提高綜采放頂煤回采率的方法探究

常 華

（霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦，山西 霍州 031412）

0 引 言

綜采放頂煤開(kāi)采具有產(chǎn)量大、效率高、頂板管理簡(jiǎn)單、巷道掘進(jìn)率低、節(jié)約成本等明顯優(yōu)點(diǎn)而被越來(lái)越多的采用，是一項(xiàng)非常具有發(fā)展前景的實(shí)用采煤技術(shù)，然而由于工藝本身及粗放管理、設(shè)計(jì)滯后等問(wèn)題造成了綜放開(kāi)采的回采率不高的問(wèn)題。國(guó)家規(guī)定：對(duì)于厚煤層，采區(qū)回采率不得低于75%，工作面回采率不得低于93%，回采率既能反映技術(shù)管理水平，又能評(píng)價(jià)綜放工藝水平，如何提升綜放工作面回采率意義重大。本文以山西焦煤霍州煤電辛置煤礦10-422工作面為研究對(duì)象，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)分析及前期設(shè)計(jì)，探究提高工作面回采率的方法，并投入生產(chǎn)實(shí)踐。

1 工作面概況

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

山西焦煤霍州煤電辛置煤礦10-422工作面平均煤厚 6.9m，煤層傾角 2～9°，埋深 301m～395m，工作面走向長(zhǎng)537m，傾向長(zhǎng)96～210m，采用綜采放頂煤開(kāi)采，全部垮落法管理頂板。

工作面所采10#煤層厚度不穩(wěn)定，瓦斯相對(duì)涌出量為0.46m3/t，為低瓦斯煤層，爆炸性煤層。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、含兩層或三層夾矸，煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。

2 煤炭損失因素分析

2.1 工藝損失

綜采放頂煤采煤方法因其存在大面積頂板垮落來(lái)壓的危險(xiǎn)，不得不采用留煤的方式控制頂板垮落，主要表現(xiàn)在初采、末采、端頭支護(hù)等位置。

1）初采損失。在工作面回采初期，為防止大面積空頂造成的大面積來(lái)壓，上部煤炭不能立即放出，而是在工作面推進(jìn)10m左右之后才開(kāi)始放頂煤，這部分不能放出的煤構(gòu)成了初采損失。

2）末采損失。在接近工作面停采線的10～20m范圍內(nèi)，需要為工作面拆除做準(zhǔn)備，此時(shí)移架后需要鋪設(shè)金屬網(wǎng)，不再放頂煤，這部分損失量構(gòu)成了末采損失。

3）端頭支護(hù)損失。為了維護(hù)區(qū)段巷道的穩(wěn)定，保證安全出口，工作面兩端各兩架端頭支護(hù)部分不能放頂煤，約為3m，回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷寬度分別為3.8m、4.3m不能放頂煤，合計(jì)14.1m，即沿工作面走向有一條寬為14.1m的條帶頂煤無(wú)法放出，這部分構(gòu)成了端頭支護(hù)損失。

圖1 綜采放頂煤工作面煤炭損失平面示意圖

綜上，如圖1所示，工藝損失中的初采、末采損失量在綜采放頂煤工作面總損失量的占比中幾乎是固定的，端頭支護(hù)損失量寬度也是固定的，由體積推算損失率，可得工藝損失回采率計(jì)算公式如下：

式中：η為工藝損失回采率，%；L為工作面走向長(zhǎng)度，m；N為工作面傾向長(zhǎng)度，m；H 為煤厚，m；Lc為初采長(zhǎng)度，m；Lm為末采長(zhǎng)度，m；hf為放頂煤厚度，m。

經(jīng)計(jì)算，10-422工作面工藝損失回采率η為5.3%。

2.2 放頂煤損失

放頂煤損失是綜放過(guò)程損失量占比最大的環(huán)節(jié)，可以達(dá)到總損失量的75%以上。

1）安息腳減小。研究顯示，煤炭自然滑落時(shí)的安息腳為40～45°，但支架前移后，煤矸石的沖擊造成安息腳減小，中間夾角區(qū)域形成一個(gè)混合了煤矸的損失區(qū)。

2）煤層難冒放的問(wèn)題。部分頂煤因硬度較大，無(wú)法隨工作面推進(jìn)而自由冒落，必須加以人工弱化松動(dòng)，而弱化實(shí)施不到的地方就有可能造成煤炭損失。

3）放頂煤步距。放煤步距是指采煤機(jī)循環(huán)次數(shù)與放頂煤次數(shù)的關(guān)系，在回采過(guò)程中，放頂煤步距使煤炭的損失量在工作面走向上呈現(xiàn)出波浪型的周期性變化，在工作面傾向上呈現(xiàn)出條帶狀。

2.3 煤柱損失

在設(shè)計(jì)工作面巷道布置時(shí)，采區(qū)、上下山都要保留部分隔離煤柱、護(hù)巷煤柱等，這些煤柱的留設(shè)增加了回采率的損失。

2.4 施工管理

主要體現(xiàn)在，操作時(shí)不按照規(guī)程規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行割煤工序造成底煤損失、不按照放頂步距操作造成煤炭遺留等。

3 提高回采率的方法探究

1）降低工藝損失回采率。辛置煤礦在工藝方面的損失量較大，其原因是因?yàn)楣ぷ髅娌贾貌缓侠?，由公式?）可知，當(dāng)工作面走向長(zhǎng)度、傾向長(zhǎng)度均增大時(shí)，分子增大幅度遠(yuǎn)小于分母增大幅度，工藝損失回采率η變小，因此，在設(shè)備及地質(zhì)條件允許的條件下，盡可能增大工作面長(zhǎng)度有利于提高回采率。

2）弱化頂煤。在工作面前方，使用深孔爆破、水力壓裂等方式弱化頂板，增加煤體裂隙發(fā)育程度。實(shí)踐表明，采用注水方式弱化頂板的方法，在減小頂煤冒放難度的同時(shí)增加了煤體含水率，降低采煤過(guò)程中的工作面粉塵濃度。

3）放頂煤步距參數(shù)確定。10-422工作面采用MGD150-NW型采煤機(jī)割煤，截深0.6m，分別考察放煤步距為0.6m、1.2m、1.8m（即“一采一放”“兩采一放”“三采一放”）對(duì)回采率的影響，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 不同放頂煤步距對(duì)回采率的影響統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)對(duì)比，“一采一放”時(shí)雖然回采率較高，但灰分、含矸率較高，煤質(zhì)差；“兩采一放”與“三采一放”回采率相近，但“三采一放”雙輪順序放煤方式放煤時(shí)間短、回采率高，是最優(yōu)選擇。

3）優(yōu)化巷道布置。在工作面布置的設(shè)計(jì)初期，綜合考慮礦壓顯現(xiàn)與煤柱留設(shè)問(wèn)題，盡可能的減小煤柱留設(shè)，降低煤炭損失。

4）加強(qiáng)施工管理。嚴(yán)格控制工作面推進(jìn)速度，以保證支架后頂煤有充足的時(shí)間破碎、垮落，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況決定是否組織采放平行作業(yè)。加強(qiáng)采煤司機(jī)培訓(xùn)，割煤時(shí)，要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，保證沿底板割煤，提高工序質(zhì)量；放煤時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行放煤步距和順序，降低底板煤炭損失。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）由公式（1）可知，當(dāng)工作面走向長(zhǎng)度、傾向長(zhǎng)度均增大時(shí)，分子增大幅度遠(yuǎn)小于分母增大幅度，工藝損失回采率η變小，因此，在設(shè)備及地質(zhì)條件允許的條件下，盡可能增大工作面長(zhǎng)度有利于提高回采率。

2）在綜合考慮煤質(zhì)、操作簡(jiǎn)便性、放煤時(shí)間等因素的基礎(chǔ)上，合理選擇放煤步距有利于提高回采率。

3）采用注水方式弱化頂板的方法，在減小頂煤冒放難度的同時(shí)增加了煤體含水率，降低采煤過(guò)程中的工作面粉塵濃度。

4）在設(shè)備及地質(zhì)條件允許的條件下，盡可能增大工作面長(zhǎng)度有利于提高回采率。