厚煤層大采高綜放開采的煤巖冒放規(guī)律及放煤工藝參數(shù)研究

張磊ZHANG Lei；王振WANG Zhen；牛宏亮NIU Hong-liang

（山東能源棗莊礦業(yè)集團(tuán)，棗莊 277000）

（Shandong Energy Zaozhuang Mining Group Co.，Ltd.，Zaozhuang 277000，China）

0 引言

世界煤炭工業(yè)發(fā)展的主流就是煤炭資源的安全高效回收，與此同時(shí)這也是煤炭工業(yè)在我國(guó)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在我國(guó)綜采放頂煤技術(shù)廣泛的運(yùn)用在厚及特厚煤層高效集約化開采當(dāng)中，綜采放頂煤技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)將其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)展示在我國(guó)的厚煤層開采當(dāng)中了。在進(jìn)行厚煤層開采的過程當(dāng)中，頂煤運(yùn)移規(guī)律會(huì)因?yàn)轫斆何锢砹W(xué)的不均勻性而具有相當(dāng)大的難度。含矸率的降低、采出率的提高、頂板控制以及綜放工作面的放冒效果等都會(huì)因?yàn)轫斆旱淖冃纹茐呐c運(yùn)移特征而受到直接的影響。本文主要針對(duì)厚煤層大采高綜放開采的煤巖冒放規(guī)律及放煤工藝參數(shù)進(jìn)行了研究，希望能夠?qū)ξ覈?guó)煤礦開采業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展起到一定的幫助作用。

1 影響厚煤層大采高綜放開采的煤巖冒放規(guī)律的主要因素概述

開采技術(shù)因素和地質(zhì)賦存因素是影響煤層綜放采場(chǎng)的頂煤冒放性的決定因素。在這兩個(gè)因素當(dāng)中起到客觀決定作用的就是地質(zhì)賦存因素，而且地質(zhì)賦存因素還是進(jìn)行頂煤冒放的首要條件，其中能夠進(jìn)行人為控制調(diào)節(jié)的上就是開采技術(shù)因素，所以在進(jìn)行厚煤層大采高綜放開采時(shí)必須要選擇可以使頂煤冒放性得以改善或者可以與之相適應(yīng)的開采工藝參數(shù)來進(jìn)行[1]。

1.1 頂煤冒放性受到的地質(zhì)賦存因素的影響 ①開采深度的影響：支撐壓力以及原巖應(yīng)力的大小直接受到了煤層賦存深度的影響。煤體內(nèi)的應(yīng)力隨著開采深度的不斷加大也會(huì)變得越來越大，而且還會(huì)具有越來越強(qiáng)大的對(duì)頂煤的破壞作用。受到超前支承壓力的影響，綜放面煤壁前方頂煤會(huì)出現(xiàn)一定程度的松散、破碎或者變形，頂煤能不能夠被順利的放出的前提就是這些變化程度。②煤層自身的強(qiáng)度：煤層本身的破壞難易程度得以衡量的主要標(biāo)準(zhǔn)就是所謂的煤層強(qiáng)度。從嚴(yán)格意義上來講，煤層強(qiáng)度是一個(gè)復(fù)雜的綜合指標(biāo)，其中包括煤體的硬度、裂隙發(fā)育程度以及煤體的厚度等都與煤層強(qiáng)度有著直接的關(guān)系[2]。根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)表明，煤層擁有越大的抗壓強(qiáng)度，煤體受到破壞就會(huì)出現(xiàn)越大的所需要的應(yīng)力，最終導(dǎo)致煤體很難受到破壞，并降低了頂煤的破碎程度。③頂煤節(jié)理裂隙的影響：地質(zhì)弱面和構(gòu)造不同程度的存在于一般巖體當(dāng)中，這種情況同樣在煤層中存在。在形成以后，煤層經(jīng)歷的地質(zhì)歷史發(fā)展過程是及其漫長(zhǎng)的，很多的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)都出現(xiàn)在這一時(shí)期，所以，有大量的原生裂隙存在于煤層當(dāng)中，與此同時(shí)，煤層中裂隙的變化也可以由開采時(shí)的震動(dòng)熱造成。所以，裂隙的產(chǎn)生、發(fā)展和壓實(shí)就成為了煤體破壞和變形過程中的主要表現(xiàn)。因?yàn)榱严兜陌l(fā)展和貫通會(huì)導(dǎo)致煤體的破壞，所以對(duì)頂煤破碎進(jìn)行控制的主要因素就是煤層的采動(dòng)裂隙以及原生裂隙，從而這里我們可以看出，頂煤的可放性以及破碎程度受到了貫通裂隙的方向和密度的直接影響。裂隙的貫通過程以及煤層微裂隙的發(fā)育就是煤層破壞的實(shí)質(zhì)[3]。節(jié)理裂隙發(fā)育的煤層以及具有較差完整性的煤體，所以在支撐壓力的作用下，頂煤很容易發(fā)生破碎的現(xiàn)象，所以通常來講，頂煤具有冒放性好的特點(diǎn)。

1.2 頂煤冒放性受到的開采技術(shù)因素的影響 ①采放比：通常來講，在軟媒層中的頂煤具有冒放性好以及一語(yǔ)破碎的特點(diǎn)，然而在大采高情況下很難對(duì)端面頂煤進(jìn)行控制，所以可以將采放比適當(dāng)?shù)挠枰詼p小，從而將放頂煤開采的優(yōu)勢(shì)充分的發(fā)揮出來；采用加大底部采高的方法來針對(duì)中硬煤，促進(jìn)頂煤放落空間的加大來實(shí)現(xiàn)頂煤冒落效果的提高。②放煤步距：放煤工藝方式的重要參數(shù)就是放煤步距，在工作面推進(jìn)方向上頂煤的落放距離就是放煤步距決定的。與頂煤垮落角、支架架型以及頂煤厚度等相適應(yīng)這是對(duì)合理的放煤步距的要求。

2 厚煤層大采高綜放開采放煤工藝參數(shù)研究

機(jī)采煤高度在厚煤層大采高綜放開采條件下增加了，與此同時(shí)，頂煤厚度也相應(yīng)的減少了，從而造成了破煤作用以及工作面礦壓的改變，頂煤破碎冒落的空間也因?yàn)椴煞疟鹊淖兓龃?，?duì)促進(jìn)頂煤冒落破碎效果的增大十分有利，下面針對(duì)厚煤層大采高綜放開采放煤工藝參數(shù)進(jìn)行了研究[4]。

2.1 針對(duì)厚煤層大采高綜放開采放煤工藝參數(shù)的優(yōu)化

2.1.1 頂煤損失分析 相對(duì)于其他采煤方法而言，綜放開采的煤炭損失組成是具有一定相似性的，與此同時(shí)，也包括了工作面開采損失以及采區(qū)布置的損失這兩個(gè)非常重要的方面。放煤損失在機(jī)采高度增加以后出現(xiàn)了一定程度的改變[5]。以不同的頂煤冒落的空間位置為根據(jù)，可以將頂煤放落區(qū)劃分為兩個(gè)不同的區(qū)域，也就是可放區(qū)以及不可放區(qū)。將能滾落到放煤口位置范圍以及將支架放煤口打開予以反映的就是所謂的可放區(qū)，通常是指矸安息角以內(nèi)的區(qū)域；將放煤口打開，卻一直無法在煤口范圍落下的就是所謂的不可放區(qū)，通常是指煤矸自然安息角以外區(qū)域。

2.1.2 放煤步距的合理性 對(duì)于含矸率的降低以及采出率的提高而言，選擇科學(xué)合理的放煤步距是非常重要的，如果太大的放煤步距，就會(huì)造成采空區(qū)有頂煤的竄入，出現(xiàn)丟煤的現(xiàn)象；而如果太小的放煤步距，就會(huì)導(dǎo)致窗口容易有矸石混入，從而使煤質(zhì)受到影響，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致操作者認(rèn)識(shí)上的誤差，認(rèn)為已經(jīng)將煤放盡，出現(xiàn)了操作上的丟煤[6]。相對(duì)于放煤口的長(zhǎng)度來講，放煤步距一定要大，從而使放煤一開始就混矸的現(xiàn)象得以避免。

2.2 確定放煤工藝參數(shù) ①首先要確定采高、放煤步距：考慮到頂煤的冒落規(guī)律會(huì)在不同的機(jī)采高度條件下會(huì)有所不同，所以必須要使放煤步距在相應(yīng)采高條件下的匹配性得以確定，在放煤口要同時(shí)納入頂部和采空區(qū)側(cè)的矸石，這是最佳放煤步距[7]。②確定放煤方式：頂煤的回收率以及含矸率會(huì)受到不同的放煤方式的直接影響，可以將頂煤的回收率進(jìn)一步的提高上去，與此同時(shí)，還要控制含矸率在一定的范圍之內(nèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

厚煤層大采高綜放開采放煤時(shí)，要想得到成功的應(yīng)用和推廣，并且將其自身低耗、高效以及高產(chǎn)的的技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分的發(fā)揮出來，必須要對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和分析，與此同時(shí)，還要科學(xué)合理的對(duì)放煤工藝參數(shù)進(jìn)行確定，希望本文的研究能夠幫助到大家。

[1]范維唐，蔡站.中國(guó)厚煤層綜采技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J].煤炭學(xué)報(bào)，1993(1).

[2]閆少宏.水峪煤礦綜放工作面頂煤冒落機(jī)理研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1977，07.

[3]常春，王泳嘉等.人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)評(píng)估綜放開采頂煤可放性研究[J].礦山壓力與頂板管理，1992(3).

[4]鄭雨天等.綜采放頂煤開采頂煤可放性與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)預(yù)測(cè)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1995(3).

[5]劉長(zhǎng)友.直接頂巖層力學(xué)特性對(duì)綜放采場(chǎng)煤巖破壞的影響規(guī)律[J].礦山壓力與頂板管理，2002（1）：64-66.

[6]富強(qiáng).頂煤較薄煤層綜放開采放煤工藝研究[J].礦山壓力與頂板管理,2000(3):2-3.

[7]吳健，陸明心，張勇，郝海金，閻保金，秦風(fēng)華.綜放工作面圍巖應(yīng)力分布的實(shí)驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，Suppl(1).