特厚煤層大采高綜采技術的應用研究

焦張雄

(山西煤炭運銷集團沁水鑫基煤業有限公司，山西 晉城 048400)

引 言

隨著煤礦勘探技術的不斷進步，近年來厚煤層及特厚煤層探明量不斷提升，據統計截止目前在我國已探明的地下煤炭儲量中，厚煤層以上的煤炭含量占了煤炭總量的40%以上。為了適應對厚煤層的開采，大采高綜采技術應運而生，但在長期應用中發現，大采高綜采技術主要適用于煤層穩定性好、巷道頂板礦壓地質條件穩定、煤層分布斜角小且煤層厚度不超過7m的綜采作業，無法適應越來越多的特厚煤層的綜采技術要求，因此本文提出了新的適應于特厚煤層的大采高綜放開采技術，對其成套的開采技術進行了分析，力求在滿足井下安全開采的基礎上大幅提升特厚煤層的綜采作業效率[1]。

1 特厚煤層巷道頂板運移規律研究

為確保特厚煤層在綜采作業時的安全性，需首先對特厚煤層巷道頂板的運移規律進行研究，本文以某礦特厚煤層為研究對象，通過向頂煤頂板內安裝錨抓并布置頂煤位移跟蹤器的方案對頂板的移運規律進行研究，在進行鉆孔時，設置與巷道的傾斜角為60°[2]，分別對頂煤和頂板的位移量進行分析結果如圖1所示。圖中h表示頂煤深基點相對于液壓支架底板的高度。

由測量結果可知，頂煤深基點起始動點工作時最大超前了約47 m，最小超前了約33 m，平均超前量約為37 m。頂板的深基點起始動點的最大位置超前了約34 m，最小超前量為21 m，平均超前量約為27.4 m，頂煤的深基點的始動點始終超前于頂板的深基點的始動點。由此可知在特厚煤層中巷道頂板從始動點就受到來自于綜采面的超前的支撐壓力的作用，使頂煤頂板進入到支架的控頂區域的頂部，進而造成頂板破斷產生垂直與巷道頂板的沉降。由于頂煤頂板受到縱向的約束顯著，因此其移運規律主要表現為在承壓作用時候的水平方向上的擠壓變形。

圖1 測量位置頂板位移和頂煤位移變化曲線

2 大采高綜放開采放煤步距研究

煤礦井下綜采作業中，煤炭的采出率、采出煤炭煤矸石的含量與綜采作業時的放煤步距有直接的聯系。當放煤的步距過小時容易導致煤矸石容易堵塞放煤窗口，造成煤炭含矸率上升，同時也容易造成丟煤，當放煤的步距過大時，煤層的煤極易落入采空區，導致大量的丟煤。同時綜采作業中的放煤步距也對煤矸的流動形態有巨大影響，因此要提升特厚煤層的綜采效率，首先需要合理確定綜采作業時的放煤步距，本文分別對“一刀一放”及“兩刀一放”不同放煤步距[3]情況下的煤矸的流動形態變化進行了分析，結果如圖2、圖3所示。

圖2 一刀一放情況下的煤矸邊界變化曲線

圖3 兩刀一放情況下的煤矸邊界變化曲線

由分析結果可知，隨著放煤步距的不斷增加，在放煤后的煤矸的邊界曲線有效顯著的變化，頂煤的始動點顯著前移，并且在放煤后的邊界線和放煤前的邊界線之間的距離也隨著放煤步距的增加而加大，這表明了隨著放煤步距的增加，每次的放煤量隨著加大。

不同放煤步距情況下，放煤后的殘渣形態如圖4所示。

圖4 不同放煤步距情況下的殘渣形態

由分析可知，當采用“一刀一放”時，煤矸石和頂煤能夠同時到達放煤口處，煤矸石分界線略落后于尾梁下部邊界，而當采用“兩刀一放”時頂煤先與采空區的矸石到達放煤口，導致矸石與煤炭混合降低了煤炭的質量，因此采用“一刀一放”的放煤步距方案，能夠獲得更高的頂煤出采率。

3 高效綜采放煤機構研究

液壓支架的放煤機構也直接關系到頂煤出采率，現有的液壓支架放煤機構的前支架是一組雙連桿結構，后支架是單連桿的結構，其位于液壓支架的中間位置，極大影響了放煤作業時的操作難度和對放煤效果的觀察。同時因后連桿位于支架中間位置，對前后的聯通巷道形成了一定的阻礙[4]，給井下綜采作業人員的移動造成了極大影響。因此為進一步提升井下綜采作業效率提高頂煤的出采率，本文提出了一種新的四連桿液壓支架結構，優化了各液壓支架支撐結構的步距，將后側的單連桿結構優化為了雙連桿結構，極大提升了綜采放煤作業時的操作便利性，其結構如圖5所示。

圖5 新型四連桿液壓支架結構

4 厚煤層綜采作業放煤方式的研究

綜采作業的放煤方式主要是指放煤口煤層放煤的放煤量以及放煤次數，目前常用的放煤方式主要包括單輪順序放煤、多輪順序放煤、單輪間隔放煤以及多輪間隔放煤方案，在特厚煤層條件下煤層單次出煤量大，采用單輪放煤方案容易造成煤炭積壓，因此易采用多輪放煤的方案。本文以某礦特厚煤層為研究對象，其煤層厚度約為10.7 m～13.2 m，分別對多輪間隔放煤以及多輪順序多口放煤方案進行了驗證，結果表明采用工多輪順序多口放煤方案能夠在最短的時間內將采集的煤炭進行放煤，效率最高。

5 結論

本文通過對特厚煤層巷道頂板運移規律研究，根據其移運規律制定了滿足安全綜采條件的特厚煤層大采高綜采技術，對放煤步距、放煤方式及液壓支架放煤機構進行了研究，結果表明：

1) 特厚煤層其移運規律主要表現為在承壓作用時候的水平方向上的擠壓變形。

2) 采用“一刀一放”的放煤步距方案，能夠獲得更高的頂煤出采率。

3) 采用四柱式液壓支架能夠簡化特厚煤層綜采作業時的操作，拓寬視野，提升放煤效率。

4) 特厚煤層條件下，采用工多輪順序多口放煤方案能夠在最短的時間內將采集的煤炭進行放煤，效率最高。