提高“三軟”煤層頂煤回收率的途徑及實踐

尹發忠

神華寧夏煤業集團金能煤業分公司

提高“三軟”煤層頂煤回收率的途徑及實踐

尹發忠

神華寧夏煤業集團金能煤業分公司

系統分析了“三軟”煤層綜放工作面煤炭損失，提出了提高頂煤回收率的有效途徑和管理方法，總結金能公司提高三軟煤層綜放工作面頂煤回收率的成功經驗。

石嘴山礦區“三軟”煤層綜采放頂煤技術自1995年至今得到了迅速發展。但是，煤塵、瓦斯、頂板壓力、自燃發火、煤質、設備及回收率等問題是制約放頂煤發展的重要因素。而對于石嘴山礦區來說，由于煤層結構及條件復雜，管理難度大，加上各方面的因素，導致產量比較低，回采率一直上不去。因此，進一步提高產能和回采率，實現高產高效，是金能公司目前所面臨的主要問題。

三軟煤層綜采放頂煤開采煤炭損失分析

放頂煤開采回收率的高低是決定放頂煤開采是否有生命力的重要因素。回收率高低是由兩個方面的原因引起的。

放頂煤開采設計造成的損失

（1）護巷煤柱損失。包括區段煤柱、上下山煤柱和隔離煤柱。上下山煤柱有的可以回收，損失可以小點。另外采用無煤柱或沿空留巷開采損失將明顯減少，但是對于三軟煤層放頂煤，因條件復雜，巷道壓力大，難以實現。

（2）開采參數的影響。相同條件下，工作面長度加長，將使順槽煤柱損失率減少，采區走向長度增加，也可使上山和采區隔離煤柱損失減少。對于三軟煤層綜放工作面的布置是可以實現的。

（3）初采損失。三軟煤層綜放面初采期間，為防止工作面走出切眼期間，煤幫漏冒頂嚴重，導致支架上部漏空，支架初撐力不夠，造成倒架，在支架沒有完全走出切眼前，不允許放煤。這樣不放煤，除了增加煤炭損壞外還不利于直接頂冒落。

（4）生產期間的煤炭損失。三軟煤層較軟，拉架期間，架間漏渣嚴重。因此正常生產期間，在支架的前梁上鋪設小孔金屬網，金屬網拖到底板時，必須用尾梁內的插板將金屬網頂爛后才能進行后放煤，個別地方如架間沒有插板的地方，頂煤不容易完全放到后部溜槽上，造成煤炭損失。另外，工作面煤幫有大的片幫漏頂時，為避免支架頂部放空，造成倒架，也要控制放煤量，也可造成煤炭損失。

（5）末采損失。三軟煤層綜放面在結束收尾期間，為保證設備回收通道的高度和寬度及回收通道和回收通路處在一條直線上，距停采線50m時，工作面要進行調采，調采期間工作面盡量少放或不放煤。為留設通道的質量，提前距停采線20～30m增大采高，不進行后放煤，在頂板鋪設雙層小孔金屬網或柔性樹脂纖維網。這樣人為的留有部分頂煤，造成煤炭損失。

（6）端頭損失。三軟煤層綜放面和其他綜放一樣，為保護工作面兩端出口有3～5架支架上的頂煤保留不放，這部分頂煤損失率與工作面長度、傾角密切相關。

放煤工藝引起的損失

（1）放煤步距的損失。

（2）放煤方式的損失。放煤方式有三種，多輪順序放煤、多輪間隔放煤以及單輪間隔放煤。放煤過程中如果不能很好的控制放煤方式，放出的頂煤混矸就會很多。合理的放煤方式就會使煤矸分開，最大限度的回收頂煤而減少混矸。

（3）煤層厚度引起的損失。支架前移后，頂煤冒落是由下向上逐漸發展的，所以下部頂煤破碎膨脹系數大，上部頂煤破碎系數小。如果煤層厚度太大，移架后，上部頂煤沒有機會充分破碎。如果頂煤強度不大，只要放煤速度不大，放煤時也能繼續破壞，順利放出。如果強度大，就可能在上部出現大塊，放煤后期就會遇到阻攔，同時降低了回收率。如果煤層厚度較小，放煤時容易造成混矸，減低回收率。

此外，煤層上部的巖性及厚度，頂煤夾矸的巖性、層數及厚度，支架的架型，移架速度，放煤口的設計，放煤工的素質等都會對頂煤的損失造成一定的影響。

煤炭損失構成

一般情況下初、末采時，煤炭儲量損失約占工作面煤炭儲量損失的2％，兩端頭約占3％，放煤約占10％，其他（如架間殘留煤、巷道頂板留煤等）約占2％，共約占17％。

提高綜放工作面回收率的主要技術

綜放工作面設備優化

（1）綜放工作面的液壓支架除支撐作用外，還有放煤和松動頂煤的功能，支架上部的頂煤不斷處于塌落、流變狀態，因“三軟”煤層，工作面宜采用低位放頂煤支架，所以工作面刮板運輸機通常要與支架相適應。因此采用低位放煤裝備是提高回收率的有效手段，對提高回采率具有至關重要的現實意義。

（2）支架頂梁長度的優化。支架對頂煤的反復作用次數支架頂梁的長度，低位支架的頂梁較長，四根立柱全部作用在頂梁上使支架反復對頂板進行升降，使得放煤口上方的煤體能夠充分的破碎成松散煤流，流到后部掛板運輸機上。因此，提高回采率，應首選低位放頂煤支架。

（3）支架用低位放煤，放煤口采用插板式，口低而尺寸大，適合連續流暢放煤，減少放煤損失。插板尾梁鉸接于掩護梁，可以上下+5°至30°的擺動，用于松動頂煤，可破碎大塊煤實現連續放煤。同時沒有支架脊背損失，回收率高，煤塵較少。

（4）刮板運輸機的優化。“三軟”煤層綜放工作面放煤效果較好，放煤量較大，放出的煤量遠遠要超出截割的煤量，因此后放刮板運輸機的槽寬要比前部掛板運輸機槽寬要寬，電機的功率要根據上下端頭支架后部空間來定，最好也比前部運輸機的電機功率大，至少和前部的一樣大，保證后放煤量能放得出拉的走。

（5）刮板運輸機采用大馬拉小車。“三軟”煤層綜放工作面因煤層較軟，煤機速度比較快，前部刮板運輸機上的煤量比較大，另外煤層傾角較小，負荷很大，容易將運輸機壓死。所以在設備配套的基礎上，將功率加大，采用“大馬拉小車”，實現運輸機連續不間斷的拉煤。

放煤工藝參數的優化

放頂煤工藝參數主要包括放煤步距、放煤方式和放煤方向。

最佳的放煤步距是頂部和采空區側的矸石同時到達放煤口。放煤方向一般是從工作面下端開始放煤。

“三軟”煤層綜放工作面，為了保證上下端頭頂板的穩定，防止下部端頭支架頂部因放空造成倒架，上下端頭各3個支架不進行放煤。其他地方采用分段自下而上多輪次間隔放煤，一刀一放。

工作面參數的確定

由于端頭頂煤的損失及工作面初采及收尾的損失率與工作面長度和推進度有關，因增大工作面長度和推進度可減少這部分煤的損失率。因此要盡可能加大工作面參數，從而提高頂煤的回收率。

金能公司提高“三軟”煤層綜放工作面放頂煤回收率的主要技術和管理辦法

金能公司“三軟”煤層綜放開采的基本情況

金能公司目前開采的三層煤為“三軟”煤層，煤層為南北走向，，東西傾斜，由南向北逐漸變緩。煤層厚度為3.5～10m，平均8.3m，煤層傾角1°～26°平均15°，煤層硬度0.5～1.2。直接頂為泥巖厚度為0～7m，平均厚度為4.2m，上覆老頂為粗砂巖，厚度平均22m。直接底為0.3m厚的泥巖，泥巖以下為1.3m厚的細砂巖，老頂為9m厚的泥巖。該煤層屬典型的“三軟”煤層。屬三分之一焦煤，高瓦斯礦井。煤塵有爆炸性，爆炸指數為35.1％，煤層自燃發火期為3～6月。

金能公司三層煤自1996年采用綜采放頂煤以來，經過了不斷的改進和創新，產量由最初的年產60萬t到2014年實現年產160萬t以上。頂煤回收率由60％提高到目前的85％以上，取得了較好的經濟效益和社會效益。

采煤的主要技術及管理方法

（1）合理的設備選型。Ⅳ030302綜放工作面選用MG300/730-AWD2型采煤機，ZF6800/18/35D電液控低位后放頂煤支架，前、后共兩部SGZ800/2×525型刮板運輸機，轉載機型號為SZZ800/400，破碎機型號為PLM2000，乳化液泵站為BRW400/37X4A，泵箱為 RX2500， 進、回液管采用外徑為76mm，內徑為65mm的高壓無縫鋼管。采用低位電液控支架，使頂煤松散空間比較大，同時支架的拉移速度比較快；用大功率的刮板運輸機放煤，可使放煤的速度加快，可以多次進行循環放煤。只用大功率乳化泵、大體積泵箱和大直徑的進、回液管，可增加支架的工作阻力，保持液壓系統進回液的暢通，可使得支架反復動作，使煤體充分破碎成松散狀態。為頂煤放出提供良好的條件，因而更容易放出。

（2）合理選用工作參數。工作面長度255 m，走向長度為1425m，工作面采用一刀一放正規循環作業方式，其循環進度和放煤步距都為0.8 m。

（3）優化放煤工藝。采用隔架多輪順序放煤。根據支護特點，割放平行作業，在煤機往機頭割煤時，將支架往前拉移，同時進行放煤，煤機割透下機頭時進行提機，提機過程中，再進行放煤。通過支架尾梁拉回運動及插板的收回和反復伸出，將金屬網頂破，使煤流落入后部溜槽，直到見到矸石，收起尾梁，伸出插板。

（4）頂板管理。工作面煤層較軟，拉架時從架縫中流出的煤渣太多，導致支架底座及電纜槽中全部是煤，給工作面作業人員造成了較大的安全隱患，同時給清煤工造成了很大的工作量。因此從上到下，工作面煤幫鋪設小孔經緯鐵絲網，杜絕了工作面漏渣現象。

（5）加強放煤管理。

①初次放頂煤管理。綜放支架在正常采高為2.6m時，長度為7.6m，采煤機割完第10刀后，即工作面推進8 m，支架尾梁全部離開切眼錨網支護頂板處，開始進行放煤。工作面回采初期切眼煤幫有一定的壓力，加上煤層比較酥軟，放煤比較容易。初采期間，為防止支架頂部放空，造成支架倒架，生產期間要加快推進速度。

②正常放頂煤。由專職放煤工進行放煤；嚴格按工序流程進行放煤，密切注意放煤口涌出煤流狀況，發現夾矸堵塞放煤口時，要反復伸收尾梁使之破碎；放煤和割煤要保持15～20m的距離；割煤時，采高保持在2.4m～2.6m，采高不得超過2.7m，防止因超高片幫造成倒架。

③結束收尾時頂煤管理。工作面結束時采高達到3 m，同時要求工作面鋪雙層小孔金屬網，一般雙層網的鋪設自停采線向外13.6 m，也就是最好的17刀開始。在回運順畫好上雙層網的位置，13.6 m以往要堅持進行放煤。

存在問題

（1）目前該綜放工作面上部有端頭支架6架，下部有端頭支架3架，端頭支架處根據作業規程規定都不進行放煤，造成大量的頂煤丟失，需要進一步探索，在工作面傾角在1°～26°變化過程中，端頭支架的放煤工藝。

（2）工作面條件比較復雜，生產過程中，斷層、老巷等地質構造帶比較多，工作面通過時丟煤也比較嚴重，在生產過程中探索過構造帶時盡量不終止或少終止放煤。

（3）工作面中部沿走向掘有一條抽采巷，為保證巷道不被壓垮，在中間巷上下將近10個支架不放煤，也造成頂煤的浪費，在推進過程中，探索根據煤層傾角變化及壓力大小進行放煤。

（4）綜放工作面回收率的管理還存在一定問題，尤其是頂煤回收率還很不穩定，如何提高頂煤回收率，同時又確保煤炭質量，是一個需要不斷研究的課題。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.017