提高綜放工作面頂煤回收率的途徑及實(shí)踐

曹懷軒　趙　剛　盧志利

摘要：系統(tǒng)地分系了綜放工作面煤炭損失，提出了提高綜放工作面頂煤回收率的有效技術(shù)途徑，總結(jié)了東灘煤礦提高綜放工作面頂煤回收率的成功經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：綜放開(kāi)采 頂煤回收率 工藝控制

0 引言

綜采放頂煤開(kāi)采是厚煤層開(kāi)采的發(fā)展方向，它具有三高（高產(chǎn)、高效、高塊率）、三簡(jiǎn)（巷道布置簡(jiǎn)單、輔助運(yùn)輸簡(jiǎn)單、通風(fēng)簡(jiǎn)單）、二低（低掘進(jìn)率、成本低）、二好（經(jīng)濟(jì)效益好、安全好）、一少（設(shè)備投資少）等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)采煤方法相比優(yōu)點(diǎn)較為明顯。因此，綜采放頂煤技術(shù)在我國(guó)得到了迅速發(fā)展，但是瓦斯、煤塵、工作面自燃發(fā)火及頂煤回收率等問(wèn)題是制約綜放開(kāi)采發(fā)展的重要因素，兗州礦區(qū)東灘煤礦屬于低瓦斯煤田，自燃發(fā)火期相對(duì)較長(zhǎng)，因此進(jìn)一步提高頂煤回收率是東灘煤礦綜放開(kāi)采所面臨的最主要問(wèn)題。

1 綜放開(kāi)采煤炭損失分析

放頂煤開(kāi)采，煤炭回收率偏低主要是由兩個(gè)方面的因素引起的：一方面是放頂煤開(kāi)采設(shè)計(jì)決定的損失，另一方面是放煤工藝造成的煤炭損失，而這些損失有的是可以避免和減少的，有的則是不可避免的。

1.1 放頂煤開(kāi)采設(shè)計(jì)造成的損失 ①護(hù)巷煤柱損失。其中包括區(qū)段煤柱、上（下）山煤柱和采區(qū)隔離煤柱等，如采用無(wú)煤柱開(kāi)采，該部分煤炭損失將明顯減少。②開(kāi)采參數(shù)的影響。如工作面寬度、工作面推進(jìn)距離（工作面走向長(zhǎng)度）等，增大工作面寬度可使順槽煤柱損失的比率減少，而加大工作面推進(jìn)長(zhǎng)度則可降低首、末采煤炭損失的比率。③首末采損失。為了確?；夭煽臻g及支架撤除時(shí)的安全，工作面首末采時(shí)都是人為地留有部分頂煤不放，從而造成煤炭的損失。④端頭損失。為了保護(hù)工作面兩端的出口，綜放工作面兩端頭通常各留2～3組支架不放頂煤，這部分損失率隨工作面傾斜寬度的增加而減少。

1.2放煤工藝引起的煤炭損失 ①煤層厚度引起的損失。隨著工作面的推進(jìn)，頂煤的運(yùn)動(dòng)和破壞一直處于變化之中，而頂煤破壞的發(fā)展在厚度方向是有一定范圍的。因此，當(dāng)頂煤厚度較大時(shí)，上位頂煤不能充分松散，不易放出，使頂煤的損失增大；當(dāng)頂煤厚度較小時(shí)，放煤的初期就容易造成混矸，從而降低煤炭的放出率。②放煤步距的損失。理想的放煤步距應(yīng)是使得頂煤上方的矸石與后方矸石同時(shí)到達(dá)放煤口，這樣可取得最好的放煤效果。放煤步距過(guò)大則頂煤上方的矸石首先到達(dá)放煤口，使后面的頂煤不能放出，而放煤步距過(guò)小則在放煤初期后方矸石就涌入放煤口，使上部的頂煤不能全部放出。③放煤方式的損失。合理的放煤方式應(yīng)使得煤矸接觸面均勻下沉，從而使煤矸有效地分開(kāi)，最大限度的回收頂煤而減少混矸。放煤過(guò)程中如不能很好地控制放煤方式，放出的頂煤混矸就會(huì)很嚴(yán)重。目前綜放工作面的放煤方式主要有單輪順序、單輪間隔和多輪順序放煤，但無(wú)論采用什么樣的放煤方式煤炭損失和混矸是不可避免的。④頂煤破壞程度的影響。頂煤的有效破碎是頂煤順利放出的前提，當(dāng)頂煤強(qiáng)度較大、破碎不夠充分時(shí)，移架后冒落的頂煤呈大塊，可形成臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，或移架后不能在切頂線后方及時(shí)斷裂，形成懸頂。無(wú)論大塊還是懸頂，都會(huì)使大量的頂煤丟失而降低回收率。

此外，支架的架型、移架速度、放煤速度及放煤工的素質(zhì)等都會(huì)對(duì)頂煤的損失造成一定的影響，從而造成頂煤回收率降低。

1.3煤炭損失構(gòu)成 根據(jù)綜放工作面煤炭損失量的分析，各部分損失的構(gòu)成如下：①設(shè)計(jì)造成損失量（49％）。其中順槽煤柱（33％），采區(qū)隔離煤柱（4％），采區(qū)巷道（10％），上下山煤柱及其它（2％）。②工藝造成損失量（51％）。其中工作面首末采（4％），放頂煤工藝（40％），端頭損失（5%），其它（2％）。

由此可以看出，順槽煤柱和放煤工藝造成的煤炭損失約占77％。因此，深入研究綜采放頂煤工作面的設(shè)計(jì)和放煤工藝，是提高綜放開(kāi)采煤炭回收率的主要途徑。

2東灘煤礦提高綜放工作面煤炭回收率的主要技術(shù)及管理方法

東灘煤礦1304綜放工作面位于東翼一采區(qū)中部，井下標(biāo)高平均為-554.75m，工作面采用“刀把”式布置，合面前走向長(zhǎng)度550.0m，傾向長(zhǎng)度151.40m，合面后走向長(zhǎng)度1906.43m，傾斜寬241.50m，工作面回采3煤，煤厚較穩(wěn)定，平均厚8.51m，傾角為0°～12°，平均為6°左右，采3.0m，放5.51m，可采儲(chǔ)量為W可（488.57萬(wàn)噸）。

2.1 合理布置工作面 ①東灘煤礦在使用綜放開(kāi)采初期，工作面沿空側(cè)護(hù)巷煤柱為7.5m。在回采過(guò)程發(fā)現(xiàn)煤柱變形較大、起不到支撐作用，且端頭三角區(qū)壓力顯現(xiàn)明顯、維護(hù)困難。通過(guò)對(duì)巷道頂板結(jié)構(gòu)及應(yīng)力分析，發(fā)現(xiàn)護(hù)巷煤柱需增大到50m以上方可起到支撐作用，或者采用沿空掘巷的方式減小護(hù)巷煤柱。如果留取50m的護(hù)巷煤柱，煤炭浪費(fèi)過(guò)多，不符合提高煤炭資源回收率的要求。針對(duì)這一狀況，東灘煤礦在東翼一采區(qū)設(shè)計(jì)工作面時(shí)，采用沿空掘巷，將護(hù)巷煤柱減小到3.5m，端頭三角區(qū)壓力及巷道變形明顯減小，維護(hù)難度大大降低，同時(shí)也降低了因護(hù)巷煤柱過(guò)大造成的資源浪費(fèi)。②減小巷道寬度，提高巷道頂板支護(hù)強(qiáng)度。巷道頂板上方的頂煤一般無(wú)法回收，如果巷道寬度加大，頂煤浪費(fèi)必然增加。東灘煤礦1304綜放工作面將軌順巷道寬度由以前的5.2m減小到3.2m，將原來(lái)布置在軌順的移動(dòng)電站布置到運(yùn)順皮帶機(jī)尾承載段上，軌順巷道只用于通風(fēng)和輔助運(yùn)輸，極大地提高了煤炭回收率。③增加工作面傾斜寬度和走向長(zhǎng)度。東灘煤礦1304綜放工作面傾斜寬241.5m，走向長(zhǎng)2456.43m，延長(zhǎng)了綜放工作面的回采時(shí)間，減少了搬家換面次數(shù)，降低了因初采和末采造成的頂煤損失。

2.2 合理選擇綜放工作面液壓支架架型 液壓支架架型對(duì)頂煤回收率的影響主要表現(xiàn)在以下方面：①頂煤放出以頂煤得到充分破碎和松散為前提。采用高位放頂煤支架時(shí)，頂煤松散的空間較小，因而頂煤的松散高度和松散程度較小，不利于頂煤的放出。而低位放頂煤支架則由于可松散的空間增大，為頂煤的破碎和放出提供了良好的條件，因而頂煤易于放出，使頂煤的回收率相對(duì)提高。②液壓支架長(zhǎng)度的影響。在液壓支架拉移步距相同的情況下，液壓支架對(duì)頂煤的反復(fù)作用次數(shù)取決于支架梁端至放煤口的距離，低位液壓支架頂梁較長(zhǎng)，頂煤受液壓支架升降作用次數(shù)增加，到達(dá)放煤口時(shí)能夠充分破碎成松散煤體，有利于頂煤的放出，有效提高了煤炭回收率；高位放頂煤支架頂梁較短，頂煤受液壓支架升降作用的次數(shù)少，不利于頂煤破碎，影響放煤效果，造成煤炭回收率降低。因此，從提高回收率的角度出發(fā)，應(yīng)首選低位放頂煤液壓支架。

東灘煤礦1304綜放工作面液壓支架選用自主研發(fā)的ZFY8500/2.2/4.0D支架，該液壓支架為兩柱掩護(hù)式放頂煤支架，支架頂梁為整體結(jié)構(gòu)，主頂梁長(zhǎng)度5.4m，支架總長(zhǎng)11.5m。液壓支架支護(hù)距離長(zhǎng)，在移架過(guò)程中，頂梁上方的頂煤在支架的作用下，到達(dá)放煤口時(shí)能夠充分破碎成松散煤體，有效避免了因大塊煤放不下來(lái)造成回收率降低的現(xiàn)象。

2.3 端頭支架鉸網(wǎng)放煤 東灘煤礦1304綜放工作面端頭支架采用頭3尾4的布置方式（即機(jī)頭3組端頭支架，機(jī)尾4組端頭支架），支架寬1.75m，即端頭支架支護(hù)寬度為12.25m。以往為減小兩端頭三角區(qū)頂板的影響，工作面兩端頭支架不放煤，造成資源浪費(fèi)較大。1304工作面兩端頭支架上鋪設(shè)金屬網(wǎng)，很大程度地改善了兩端頭三角區(qū)的支護(hù)問(wèn)題，同時(shí)在支架后通過(guò)鉸網(wǎng)放煤，不但能將端頭支架上的頂煤放出，還能將巷道頂板上的部分頂煤放出，大大地提高了資源的回收率。

2.4 初采鉸網(wǎng)放煤 東灘煤礦1304綜放工作面頂板初次來(lái)壓步距預(yù)計(jì)約為40—50m。工作面切眼為矩形斷面，凈寬8500mm，凈高3200mm，凈斷面積達(dá)到27.2m2，頂板鋪聯(lián)金屬菱形網(wǎng)，按照800mm的間距錨固梯型鋼帶，均勻布置13根Ф22mm×2400mm的右旋無(wú)縱筋樹(shù)脂錨桿和3排Ф22mm×8500mm錨索，錨索間距1600mm。為減小工作面頂板初次來(lái)壓步距，1304工作面在安裝支架時(shí)提前將頂網(wǎng)鉸開(kāi)，回采至12m時(shí)，工作面出現(xiàn)初次來(lái)壓，65#架至機(jī)尾采空區(qū)頂板初次垮落，回采至21m時(shí)，工作面采空區(qū)頂板全部垮落，比預(yù)計(jì)提前約20m，減小了初次來(lái)壓步距，有效提高了資源回收率。

1304工作面通過(guò)減小順槽護(hù)巷煤柱厚度和軌道順槽寬度多回收煤炭：W1=（4×8.51+2×5.51）×2456.43×1.32×87%

=45.06×2456.43×1.32×87%

=127382.35噸

1304工作面通過(guò)端頭支架鉸網(wǎng)放煤多回收煤炭：

W2=12.25×5.51×2456.43×1.32×87%

=190408.03噸

1304工作面通過(guò)初采鉸網(wǎng)放煤多回收煤炭：

W3=20×5.51×241.5×1.32×87%=30562.7噸

通過(guò)采取以上措施共計(jì)多回收煤炭：

W= W1+ W2 +W3

=127382.35+190408.03+30562.70

=348353.08噸

煤炭回收率提高比率為：

P= W÷W可

= 348353.08÷4885700×100%

=7.13%

1304綜放工作面通過(guò)減小順槽煤柱厚度和軌道順槽寬度、端頭支架鉸網(wǎng)放煤、初采鉸網(wǎng)放煤等措施后，煤炭回收率提高達(dá)7.13%。

2.5 放煤工藝的管理 綜采放頂煤的工藝參數(shù)主要包括放煤步距、放煤方式和放煤方向等。頂煤厚度較小時(shí)，采用單輪間隔放煤效果較好，頂煤厚度較大時(shí)采用多輪順序放煤方式效果較好。放煤步距必須與頂煤厚度、架型、頂煤斷裂角及松散煤巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律等相適應(yīng)。最佳的放煤步距使頂部和采空區(qū)側(cè)的矸石同時(shí)到達(dá)到放煤口。經(jīng)過(guò)多個(gè)工作面的摸索，東灘煤礦1304綜放工作面放煤工藝采用一刀一放，多輪順序放煤，放煤效果明顯提高。

3 總結(jié)

結(jié)合我礦在回采綜放工作面的經(jīng)驗(yàn)，提高綜放工作面回收率可從以下幾方面抓起：①減小順槽護(hù)巷煤柱和順槽寬度，提高巷道支護(hù)質(zhì)量。②加強(qiáng)端頭支護(hù)，兩端頭支架剪網(wǎng)放煤。③減小工作面頂板初次來(lái)壓步距。④加強(qiáng)綜放工作面工藝管理，尤其是放頂煤工藝管理，加強(qiáng)放煤工的技術(shù)培訓(xùn)，提高放煤技能和責(zé)任心。⑤建立健全放煤管理制度，嚴(yán)格執(zhí)行提高煤炭回收率的各項(xiàng)規(guī)定。⑥強(qiáng)化計(jì)量管理和煤質(zhì)管理，提高回收率統(tǒng)計(jì)的科學(xué)性、可靠性。