淺談塔山煤礦3# 5# 煤層放頂煤開采難度大原因

陳祚暉 陳曉偉 滿建軍

中煤大同公司塔山煤礦

淺談塔山煤礦3# 5# 煤層放頂煤開采難度大原因

陳祚暉 陳曉偉 滿建軍

中煤大同公司塔山煤礦

綜采放頂煤技術起源于20世紀50年代的歐洲，但真正獲得發展并逐步成熟則歸功于我國。由于綜采放頂煤掘進率低、產量高、噸煤成本低、工作面搬家次數少、安全系數高等顯著優勢，尤其是近十年來大采高、高可靠性設備的研制發明，使得其已成為我國厚煤層、特厚煤層的主要開采方法。但是，綜采放頂煤技術也有其局限性，本文主要根據綜采放頂煤技術局限性，分析塔山煤礦3#～5#煤層首采30501工作面開采難度大原因。

放頂煤開采 難度大 原因

一、研究背景

中煤塔山煤礦3#～5#煤層首采工作面為30501工作面，其走向長1873m，傾斜長154m。根據T2006-1、T2006-2、白20#地面勘探鉆孔及井下地質鉆孔10217-1-10#孔，工作面煤層總厚為12.70～18.50m，平均厚度為15.96m，煤層普氏系數3.0～4.0，煤層中普遍含5～9層夾矸，夾矸單層厚度為0.07～0.85 m，局部夾矸大于0.85m，夾矸總厚2.39～4.60m，平均3.47m，夾矸巖性為褐色高嶺巖、灰黑色炭質泥巖為主。直接頂厚度4.20～4.85m，平均4.57m，褐色鋁土質泥巖，致密，硬度小，易碎，有滑感，局部地段頂部有褐色高嶺質泥巖，性脆，易碎，底部有少量的炭質粉砂巖。

地面標高為1360～1528m，平均1444m，煤層埋藏深度498～374m，平均埋藏深度為436m。30501工作面向上4.20～4.85m(平均4.57m)，為本礦2#煤層10201工作面采空區；30501工作面向上267～280m為四老溝礦開采的侏羅系大同組14#煤層采空區；30501工作面向上299～317m為侏羅系大同組11#煤層采空區。

二、3#～5#煤層開采難度大原因

1、2#煤采空區下開采影響

30501工作面向上4.20～4.85m(平均4.57m)為本礦2#煤層10201工作面采空區，該工作面于2008年8月～2009年10月回采完畢。由于2#煤層的開采，使得2#煤層直接頂已經垮落，基本頂已經破斷失穩，基本頂上覆巖層已經彎曲下沉(如上圖)，礦壓得到釋放。30501工作面在開采過程中出現來壓步距不規律(初次來壓步距26.6m，周期來壓步距平均29m，周期來壓最大步距達到39.3m)、壓力不明顯等特點，主要表現在來壓時只有局部支架(以工作面中間段為主)阻力增大，安全閥自動開啟；煤壁片幫情況少且片幫量少；煤炮現象少且不嚴重。

根據地表下沉理論及工程經驗，30501工作面開采后，地面下沉約(0.2-0.3)h，h為實際采高，h=16m時的下沉量為3.2-4.8m，經過對膠帶順槽地表的實測，發現地表地表未下沉且沒有明顯的裂縫，說明圍巖變化情況不大，老頂下沉不充分，這也側面證實了2#煤層的開采基本釋放了礦壓，圍巖較穩定。礦壓的釋放導致3#～5#煤層所受支承壓力小且不均，無法實現完全松散破碎，從而大塊煤多，無法順利從放煤口放出。

2、地表標高不一影響

3#～5#煤層30501工作面地表為低山丘陵、溝谷、沖溝及黃土臺地，標高為1360m～1528m，地勢不平，最大高差達168m，導致不同區域煤層受力大小不同，破壞程度不同，從而使得局部煤層松散破碎，局部煤層大塊多，不利于放煤。

3、煤層硬度大影響

3#～5#煤層硬度普氏系數(f)達到3.0～4.0，是頂煤冒放性差的最重要因數。

當f＜1時，可放性好，頂煤強度低，能自行垮落，垮落塊度較小(一般小于300mm)；

當f=1～2.5時，可放性較好，煤層強度中等，放煤容易，偶爾會出現大于1.5m的大塊；

當f=2.5～3時，可放性一般，冒落頂煤塊度較大，放出流動性較差，為使頂煤順利放出，雖不需進行頂煤預破碎的輔助工作，但必須加強放頂煤支架的二次破碎功能；

當f=3～4時，可放性差，頂煤強度較大，需采取預破碎等措施方能使頂煤順利放出；

當f＞4時，頂煤難放，頂煤強度大。

通過對3#～5#煤層煤樣進行物理力學實驗分析，發現頂煤抗壓強度為9.83Mpa～21.47Mpa，平均16.6Mpa，抗壓強度大，在生產過程中發現，使用支架后尾梁、后插板、單體液壓支柱均無法破碎大塊煤。

4、采放比大影響

采放比超規定是頂煤冒放性差的主要原因。

采放比，是指放頂煤工作面采煤機機采高度與頂煤高度之比。頂煤放出前破碎松散需要一定空間，采高小、頂煤高度大將出現頂煤破碎不充分，放煤困難；采高大、頂煤高度小將出現頂煤無規則冒落、混矸嚴重。

煤礦安全規程規定，采放比超過1：3的，嚴禁使用放頂煤開采，因為采放比超過1：3容易造成資源回收率低、頂板難以管理、瓦斯等有毒有害氣體涌出、發生沖擊低壓以及礦震等安全問題。

3#～5#煤層30501工作面采高3.8m，l理論放煤高度不應該超過11.4m，但實際頂煤放出厚度在13.2m～15.8m(生產過程中打探孔所得數據)，采放比平均為1：3.8，遠遠超過煤礦安全規程規定的1：3，放煤高度過大，拉架過程中升架、降架無法充分擠壓上部頂煤使頂煤松散破碎，導致頂煤難放。

5、夾矸影響

夾矸層數多是冒放性差的又一主要原因。3#～5#煤層中普遍含5～9層夾矸，夾矸單層厚度為0.07～0.85 m，局部夾矸大于0.85m，夾矸總厚2.39～4.60m，平均3.47m。根據生產過程中打探孔實測，頂煤中含夾矸3～7層，單層夾矸最厚1.2m，夾矸多為褐色高嶺巖、灰黑色炭質泥巖，偶爾有白砂巖，硬度系數大，影響頂煤放出。

塔山煤礦3#～5#煤層的首個放頂煤開采工作面雖然遇見很多問題，但是只要我們工程技術人員在生產過程中及時記錄并分析礦壓顯現規律，不斷總結存在的問題，不斷優化工作面長度、放煤步距、放煤方式、采放比等各項參數，就能逐漸摸索出一套適合現場的完善的管理制度及技術管理體系，在以后的工作中就能化被動為主動，企業就能實現安全高效，和諧發展。

[1]杜計平，孟憲銳.采礦學