水簾洞煤礦提高綜放工作面煤炭回收率的方法及實踐

孫 斐，張 恒（彬縣水簾洞煤炭有限責任公司，陜西 彬縣 713500）

水簾洞煤礦提高綜放工作面煤炭回收率的方法及實踐

孫 斐，張 恒
（彬縣水簾洞煤炭有限責任公司，陜西 彬縣 713500）

本文主要分析了水簾洞煤礦綜放工作面煤炭損失成因，介紹了提高煤炭回收率的主要途徑及實踐經驗。

綜放工作面；回收率；放煤工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.058

1　引述

綜采放頂煤開采技術源于歐洲，二十世紀七十年代，我國首次在潞安、兗州等礦區引進綜采放頂煤技術。由于這種開采工藝具備技術成本低，效益突出等特點，很快在條件具備的礦區得到了推廣應用，但隨之帶來煤炭回收率低、通防管理工作復雜等一系列新問題。為此，水簾洞煤礦主要針對綜放開采煤炭損失成因，根據自身煤層賦存特點及煤層性質，提出了一套提高煤炭回收率的方法并取得了較好的實踐效果。

2　綜放工作面煤炭損失成因分析

水簾洞煤礦綜放工作面煤炭損失主要來源于四個方面。

（1）本區內構造較為復雜，斷層分布較為密集，采掘過程中揭露的斷層落差一般為0.8～2.4m，且區內煤層起伏變化較大。開采過程中往往會造成一定的煤炭損失，且這部分煤損無法避免。

（2）由于煤層底板為遇水極易軟化膨脹的鋁質泥巖，必須留底煤開采。根據相鄰幾個礦井的開采經驗，底煤厚度一般控制在2.0m左右。若不留底煤，采掘工程中綜掘機、液壓支架等重型設備下陷，無法正常行走或前移。如果在采掘過程中合理的控制底煤厚度，這部分煤炭損失將會進一步減少。

（3）放頂煤開采設計造成的煤炭損失。①護巷煤柱損失。其中包括區段護巷煤柱、上下山保護煤柱等。若采用無煤柱開采或小煤柱開采，這部分煤炭損失有望進一步減少。②工作面設計參數的影響。由于受現有開采技術條件的制約，工作面設計過程中要考慮通風、防滅火、機電設備性能、井田大小、礦井生產能力等因素，不能無限制的通過增加工作面傾斜長來降低區段煤柱損失量，通過增加工作面走向長來降低初、末煤炭損失比率。③工作面兩端頭煤炭損失。由于上下兩端頭頂煤運動、破壞有限，且上下端頭設備占用空間較大，往往需要各安裝2～3架過渡支架來保護后部刮板運輸機的溜頭、溜尾等，這種支架尾梁及放煤口高度較大，這兩個因素導致端頭頂煤放出率低。④高位鉆場及工作面聯絡巷造成的煤炭損失。由于工作面走向長度都在2200m以上。

（4）放煤工藝造成的煤炭損失。①頂煤的低冒放性帶來的煤炭損失。頂煤的冒放性不僅受煤層硬度等地質因素影響，還取決于采動過程中對頂煤的破壞程度及頂煤塊度的大小。②放煤步距帶來的煤炭損失。厚煤層往往在一定的范圍內厚度變化較大，工作面在實際開采過程一般采用一種放煤步距。③放煤方式帶來的煤炭損失。目前，綜放工作面的放煤方式主要有單輪順序、單輪間隔和多輪順序放煤法。實踐表明，多輪順序放煤法最為有效，但無論采取哪種放煤方法，煤炭損失無法避免。

水簾洞煤礦開采初期由于缺乏綜放工作面開采經驗，煤炭回收率較低，首采ZF3801工作面煤炭回收率為75.43%，頂煤回收率僅為70.21%。

3　提高煤炭回收率的措施

（1）采掘過程中加強地質及儲量管理工作。巷道掘進期間最大限度掌握斷層的分布及煤層的起伏變化，為回采時提高煤炭回收率奠定基礎。

（2）采掘期間合理控制底煤厚度，最大限度的降低底煤損失。經ZF3801、ZF3807、ZF3805三個綜放工作面的開采實踐，底煤厚度控制在0.5～1.0m時，能較好的封閉底板泥巖，避免支架下沉。ZF3807工作面走向長1651m，傾斜寬125m，底煤回收提高28.27～42.4萬噸，底煤回收率提高50%～75%。

（3）優化工作面設計，減小設計損失。①減小區段煤柱尺寸，推廣應用小煤柱護巷技術。為最大限度的降低區段煤柱損失，且保證煤柱的可靠性，水簾洞煤礦與相關科研院校合作，根據礦井煤層賦存特點及性質，采用數值模擬、工程類比等方法，將區段煤柱確定為8.0m，避免了由于區段煤柱過大而造成的煤炭損失。②優化工作面幾何尺寸。根據不同區域煤層賦存特點、厚度變化、礦井生產能力及煤層的自然發火期等因素對每一個工作面進行優化設計。原則上最大限度增加工作面的走向長及傾斜寬，減少區段煤柱及上下山保護煤柱數量，從而降低煤炭損失。③優化區段內輔助巷道設計。水簾洞煤礦區段內主要布置高位鉆場、工藝巷、聯絡巷等巷道及硐室。高位鉆場及工藝巷盡可能延巷道頂板布置，保證工作面在巷道或硐室下方推過不受影響。此外，盡可能的減少聯絡巷的個數，并使聯絡巷與工作面兩順槽夾角為70°，這樣工作面推采至聯絡巷時既可以避免大面積來壓，又能繼續放煤而回收大量頂煤。④加強上下端頭放煤強度。為弱化上下兩端頭頂煤強度，在ZF3807、ZF3805工作面上下兩端頭均采取震動炮松動頂煤的措施，但過渡支架放煤能力有限，端頭頂煤回收率提高并不明顯。

（4）優化工作面放煤工藝，減少頂煤損失。①提高頂煤的冒放性。ZF3807、ZF3805工作面煤層平均厚14.5m，采高3m，頂煤厚11.5m，底煤厚0.5m，采放比為1：3.67。由于頂煤厚度大、硬度較大，采動對頂煤破壞不夠充分，放煤初期大塊頂煤易形成臨時拱結構，阻礙頂煤回收。因此，為弱化頂煤強度，改變其冒放性，每天早班（工作面每推進2.4m），延工作面布置一排超前松動炮眼（炮眼靠近煤壁布置在兩架之間，深度與頂煤厚度一致）。這種方法能有效的破壞頂煤的完整性，使其冒放性大大增強。②每班生產前必須鉆探頂、底煤厚度，以便及時調整采煤機滾筒臥底深度及放煤步距。若采放比大，放煤步距小，則采空區方向的矸石首先到達放煤口；若采放比較小，放煤步距較大，則頂煤上方的矸石首先到達放煤口。所以煤層厚度變化較大時，要及時調整放煤步距。③根據ZF3801、ZF3807兩個綜放工作面的實際開采經驗，多輪順序放煤最為有效。實踐證明，大塊頂煤形成的臨時拱結構能被其相鄰的放煤口放煤時有效破壞，下一輪放煤時還能回收大量頂煤。因此，工作面一般由配置兩名放煤工，兩人相距7～8架各操作一個放煤口同時放煤。

通過采取以上措施，水簾洞煤礦ZF3807、 ZF3805兩工作面煤炭回收率均提高至83.57%，較ZF3801工作面提高了8.14個百分點；頂煤回收率提高至84.06%，較ZF3801工作面提高了13.85個百分點。頂煤回收率提高較為明顯。

4　結束語

根據我礦煤層賦存特點及煤層性質，結合ZF3801、ZF3807 ZF3805、三個綜放工作面的實際開采經驗，頂煤弱化處理是提高煤炭回收率最為直接有效的方法；及時準確地掌握頂、底煤厚度對提高煤炭回收率具有重要的指導意義。回收率的提高是一個系統工程，由上述綜合因素綜合因素決定。

孫斐（1981-），本科，助理工程師。