同忻礦8201工作面綜采放頂煤工藝優化

孫 邈，董合祥，趙海兵

(同煤國電同忻煤礦有限公司， 山西 大同 037001)

隨著回采工藝的發展，放頂煤開采已逐漸取代分層開采，尤其是大采高綜放支架的出現，基本解決了在放煤過程中大小周期來壓的問題。但是，隨著開采深度的加大，地質條件更加復雜，采用何種放頂煤生產工藝才能保證工作面的安全高效生產，是困擾廣大工程技術人員的一大技術難題[1-3].

大同礦區目前主采石炭系3#—5#煤層，平均厚度達21.43 m，屬特厚煤層，通常開采此類煤層最有效的方法是放頂煤開采，放煤過程中，煤巖體會在頂板壓力作用下破碎，若放煤工藝不當，會產生大塊煤矸憋住后溜，也會使大部分頂煤放不下來，造成資源浪費。同時有可能造成采空區懸板面積增大，對井下安全生產造成一定的影響。為此，以同忻礦8201工作面為試驗對象，開展了放頂煤工藝優化研究。

1 8201工作面概況

同忻礦8201工作面可采走向長度2 028 m，傾斜長度217.5 m，主采石炭系3#—5#煤層，煤層傾角1°～5°，平均厚度21.43 m，工作面直接頂為13.6 m的砂質泥巖，直接底為5 m的炭質泥巖和7.6 m的砂質泥巖，頂板硬度不高，賦存較不穩定。該工作面自2018年2月22日開采，截至2019年11月23日停采。鉆孔柱狀圖見圖1.

圖1 鉆孔柱狀圖

2 配套技術設備

8201工作面采用壁式放頂煤法進行開采，工作面回采率為93%. 結合本工作面煤層和圍巖的實際情況，設計確定選用ZF15000/27.5/42型低位放頂煤液壓支架，支架支撐高度為2.75～4.20 m，中心距1.75 m，工作阻力15 000 kN，支護強度1.46 MPa. 與中部支架相適應，選擇ZFG13000/27.5/42H型低位放頂煤過渡支架和ZTZ20000/30/42型端頭支架。工作面布置128個中部支架、9個過渡支架(頭部布置4個過渡支架，尾部布置5個過渡支架)；工作面頭部布置1組端頭支架，布置方式為兩架一組。工作面平面布置圖見圖2.

圖2 8201工作面布置平面圖

3 頂煤冒落性分析

1) 開采深度。煤層開采深度對頂煤冒放性的影響實質上是支承壓力對頂煤的壓裂影響，頂煤冒放性隨著開采深度的增大而加強。當開采深度小于100 m時，頂煤冒放性差，當開采深度大于400 m時，頂煤易冒落。8201綜放工作面煤層蓋山厚度最大517 m，最小377 m，平均447 m，從開采深度來看，其冒放性較好。

2) 煤層強度。煤層強度是影響頂煤冒放性的關鍵因素。一般來說，軟煤(普氏硬度系數f≤1)最易冒落；中硬煤(普氏硬度系數f=1～2)次之；硬煤(普氏硬度系數f>2)的冒放性最差。8201綜放工作面所采3#—5#煤層普氏硬度系數f=1～2，頂煤冒放性較好。

3) 煤層厚度。8201綜放工作面機采高度3.9 m，放煤厚度17.53 m，采放比約為1∶4.5. 采用放頂煤液壓支架支護，反復移架、支架過程中，對頂煤有一定的壓裂、松動作用。從煤層厚度來看，8102工作面3#—5#煤層較適合放頂煤開采。

4 優化前后的放頂煤工藝

4.1 優化前的放頂煤工藝

同忻礦綜采放頂煤工藝優化前，按“一刀一放”正規循環作業，放頂煤方式采用“單輪順序”放煤，該工藝具體為：放煤工分前后兩組，每組2人，一組從工作面頭部開始放支架頂煤(5#、6#、7#…57#、58#、59#)，另一組從工作面尾部開始放支架頂煤(122#、121#、120#…62#、61#、60#)。每組放煤工依次對支架尾梁進行反復升降動作，將頂煤放出，直至見到矸石，即停止該支架放煤，并轉至下一個支架進行放煤，待工作面全部支架頂煤放盡后，即完成本輪放煤工藝。該放煤工藝速度快,但容易出現混矸嚴重或者丟煤太多的現象。

4.2 優化后的放頂煤工藝

2019年3月該礦采用“多輪追機順序+間隔分層放煤工藝”，該工藝分粗放、精放、細放3個步驟。1) 粗放。放煤工分前后兩組，每組2人，一組從工作面頭開始放單號支架頂煤(5#、7#、9#…115#、117#、119#)，另一組從工作面尾開始放雙號支架頂煤(122#、120#、118#…10#、8#、6#). 第一輪放煤主要通過反復動作支架尾梁，配合伸縮梁，使頂煤充分破碎，放煤量約為頂煤的2/3. 2) 細放。第一輪放完后，兩組放煤工折返進行第二輪細放。第二輪放煤過程要求反復伸縮尾梁放煤，放掉余下的1/3頂煤。3) 精放。兩輪放煤過后，在班組長巡查工作面過程中，依次對支架尾梁再次升降動作，將最后的余煤放出，真正做到見矸關窗[4-8]. 放煤作業循環圖見圖3.

圖3 放煤作業循環圖

5 放頂煤工藝優化成果

5.1 工人勞動強度

8201面每個生產班由2個放煤工增加至3個放煤工，并每人配備一個放煤燈，做到架架放盡頂煤。同時采用“多輪追機順序+間隔分層放煤工藝”，使矸石的放出量大大減小，大塊矸石也得到了很好地控制，加強對自移尾拉出片矸石的處理，明顯減少了機電事故率，使得工人在提高放煤產量的同時，也減少了處理事故的次數與時間，降低工人勞動強度。

5.2 產 量

自2019年3月優化放煤工藝以來，現采8201面與相鄰8202面(2016年7月14日停采)在相同地質條件、相同推進度的情況下，工作面回收率平均提高了6%，具體見表1. 對8201工作面2019年3—11月份的采煤進尺、精煤產量、單米精煤產量進行統計，月推進進度平均為99.46 m，平均單刀產量為4 576 t,單米精煤產量為5 720 t.

表1 8201面與8202面精煤回收率表

6 結 語

經過7個多月的試驗，對8201工作面產量統計分析，確定同忻礦綜放面合理的放頂煤工藝。采用多輪間隔和單輪順序放煤工藝，8201工作面的平均單刀產量為4 576 t，單米精煤產量為5 720 t，與鄰近8202工作面相比，回收率平均提高了6%，效果顯著。

在今后的生產過程中，同忻礦根據探測頂煤的厚度，不斷優化回采和放煤工藝，如放慢機組速度，嚴格控制一次走架數量，從而增加放煤時間，給頂煤回收創造有利條件。此次優化使同忻礦放頂煤工藝、頂煤回收率處于集團公司領先水平，具有一定的實踐指導意義。