特厚煤層綜放工作面放煤工藝頂煤回收率試驗(yàn)研究

趙 建 偉

（大同煤礦集團(tuán)總調(diào)度室，山西 大同037003）

0 引 言

綜放開(kāi)采工藝相較大采高和分層開(kāi)采有著高效、高產(chǎn)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。而決定放頂煤回采率因素眾多，如放煤步距、放煤順序、放煤方式以及采放比都會(huì)不同程度的影響，因此，進(jìn)行“一面一冊(cè)”確定的最佳放煤參數(shù)對(duì)放頂煤開(kāi)采效率提升意義非凡[1-3]。蔣金泉利用離散元的數(shù)值模擬方法重點(diǎn)研究了綜放頂煤放出規(guī)律與放煤步距，對(duì)于中厚煤層確定了一采一放、平行作業(yè)的采放工藝，提高頂煤的回收水平[4]。田多基于橢球體理論，將放煤步距列為重心變量，通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算放出率關(guān)系研究，從而提出了不同頂煤厚度應(yīng)采用的最佳放煤步距[5]。王家臣基于BBR 的基礎(chǔ)上，以特厚煤層綜放工作面為試驗(yàn)對(duì)象，將順序放煤和普通間隔放煤方式相比，得出了分段大間隔放煤方式擴(kuò)大了可放出區(qū)域，減少了架間殘煤，使頂煤采出率大幅提高。水平分段綜放開(kāi)采放煤方式優(yōu)化研究合理放煤間隔對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)放煤方式進(jìn)行優(yōu)化，提高了其頂煤采出率[6]。劉全認(rèn)為采放比對(duì)放頂煤回收率影響巨大，最終得出了試驗(yàn)工作面的最佳采放比，提高了頂煤放煤效果[7]。上述研究針對(duì)放頂煤的放煤步距、放煤方式以及采放比進(jìn)行了研究，本文基于前人研究成果的基礎(chǔ)上，以塔山煤礦特厚煤層綜放工作面為例，力求通過(guò)特定的放煤順序，提高放煤工藝水平。

1 試驗(yàn)工作面開(kāi)采地質(zhì)條件

同煤集團(tuán)塔山煤礦目前開(kāi)采C3-5# 層煤，8101綜采工作面位于C3-5#層一盤(pán)區(qū)，北部為礦界保護(hù)煤柱，南部緊鄰1070 盤(pán)區(qū)巷保護(hù)煤柱，西部為塔山礦首采工作面8102 采空區(qū)，東部與山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)兩礦井相鄰。一盤(pán)區(qū)煤層平均厚度約為20.08m。工作面走向長(zhǎng)度1445m，工作面面長(zhǎng)231m。C3-5#層煤直接頂為3.5m 砂質(zhì)泥巖，老頂為6.44m粗砂巖，直接底為5.23m 砂質(zhì)泥巖，老底為4.4m 粗砂巖。該工作面煤層傾角平均2°，工作面蓋山厚度在400～500m 之間。由于屬于特厚煤層工作面，因此采用放頂煤工藝回采，液壓支架選用綜放ZF15000/27.5/42 型，采煤機(jī)選用艾克夫SL-500 型。工作面采高確定為3.8m，得出放煤高度16.28m，采放比為1：4.28。截割深度為0.8m，通過(guò)橢球放礦體理論測(cè)算確定放煤步距為0.8m。

2 回采工作面放煤工藝缺陷

塔山礦從投產(chǎn)以來(lái)，一直從在實(shí)踐中研究放煤工藝，力求在地質(zhì)條件穩(wěn)定的情況下不斷提高煤質(zhì)質(zhì)量。塔山礦放煤工藝的截至目前主要分為兩個(gè)階段，即2008 年～2013 年期間的單輪順序放煤階段、2014 年～2016 年4 月期間的單輪間隔順序分層放煤階段。然而在應(yīng)用上述放煤工藝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)期間大量矸石進(jìn)入煤流系統(tǒng)中，嚴(yán)重影響精煤產(chǎn)率。從現(xiàn)場(chǎng)大量頂板鉆孔觀測(cè)結(jié)果可知，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含2～4 層夾矸，平均夾矸厚度0.98m。在放煤時(shí)為了提高頂煤回收率，此部分矸石會(huì)進(jìn)入煤流系統(tǒng)中。由于垮落角存在，頂煤冒落時(shí)為橢球體形狀，放其中一架頂煤時(shí)，相鄰支架的頂煤也會(huì)部分放下，上部矸石也會(huì)隨著放下。以上兩種放煤工藝均為順序放煤，如果其中一架放干凈，相鄰支架會(huì)竄入大量矸石，再放相鄰支架時(shí)，大量矸石會(huì)過(guò)多的進(jìn)入煤流系統(tǒng)中。此部分矸石嚴(yán)重影響了精煤產(chǎn)率。在分析并總結(jié)放煤工藝的基礎(chǔ)上，從頂煤垮落角入手，對(duì)放煤工藝進(jìn)行優(yōu)化。綜放工作面頂煤垮落角為60°，根據(jù)此垮落角，分析支架間頂煤放出的重合區(qū)域及本架放煤后周?chē)纬傻膸r石區(qū)域?qū)ζ渌Ъ芊琶旱挠绊憽?/p>

3 放煤工藝優(yōu)化研究

圖1 分段間隔四級(jí)一次放煤工藝放煤示意圖

為此，在塔山礦8101 工作面“單輪順序”、“單輪間隔”、“單輪分段間隔”三種試驗(yàn)方式。前兩種操作方式本文由于篇幅限制不做贅述，主要介紹“大中小微”式的單輪分段間隔放煤法，其操作過(guò)程為綜放工作面共安排5 名放煤工，依次編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#，端頭支架～60# 號(hào)支架安排1#、2# 放煤工，61～100# 架安排3#、4# 放煤工，101～工作面尾部安排5#放煤工。支架分為大放支架、中放支架、小放支架、微放支架，放出煤量逐級(jí)減少。1#、3#放煤工主放，先放貼有“大”標(biāo)志牌的支架，再放貼有"中" 標(biāo)志牌的支架，大放支架必須放干凈，中放支架根據(jù)大放支架的實(shí)際情況進(jìn)行放煤。2#、4#放煤工首先對(duì)“小”標(biāo)志牌的支架進(jìn)行放煤，接下來(lái)對(duì)“微”標(biāo)志牌的支架進(jìn)行放煤，小、微支架根據(jù)后擺梁實(shí)際情況進(jìn)行適度放煤。五名放煤工根據(jù)觀察及工作經(jīng)驗(yàn)執(zhí)行" 見(jiàn)矸關(guān)窗" 的原則，5#放煤工依照大、中、小、微標(biāo)志牌支架順序進(jìn)行放煤。

從圖1 中可以看出大放支架間隔7 架，5#支架和13#支架垮落線沒(méi)有交叉，因此大放支架的煤完全放下不會(huì)有矸石流入煤流系統(tǒng)中。然后折返放中放支架，中放支架放下大部分煤時(shí)，才開(kāi)始有矸石混入煤流系統(tǒng)。放小放支架時(shí)，小放支架放下部分煤時(shí)，開(kāi)始有矸石竄入。微放支架頂煤形態(tài)等同于分層間隔1 架小放支架的頂煤狀態(tài)，放此部分煤時(shí)矸石進(jìn)入煤流系統(tǒng)中。

針對(duì)分段間隔四級(jí)一次放煤工藝，煤流系統(tǒng)中矸石來(lái)源主要有三部分，分別為中放支架和小放支架放煤后半程的矸石混入，微放支架放煤過(guò)程中的矸石混入。為了極大限度的降低放煤含矸率，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中，放煤時(shí)先不收回后插板，僅是降低后擺梁的高度，利用矸石與煤容重不同的特點(diǎn)，先讓矸石流入采空區(qū)，然后再收回后插板，讓煤流入后運(yùn)輸機(jī)。

4 實(shí)測(cè)方法與測(cè)量結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了一采一放單輪間隔放煤和分段間隔四級(jí)一次放煤工藝試驗(yàn)，測(cè)定方法為：在工作面兩端頭分別噴漆標(biāo)記以測(cè)定工作面推進(jìn)度，輔以支架激光，確保工作面推進(jìn)度準(zhǔn)確計(jì)數(shù)[8]。沿工作面傾向方向分別在選取間隔20 架支架處向頂煤打鉆探測(cè)頂煤厚度，同時(shí)測(cè)取相應(yīng)的割煤高度，以確定所采煤層厚度；實(shí)測(cè)時(shí)間段內(nèi)，每天檢修班測(cè)量一次；調(diào)取皮帶秤的過(guò)煤量，確定原煤產(chǎn)量；在放煤時(shí)間段內(nèi)隨機(jī)停機(jī)3 次，每次在皮帶上取10 段，每段長(zhǎng)度為1m，人工分選其中的頂板矸石（按巖性與顏色區(qū)分頂板矸石和煤層夾矸），用磅秤稱取煤和頂板矸石的重量，取平均值計(jì)算放煤含矸率當(dāng)日二班工作面開(kāi)始采用單輪順序放煤方式，工作面原煤含矸率為12.6%，頂煤回收率為84%。當(dāng)日夜班進(jìn)行了單輪間隔放煤工藝的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出原煤含矸率為10.4%，頂煤回收率為87%；次日中班采用“單輪分段間隔四級(jí)”放煤方式，工作面原煤含矸率為7.8%，頂煤回收率為89%。最終通過(guò)10d 的測(cè)量周期，判定出合理放煤間隔以及“大中小微”式的分組放煤不僅使精煤產(chǎn)率得到提高，較以往單輪順序放煤提高5%以上，含矸率也明顯減少?！皢屋喎侄伍g隔四級(jí)”放煤工藝方案在頂煤回收率以及含矸率較前兩種方案優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)明顯。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表面，在塔山礦C3-5# 層特厚煤層條件下，既提高了工作面回收率、精煤產(chǎn)率，又降低了煤流系統(tǒng)內(nèi)矸石量，同時(shí)降低了對(duì)洗選設(shè)備的磨損，提高工作面的開(kāi)機(jī)率；并在塔山煤礦多個(gè)綜放工作面進(jìn)行推廣，這一研究結(jié)果可為類似條件下綜放工作面優(yōu)化和選擇放煤工藝參數(shù)提供理論與實(shí)踐依據(jù)。