影響頂煤放出主要因素的工藝實(shí)踐與分析

郝 震

（山西華陽(yáng)集團(tuán)新能股份有限公司一礦，山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

煤礦綜采工作面生產(chǎn)效率、產(chǎn)出煤炭的質(zhì)量以及產(chǎn)量等指標(biāo)不僅與工作面所配置綜采設(shè)備的自動(dòng)化、智能化水平相關(guān)，而且與綜采工作面所采用采煤方法和相關(guān)采煤參數(shù)相關(guān)。對(duì)于放頂采煤方式而言，雖然與傳統(tǒng)采煤方式相比可將產(chǎn)量提高一倍，將工作面生產(chǎn)的安全性提高一倍；但是放頂采煤工藝參數(shù)未與工作面地質(zhì)、煤層等條件結(jié)合設(shè)計(jì)無法發(fā)揮該種采煤方式的優(yōu)越性[1]。因此，本文將結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)實(shí)例對(duì)影響放頂采煤的主要參數(shù)進(jìn)行分析。具體闡述如下：

1 工程概況及現(xiàn)狀分析

本節(jié)對(duì)所研究礦井工作面的地質(zhì)、煤層等條件進(jìn)行簡(jiǎn)單概述，并對(duì)該礦井工作面當(dāng)前所采用放頂采煤方法所遇到的問題進(jìn)行分析，為后續(xù)開展系列研究奠定基礎(chǔ)。

1.1 工程概況

葦湖梁煤礦在設(shè)計(jì)初期的生產(chǎn)能力為30 萬(wàn)t/a，經(jīng)過多年的改造和相關(guān)智能化、自動(dòng)化設(shè)備的引入，該煤礦的生產(chǎn)能力目前已經(jīng)達(dá)到120 萬(wàn)t/a。該煤礦共包含可開采的煤層為5 層，本文以其中7#煤層的開采為例開展研究。7#煤層的厚度范圍為0.1 m～2.3 m，煤層平均厚度為1 m，煤層工作面的地質(zhì)條件構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層中間夾雜著部分矸石，矸石的平均厚度為0.33 m，矸石的最大厚度為1.2 m。7#煤層所屬工作面的頂?shù)装宓刭|(zhì)條件如表1 所示。

表1 7#煤層所屬工作面的地質(zhì)條件

該煤礦的采煤技術(shù)經(jīng)歷了傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)式采煤法、中深孔爆破采煤法、滑移頂梁放頂煤開采方式和如今的綜合機(jī)械化放頂采煤方式。

1.2 現(xiàn)狀分析

目前，該煤礦采用綜合機(jī)械化放頂采煤方式主要面臨著如下問題，主要表現(xiàn)在工作面回采率、產(chǎn)量以及所采出煤炭質(zhì)量等方面。

1）回采率問題：在多年的生產(chǎn)以來，相關(guān)技術(shù)人員先后通過改進(jìn)爆破炸藥、放煤步距和放煤工藝等方式擬解決回采率低的問題，但是，經(jīng)過上述改進(jìn)后放頂采煤工藝下對(duì)應(yīng)的回采率僅為70%。目前，工作面所采用的放煤步距的確定原則為兩刀一放，放煤工藝為順序、多輪、依次、隔架放煤[2]。

2）產(chǎn)量問題：該煤礦采用綜合機(jī)械化放頂采煤方式對(duì)應(yīng)的每天的產(chǎn)量?jī)H為1 400 t，在當(dāng)前煤礦的現(xiàn)代化生產(chǎn)中處于相對(duì)落后的狀態(tài)。

3）該煤礦雖然對(duì)炸藥進(jìn)行改進(jìn)，但是，所得原煤中含矸的比例較高，且原煤的灰分高達(dá)30%，無法滿足市場(chǎng)需求的要求。

因此，本文將通過對(duì)放煤工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化重點(diǎn)解決當(dāng)前面臨的回采率低、產(chǎn)量低以及煤炭質(zhì)量低的問題[3]。

2 不同因素對(duì)頂煤放出的影響

本節(jié)將對(duì)水平分段高度、放煤方式、放煤步距對(duì)頂煤放出的影響進(jìn)行研究，具體闡述如下。

2.1 水平分段高度對(duì)頂煤放出的影響

對(duì)不同水平分段高度和不同放煤方式、相同放煤步距的放煤工藝參數(shù)下，綜采工作面推進(jìn)3 m 后對(duì)應(yīng)回采率和原煤的灰分進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 不同水平分段高度和放煤方式對(duì)頂煤放出的影響

如表2 所示，在相同放煤方式下，隨著水平分段高度的增加，對(duì)應(yīng)煤炭的灰分增加，產(chǎn)量增加，回采率率降低；在相同水平分段高度下，多輪間隔的放煤方式對(duì)應(yīng)煤炭產(chǎn)品的灰分降低，產(chǎn)量明顯增大，回采率也明顯增加。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中需綜合評(píng)估煤炭產(chǎn)量和回采率兩項(xiàng)因素最終確定水平分段高度的參數(shù)值。

2.2 放煤方式對(duì)頂煤放出的影響

對(duì)相同放煤步距、水平分段高度的參數(shù)下，對(duì)不同放煤方式下（單輪順序放煤、多輪順序放煤、多輪間隔放煤以及多輪間隔控制放煤方式）綜采工作面推進(jìn)3 m 時(shí)，所得煤炭的含矸率、灰分、產(chǎn)量、回采率等參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表3 所示。

表3 不同放煤方式對(duì)應(yīng)頂煤放出的影響

如表3 所示，就煤炭含矸率、灰分而言，單輪順序放煤方式的含矸率最高；多輪順序和多輪間隔放煤方式的含矸率相近；多輪間隔控制放煤方式的含矸率最低。就煤炭產(chǎn)量和回采率而言，單輪順序放煤方式的產(chǎn)量最低；多輪順序和多輪間隔放煤方式的產(chǎn)量相近；多輪間隔控制放煤方式的產(chǎn)量最高[4]。

綜上所述，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)采取多輪間隔控制方式進(jìn)行放煤。

2.3 放煤步距對(duì)頂煤放出的影響

對(duì)相同放煤方式、水平分段高度的參數(shù)下，對(duì)不同放煤步距條件下（一刀一放、二刀一放以及三刀一放）綜采工作面推進(jìn)3 m 時(shí)，所得煤炭的含矸率、灰分、產(chǎn)量、回采率等參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表4 所示。

如表4 所示，就含矸率而言，采用一刀一放的放煤步距條件對(duì)應(yīng)的含矸率最高，三刀一放和二刀一放的含矸率均較低，且以三刀一放的含矸率最低，但是二者之間的差距不大；對(duì)于灰分而言，三種放煤步距條件的差異不明顯，其中二刀一放和三刀一放的灰分相近均低于一刀一放；對(duì)于產(chǎn)量和回采率而言，二刀一放的最高，之后依次為一刀一放和三刀一放的放煤步距條件[5]。

表4 不同放煤步距條件對(duì)應(yīng)頂煤放出的影響

綜上所述，該工程應(yīng)采取二刀一放的放煤步距條件進(jìn)行生產(chǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合機(jī)械化放頂采煤方式為當(dāng)前綜采工作面常見的開采方式，為解決煤礦采用放頂采煤方式在回采率、煤炭質(zhì)量和產(chǎn)量等方面存在的問題，本文針對(duì)性對(duì)不同放煤步距條件、水平分段高度以及放煤方式對(duì)頂煤放出的影響進(jìn)行研究，并總結(jié)如下：

1）經(jīng)對(duì)不同參數(shù)對(duì)頂煤放出的影響進(jìn)行評(píng)估，得出本工程應(yīng)采用二刀一放的放煤步距條件、多輪間隔控制的放煤方式對(duì)放煤工藝參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

2）結(jié)合對(duì)比結(jié)果，將所優(yōu)化后的工藝參數(shù)應(yīng)用實(shí)例研究中，回采率最高可達(dá)到80.5%，產(chǎn)量最高可達(dá)到2 318 t，有效解決了產(chǎn)量和回采率低的問題。