提升放頂煤采出率的途徑研究

盧永濤

（江蘇徐礦能源股份有限公司龐莊分公司蘆家窯煤礦，山西 朔州 036807）

引言

徐礦集團龐莊礦蘆家窯項目部8407綜放工作面走向1 200 m，傾斜長175 m，主采太原組上部4-1煤，煤層埋深198～270 m，平均煤厚8.5 m，內生裂隙較發育并充填碳酸鹽礦物，屬中硬煤層。一般含2～4層夾矸，夾矸厚度0.6～2.7 m，平均2.1 m，夾矸巖性多為高齡巖、炭質泥巖和砂質泥巖，強度相對較低。頂板為中細粒砂巖，含砂均勻，平均厚度11.2 m，屬中等堅硬頂板。頂煤冒放性一般，放煤存有一定難度。隨著我國現代放頂煤技術的不斷發展，厚煤層開采規模迅速擴大，如何提高放頂煤采出率，最大限度地回收煤炭資源，實現高產高效，對促進煤炭工業發展具有十分重要的現實意義。

1 工作面放頂煤開采問題

1.1 放頂煤工藝原理

綜采放頂煤工藝實質即在厚煤層中，沿煤層底板或煤層某一厚度范圍內的底部布置一個采高2～3 m的長壁機采工作面，利用礦山壓力作用或輔助人工松動的方法，使支架上方的頂煤破碎成散體后由支架后方或上方放煤窗口放出，經刮板輸送機運輸工作面，實現工作面煤炭與頂部煤炭同時采出。放煤過程一般可分為兩個階段，一是通過移架使頂煤破碎、垮落；一是放煤，也就是把已破碎的頂煤最大限度的回收出來。

目前，我國綜采放頂煤液壓支架有高位、中位、低位三種類型放煤支架。高位放頂煤液壓支架適用于煤質中硬，節理裂隙比較發育，煤層厚度7 m左右，煤層底板較硬及煤層含水率較高的條件；中位放頂煤液壓支架適用于礦壓顯現劇烈，有懸頂危險的條件。由于中位放頂煤時煤塵較大，尾梁不能擺動，放煤口尺寸又受到結構限制，因此放煤效果不好；低位放頂煤液壓支架適應性強，在急傾斜煤層，緩傾斜中硬煤層和三軟煤層放頂煤開采中取得成功，是目前我國廣泛使用的放頂煤液壓支架架型。

1.2 放頂煤煤損分析

綜采放頂煤引起的煤損包括采區各種煤柱煤損、初采煤損、末采煤損、工藝煤損、端頭煤損和非正常原因造成的煤損[1]。

采區煤柱煤損是厚煤層開采的主要煤損，從技術層面上說是必要的、不可完全避免的，但如果工作面布置過短，煤柱煤損就越大。

初采煤損是指工作面從開切眼推進后，老頂初次垮落前，為了防止老頂突然冒落對工作面產生威脅，采取不放頂煤形成的煤損。開切眼頂煤煤損不可避免，但初放前這段距離采取措施頂煤煤損量可以降低。

末采煤損是工作面收尾時為方便回撤支架，提前鋪網控制頂板造成的煤損；端頭煤損是工作面兩端頭3～5架范圍因后運輸設備機頭機尾制約，同時為了維護出口巷道而采取不放頂煤造成的煤損，末采煤損和端頭煤損目前技術尚未解決[2]。

工藝煤損即放煤煤損，煤損量與放煤工藝（放煤步距和放煤方式）、煤的可放性、支架架型等因素有關。另外，還與單位日常放煤管理、放煤工技術熟練程度和責任心密切關聯，采出率越低，這種因素越明顯。工藝煤損無法避免，但通過改進技術、加強管理可以改善[3]。

非正常原因造成的煤損大致分為兩種情況，一是由于地質構造引起的煤炭煤損，如斷層、褶皺或底板凸凹不平而必須留的頂底煤；一是由于工作失誤等原因引起的煤損。

2 放頂煤采出率提高途徑

2.1 優化設備選型

2.1.1 采放比確定

工作面的開幫高度越大，越有利于通風及行人，并且工作面的采出率越高；工作面開幫的高度越小，設備投資越小，煤壁的穩定性越好，越不容易片幫，但采出率會降低。結合8407工作面的地質條件及以往的開采經驗，綜合考慮，確定工作面采煤高度為3.0 m，則放頂煤高度為5.5 m，采放比為1∶1.83。

2.1.2 設備選型

依據工作面設備選型及配套原則，結合工作面采放比、煤層賦存情況，確定該面采用MG300/730-WD型采煤機、SGZ830/630型（中雙鏈）可彎曲刮板輸送機（前）、SGZ900/800可彎曲刮板輸送機（后）、ZF9000/20/33型支撐掩護式低位放頂煤液壓支架113架和ZFG10000/20/33型過渡支架6架（上下端頭各3架）、SZZ1000/400轉載機和PCM-250型破碎機、DSJ1000/2×160型順槽帶式輸送機、BRW400/31.5型乳化液泵站（兩泵一箱）及BRW315/10型噴霧泵站。

2.2 減少初采煤損

1）煤層注水軟化煤體，縮小頂煤塊度塊度，增大煤巖分界面間隙。工作面初采前10～15 d，在軌道順槽使用ZYJ-1000/135B架柱式液壓回旋鉆機平行于工作面沿煤層角度向煤體打160 m的長鉆孔進行注水，鉆孔距巷道底板1.5 m、直徑80 mm、間距20 m，選用型號為7BG-4.5/160動壓注水泵，注水泵流量4.5 m3/h，壓力16 MPa。由注水泵站調整煤層注水壓力，注水壓力一般4～6 MPa，注水時間為鉆孔開始注水至煤體出現均勻的“出汗”滲水全面濕潤為止，通常為7～10 d。煤體注水后，選用SLB-Ⅱ型水泥砂漿封孔泵，封孔深度通過試驗和生產實踐確定為2.5～10 m。實踐證明，煤層注水使煤體軟化，縮小了頂煤垮落的塊度，對提高采出率有明顯的作用，同時又能減少生產過程中的煤塵濃度。

2）深孔切頂預裂爆破，提高頂煤冒放性，加速初采頂板垮落。初采前，兩巷及切眼煤壁使用MQT-120錨桿機，配合長1.0 m、直徑為42 mm雙翼鉆頭加長鉆桿，垂直頂板施工一排切頂深孔，孔深12 m，兩巷巷中施工一孔，兩側間距1.5 m各施工一孔，工作面每5架在架頭兩架間是施工切頂孔。然后，每隔一孔每孔裝2塊二級煤礦許用粉狀乳化炸藥，1發煤礦許用毫秒電雷管1～5段（鋼殼），使用水炮泥和黏土封孔，采用MFB-100型電容式放炮器，正向裝藥放炮。待工作面支架頂梁全部進入煤體后，如此再施工一排切頂深孔、同上進行裝藥、放炮。深孔切頂預裂爆破利用相鄰炮孔炸藥爆轟時瞬間產生的應力和爆生高壓氣體的氣楔作用，使得頂板巖石沿相鄰炮孔的軸線形成一條裂縫，從而起到切頂、加速頂板冒落的效果，同時使煤層和巖層的層節理增強，煤巖裂隙增加，增強了煤體可放性，提高了煤炭采出率。

2.3 減少工藝煤損

1）確定合理的放煤步距。放煤步距一般采取一采一放，與采煤機截深和支架推移步距一致；當礦山壓力作用不明顯、頂煤散碎程度較差，頂煤難以隨采放出時，采取兩采一放或三采一放。確定合理放煤步距原則是，應使放出范圍的頂煤能夠處分的破碎和松散，并做到提高煤炭采出率，降低含矸率。8407工作面放煤高度為5.5 m，煤層裂隙發育，屬于中硬煤層。由于該面采取煤層注水后頂煤散碎程度較好，故采取一采一放，放煤步距為0.8 m。

2）科學合理確定放煤方式。多輪順序放煤、單輪間隔順序放煤、多輪間隔放煤需要往返操作，工藝較為復雜，工作面推進速度較慢，不利于實現綜采機械化高效生產，通過對放煤工藝比較，根據該礦地質特點，8407工作面采用單輪順序放煤，即按支架號依次順序放煤。實踐證明，這種放煤方式操作簡單、放煤速度快，采出率高、混矸較少。

3）嚴格放煤管理。建立有效的生產管理制度和放煤制度，設專門放煤質量監督員，加強現場檢查，嚴格監督放煤情況，做到工作面頂煤放凈，不丟底煤，沒有浮煤，從而提高放頂煤采出率；加強儲量管理，正確計算采出率；加強對放煤工的思想教育和業務培訓，增強放煤工責任心，提高放煤工對設備的熟練度及操作技能；應建立有效地激勵機制和政策，充分調動職工的積極性，使之多放煤，放好煤。

2.4 近采工作面階段采出率比較（見表1）

表1 近采工作面階段采出率比較

3 結語

根據8407工作面煤層賦存條件及頂煤的冒放性，通過對放煤工藝原理和煤損進行的分析，因地制宜采取了優化設備選型、煤層注水、深孔預裂爆破、合理確定采煤工藝等一系列針對性的提高采出率的途徑，并與8411工作面進行了階段比較，采出率明顯取得提高。