三刀一放，在近采空區側留有較大的三角煤，放不出，回采率較低；一刀一放，矸石容易混入放煤插板處，會誤認煤已放盡，停止放煤，造成丟煤。二刀一放可以把煤炭回采率和混矸率控制在一定范圍內，回采率比一刀一放、三刀一放大大提高，混矸率明顯減少。實踐證明，二刀一放比較適合，即：放煤步距1.2米。

2.4 放煤順序與同時打開放煤插板數目

最佳的放煤順序及放煤插板開啟數目應使煤炭回采率高，含矸率低。

試驗階段，技術人員采用如下幾種放煤方式：（1）多輪、分段、順序、等量放煤。即將工作面分為2-3段，段內同時打開相鄰兩架放煤插板，每次放出頂煤量的1/2-1/3（根據高程推算出煤厚），從下往上按支架的編號順序放煤（4架、5架；6架、7架……，排頭三架不放煤），分2-3次將該段的頂煤全部放完，然后按照此方式再進行下一段的放煤。見矸伸出放煤插板。（2）單輪、多架放煤插板打開、順序、不等量放煤。即從工作面機頭開始打開四架放煤插板，分別放面積為：1，1/2、1/3、1/4。當第一架放完，放煤插板伸出后（關閉后），從下往上按支架的編號順序繼續打開放煤插板，但仍保持打開面積的順序及大小不變。見矸伸出放煤插板。（3）多輪、間隔、順序、等量放煤。即根據支架的編號，由下向上，先放雙數的架子（4、6、8、10……），一次放出頂煤量的1/2-1/3；然后放單數的架子（5、7、9、11…….），放出頂煤量的1/2-1/3；按照此方式分2-3輪，將頂煤放完。見矸伸出放煤插板。（4）單輪、間隔、多架插板打開放煤，即先放4、6、8……等雙號支架上方的煤，見矸伸出放煤插板。滯后一段距離放5、7、9等支架上方的煤。

通過試驗，第（1）種放煤方式混矸率大；第（2）種放煤方式放煤速度慢，不易控制；第（4）種放煤方式回采率低。

實踐證明，多輪、間隔、順序、等量放煤放煤方式丟煤少，少放矸，又能實現高產高效，比較適合。

實踐證明，二刀一放由下往上隔一架一放順序多輪的放煤工藝比較適合楊村煤礦。

2.5 確定生產工藝過程

割煤→移架→跑空刀→推前溜→拉后溜→割煤→移架→跑空刀→推前溜→放頂煤→拉后溜。放頂煤在第二刀跑空刀時進行，放煤點要滯后采煤機后滾筒不低于10米。

2.6 端頭支護的選擇

從保證端頭支護效果及防火角度考慮，機頭和機尾三架不放煤，并鋪塑料網，減少落煤，有利于機頭、機尾的管理。

由于無配套的端頭支架，根據楊村煤礦綜采工作面多年所采用的上、下端頭支護經驗及掌握的2-3煤頂板壓力活動規律，上（下）端頭下方（上方）采用兩根4米長和兩根3.6米長的花邊工字鋼抬棚交錯支護，一梁不少于三柱（柱為2.8米的液壓單體柱），4米長的梁和3.6米長的梁交錯不少于0.6米。上（下）端頭上方（下方）采用一根4米長和一根3.6米長的花邊工字鋼交錯支護，兩梁交錯不少于0.6米。上、下端頭抬棚隨工作面推進前移，附工作面端頭支護示意圖3。這種端頭支護方式既操作簡便，又能保證端頭安全及安全出口高度、寬度達到要求。

2.7 工作面設備配備及型號

（1）ZF2800/16/24D型放頂煤液壓支架（經過科學驗算，該型號支架適合楊村煤礦）。（2）ZFG3600/19/26H型放頂煤過渡支架。（3）3MG200W2采煤機。（4）SGZ-630/220刮板輸送機。（5）SGD-730/90型轉載機。（6）MRB-125/31.5乳化液泵站。（7）DSP-1063型膠帶輸送機。

3 結束語

綜采放頂煤工藝的優點有：（1）工效高。由于一次采出厚度大，生產集中，放煤工藝的勞動量較小等原因，工效比分層開采高2-3倍，如D13051綜采分層面回采工效15.7噸/日，D13071綜放面回采工效34.1噸/日。（2）成本底。綜采放頂煤比分層開采減少分層數目、鋪網工序，由此節省鋪網費用，其它材料費、工資費用等也都相應減少。（3）回采費用小。掘進費和巷道維護費減少，便于采掘接替；回采費用小，降低噸煤成本。如D13071綜放面比綜采分層開采面節省鋪網費用，其它材料費、工資、掘進費和巷道維護費等費用共230萬，噸煤成本降低1倍。（4）減少了工作面搬家次數，節省采面的安裝和拆出費用。如D13071綜放面比分層開采面節省安裝和拆出費用140萬。（5）單產高。在放頂煤工作面中，根據合理的頂煤破碎和放煤參數的要求，采用割兩刀一放的工藝，工作面單產大大提高，如D13071綜放面單產比分層開采高2倍。

作者簡介：董強（1976-），男，漢族，河南澠池人，助理工程師，1998年畢業于焦作煤校綜采專業，現從事礦井采煤技術管理工作。