提高煤炭采出率的技術(shù)措施

李 晨，鄭志新，李 家

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司 大陽煤礦分公司，山西 晉城 048000)

1 概 況

大陽煤礦位于沁水煤田東南部，高平詳查區(qū)西部，全井田南北長約6.52 km，東西寬約3.36 km，批準(zhǔn)井田面積17.797 4 km2，批準(zhǔn)可采深度：880～550 m標(biāo)高。井田開拓方式為斜井、立井綜合開拓，批準(zhǔn)3#、9#、15#煤層。目前正開采3#煤層，該煤層垂向賦存于山西組中下部，平面上分布于全井田；下距9#煤層52～68.5 m，平均62.5 m. 3#煤層厚度為3.79～7.19 m，平均6.09 m，屬全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡單-較簡單，含0～3層夾矸，煤層頂板大部為泥巖、粉砂巖；底板大部為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。

3304綜放工作面長度為180 m，區(qū)段間保護(hù)煤柱寬為30 m. 采用走向長壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤，頂板全部垮落的采煤方法，煤層厚度5.53 m，機(jī)采2.6 m,放頂煤2.93 m，采放比為1∶1.13. 采用雙滾筒采煤機(jī)，雙向割煤，截深0.6 m，放煤步距為0.6 m，一采一放,采用多輪順序式放煤。初采放頂煤在支架頂梁末端推出切眼30 m后放頂煤。正常放煤為采煤機(jī)每割一刀煤，放頂煤一次。末采放頂煤為工作面距停采線15 m時停止放頂煤。

2 綜放工作面煤炭損失分析

綜放工作面煤損主要由初末采不放頂煤損失、兩端頭不放煤損失、放煤工藝損失、保安煤柱損失等4方面構(gòu)成[1-4]. 3304工作面切眼長度為180 m，走向長度為1 321 m，煤厚5.53 m，容重1.44 t/m3，資源儲量為1 893 489 t. 通過對3304工作面回采情況進(jìn)行分析，得出工作面煤炭損失主要集中在以下4方面：

2.1 初末采損失

初采時由于頂煤不能及時垮落導(dǎo)致長距離范圍內(nèi)頂煤不能放出，造成煤炭資源損失。根據(jù)回采期間實際情況得出，在回采30 m后頂煤才能全部垮落，由此造成了30 m范圍內(nèi)頂煤損失。末采時在距停采線15 m開始鋪網(wǎng)，掛設(shè)鋼絲繩，做撤架通道不放頂煤。期間共45 m長度不放頂煤，煤炭損失為34 175 t，達(dá)到了工作面煤炭資源總儲量的1.80%.

Q初采損失=180×2.93×30×1.44=22 783(t)

Q末采損失=180×2.93×15×1.44=11 391(t)

2.2 端頭損失

回采過程中，根據(jù)工作面現(xiàn)場情況，為控制運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽頂板壓力，在兩順槽的端頭各3架不放頂煤，共計不放頂煤寬度為9 m，造成煤炭損失為50 162 t，達(dá)到了工作面煤炭資源總儲量的2.65%.

Q端頭損失=9×1 321×2.93×1.44=50 162(t)

2.3 采空區(qū)損失

回采過程中煤炭損失主要包括：支架尾部放煤口間的脊背煤損，放煤步距、放煤方式不合適造成的煤損，采空區(qū)煤損及矸石竄入停止放煤造成的煤損等3部分。由現(xiàn)場觀測可知，遺留在采空區(qū)的浮煤達(dá)到200 mm，煤炭損失量為68 480 t，達(dá)到了工作面煤炭資源總儲量的9.04%.

Q采空區(qū)=180×0.2×1 321×1.44=68 480(t)

2.4 保安煤柱損失

3304工作面兩側(cè)各預(yù)留30 m寬的保安煤柱，損失煤炭資源量非常大，單側(cè)煤柱損失為315 581 t，達(dá)到了煤炭資源總儲量的16.67%.

Q單側(cè)煤柱=1 321×30×5.53×1.44=315 581(t)

以上4類煤炭損失構(gòu)成表見表1，通過對3304工作面煤炭損失構(gòu)成進(jìn)行分析可知，該礦綜放開采煤炭資源損失主要集中在初末采不放頂煤煤損、端頭不放頂煤煤損、放煤工藝煤損、保安煤柱煤損等。要提高該礦工作面煤炭資源回采率必須從這四個方面下功夫。

表1 各類煤損占工作面煤炭儲量比重表

3 提高采出率的技術(shù)措施

1) 多措并舉，減少初、末采煤炭損失。

a) 深孔爆破，減少初采煤炭損失。初采煤炭損失是由于頂煤沒有充分破碎、沒有及時垮落造成的。由3304工作面礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測分析可知，工作面初次來壓步距為30 m，這就意味著煤壁前方30 m范圍內(nèi)頂煤不能被放出或放出效果較差，要降低煤炭資源損失可以采取如下措施：工作面形成后在原來的切眼位置打眼放炮進(jìn)行強(qiáng)制放頂，打眼時必須確保炮眼質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)變形或不能裝藥時要及時補(bǔ)打，以確保爆破效果。爆破能有效破壞切眼內(nèi)錨桿錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時從切眼處打破連續(xù)的基本頂結(jié)構(gòu)，將基本頂原先受力的簡支梁變?yōu)閼冶哿?，降低基本頂初次垮落步距，對下覆煤層產(chǎn)生較大的力迫使煤體受壓破碎變形易于垮落放出。初采時基本頂對煤體壓力有限，一般不會損壞煤體的連續(xù)性，導(dǎo)致煤體不能被完全放出。為降低初采損失可以采取預(yù)裂頂煤措施，將煤體連續(xù)性破壞，降低煤體塊度大小，結(jié)合支架支撐作用使得煤體破碎易于放出。根據(jù)相鄰礦井地質(zhì)條件及采取措施后的實際情況，大陽煤礦宜采用深孔預(yù)裂爆破頂煤，迫使煤體破碎，提高煤體放出率，預(yù)計可提前14 m放頂煤。

b) 縮短掛網(wǎng)長度，減少末采煤炭損失。末采煤炭損失主要是受末采做撤架通道期間掛網(wǎng)造成的煤炭損失。要減少末采煤炭損失必須了解綜放開采工作面周期來壓規(guī)律，回采結(jié)束前在確保支架能夠安全撤出的前提下，減少末采期間掛網(wǎng)長度。由3304工作面實際可知，周期來壓步距為15～18 m，末采時可合理采取讓壓、調(diào)壓措施，將末采掛網(wǎng)長度控制在10 m，與15 m相比可增加放煤長度5 m.

2) 延長工作面長度，降低端頭煤損比重。

根據(jù)3#煤層開采情況，兩順槽端頭各3架不放頂煤，共計9 m不放頂煤，原先工作面長度為180 m，延長工作面長度至220 m、260 m后，損失煤炭資源所占工作面資源比例有效降低，見表2.

表2 不同工作面長度端頭煤損比例表

3) 優(yōu)化放煤參數(shù)，降低采空區(qū)煤損。

放煤步距、放煤順序等參數(shù)的選擇將決定頂煤是否能夠完全被放出。可通過更新設(shè)備、優(yōu)化放煤參數(shù)等措施降低采空區(qū)煤損。

4) 應(yīng)用沿空留巷，實現(xiàn)無煤柱開采。

沿空留巷可以實現(xiàn)無煤柱開采，在提高該礦煤炭資源回收率，延長礦井服務(wù)年限的同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)Y型通風(fēng)，消除回風(fēng)隅角瓦斯積聚，改善高瓦斯礦井安全生產(chǎn)條件。應(yīng)用沿空留巷將有效降低巷道掘進(jìn)率，改善礦井技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，杜絕采掘銜接緊張。

4 應(yīng)用實踐

該礦采取了一系列有效措施提高煤炭資源回收率：

1) 初采時進(jìn)行深孔預(yù)裂爆破。

針對初采期間，前30 m不放頂煤造成的煤炭損失，該礦與太原理工大學(xué)合作準(zhǔn)備實施3405工作面頂板預(yù)裂爆破，爆破后可提前15 m放頂煤，節(jié)約煤炭資源。

2) 延長工作面長度。

為減少回采期間端頭煤炭損失所占工作面煤損比重，3404工作面長度已延長至220 m，接替的3405工作面長度為260 m，有效降低了端頭煤損比重。

3) 優(yōu)化放煤參數(shù)。

接替的3405工作面使用的采煤機(jī)滾筒截深為0.8 m，放煤步距為0.8 m，較之前0.6 m有所增大，同時強(qiáng)化了現(xiàn)場管理，嚴(yán)格執(zhí)行一采一放并探索多輪順序放煤方式。

4) 實施沿空留巷。

3405工作面實施沿空留巷工程，目前已經(jīng)成功留巷650余米，節(jié)約了煤炭資源。

5 結(jié) 論

1) 通過使用初采深孔預(yù)裂爆破將節(jié)約15 m頂煤損失，節(jié)約煤炭資源，提高采出率。

2) 延長工作面長度后將減少工作面搬家次數(shù)，回采工作面年限加長，同時端頭煤損所占工作面煤炭儲量有效降低。

3) 更新設(shè)備并加強(qiáng)放頂煤管理有效降低采空區(qū)煤損。

4) 推廣使用沿空留巷在節(jié)約煤炭資源的前提下還有效解決了高瓦斯礦井的隅角瓦斯積聚問題。