煤礦放頂采煤工作面支護裝備及單一長壁綜采放頂煤工藝

來守國

(七臺河市慧泉電力燃料有限公司，黑龍江 七臺河 154600)

1 放頂采煤法

目前，放頂采煤法是我國開采厚煤層時常用的采煤方法，如整層放頂煤采煤法，預采頂分層放頂煤采煤法，巷道布置。

2 放頂采煤工作面支護裝備

隨著放頂煤采煤技術的發展，支護裝備已經成熟，標志之一是研制和形成了系列性的綜采放頂煤液壓支架，按照放煤機構，其位于液壓支架掩護梁下部、中部或上部，可以分為低位放頂煤支架、中位放頂煤支架和高位放頂煤支架等三種類型。通過頂粱中部窗口放煤的支架，也屬于高位放頂煤支架。

2.1 低位放頂煤支架

低位放頂煤支架的頂粱較長，一般具有鉸接前探梁、伸縮梁與護幫板，控頂距大，有利中硬頂煤的破碎，并利用位于掩護梁下部的插板機構低位放頂煤。工作面鋪設兩部輸送機。前輸送機運送采煤機正常割下的煤，后輸送機鋪在底板上，能夠最大限度地回收頂煤。目前，我國現場使用的放頂煤支架基本上屬于這種類型，如ZFY8500/21/40D支架、ZFYI0000/23/34支架、ZF13000/25/38支架以及ZF8000/20/38等，都屬于此種類型。

兩柱掩護式低位放頂煤支架的頂粱相對較短，支護面積小，支護強度高。可采用整體頂梁，結構簡單，頂梁前端支撐力大，利于工作面端面頂扳控制。立柱受力均衡，有利于發揮支架的支護能力。操作一排立柱，移架速度快，便于實現電液伺服控制。

2.2 中位放頂煤支架

圖1所示為單鉸結構的ZFS3000/19/28型中位放頂煤支架，除支架底座前側聯接前輸送機，在支架底座上的后部還放置后輸送機。放煤窗口設在掩護梁的下部，由于支架后鉸點較高，應屬于中位放頂煤。這種支架的優點是支架穩定性及密封性好，缺點是冒落于窗口下的頂煤在支架的后方，不能回收。

1-伸縮梁；2-伸縮梁千斤頂；3-側推千斤頂；4-頂梁；5-擺桿千斤頂；6-擺動桿；7-掩護梁；8-放煤千斤頂；9-底座；10-后輸送機千斤頂；11-立柱；12-推移千斤頂及框架；13-放煤板圖1 ZFS3000/19/28型中位放頂煤支架Fig.1 ZFS3000 / 19/28 type mid-position caving coal support

3 頂煤放出規律

頂煤的放出過程比較復雜，受支架尾梁、頂煤破斷角、頂煤破碎程度、放煤口位置與大小等眾多因素影響，很難準確地用數學公式表示。為了說明頂煤的放出過程，利用金屬礦山的放礦理論來解釋。

4 單一長璧綜采放頂煤工藝及參數

4.1 回采工藝

根據我國近年來在緩斜厚煤層中使用放頂煤采煤法的經驗，以采用低位放頂煤支架的綜放工藝為例，簡單說明單一長壁綜采放頂煤采煤工作面的回采工藝過程：第一，采煤機割煤。第二，移架。第三，推移前刮板輸送機。若一次推移能夠到位，可在距采煤機后滾筒約10 m處逐節依次完成輸送機推移，即完成一個常規性的綜采循環。第四，放頂煤。根據頂煤放落的難易程度，放頂煤工作可以是順序逐架依次放煤，也可以是間隔放煤。第五，拉移后刮板輸送機。確保后輸送機具有一定的彎曲長度。第六，端頭放煤工藝。為了維護工作面兩端頭處頂煤的穩定性，在端頭處各留2～4個支架不放頂煤，這降低了煤炭的采出率，也不利于采空區防火。為了解決這個問題，國內已經研制了ZTF5400-22/32等型號的端頭放頂煤支架以及運輸平巷放頂煤支架，可使工作面煤炭采出率提高2%～3%。

4.2 主要放煤工藝參數

4.2.1 采放比

采高與支架的穩定性、通風斷面大小有關。目前，一般綜采放頂煤工作面采高在3.0 m左右。增大采高以后，有利于工作面通風和頂煤充分破碎，但不利于防治煤壁片幫和控制端面冒頂。

頂煤高度決定著循環放煤時間。頂煤高度越大，放煤時間越長，相應增加了循環作業時間，影響工作面的推進速度，不利于采場礦山壓力控制和預防煤層自然發火。

當采高較小、頂煤高度過大時，由于放出前頂煤松散破碎的高度小，上部頂煤破碎不充分，放出困難。當采高較大、頂煤高度過小時，直接頂容易和頂煤一起放出，混矸嚴重，頂煤放出率低。對于綜放開采而言，根據煤層厚度不同，我國的采放比一般在1∶0.8～1∶3.0。

4.2.2 放煤步距

放煤步距與頂煤厚度、頂煤的破碎程度、放煤口的位置以及頂煤冒落時的垮落角等因素有關。如果放煤步距太大，則頂煤上部的矸石較早到達放煤口，在采空區側將留有較大的三角煤放不出來；如果放煤步距太小，則采空區后方矸石易混入放煤口，影響煤質，并誤認為頂煤已放完而停止放煤，造成上部頂煤丟失。

4.2.3 放煤方式

放煤方式是指順工作面布置方向的放煤順序、次數，同時打開放煤口數和放煤量大小的配合方式，如圖2所示，主要有單輪順序放煤、單輪間嗝多口放煤和多輪間隔順序等量放煤。

圖2 放煤方式示意圖Fig.2 Schematic diagram of coal caving method

5 放頂煤采煤法的優缺點和適應性

5.1 放頂煤采煤法優點

放頂煤開采是厚煤層開采的主要方法之一，推動了我國安全高效的礦井建設，其優越性主要表現在以下幾個方面：第一，有利于合理集中生產。放頂煤開采，實行采、放平行作業，與厚煤層分層開采相比，工作面單產和工效可同時提高80%～100%，巷道掘進率一般降低100%～200%。第二，對煤層及地質條件具有較強的適應性，采煤成本大大降低，經濟效益顯著。

5.2 放頂煤采煤法存在問題

放頂煤采煤法存在采出率低、工作面煤塵大、自然發火、瓦斯積聚隱患較大。必須采取嚴格的防治措施，并在應用中注意其適用條件。