煤礦放頂采煤工作面支護(hù)裝備及單一長壁綜采放頂煤工藝

來守國

(七臺河市慧泉電力燃料有限公司，黑龍江 七臺河 154600)

1 放頂采煤法

目前，放頂采煤法是我國開采厚煤層時常用的采煤方法，如整層放頂煤采煤法，預(yù)采頂分層放頂煤采煤法，巷道布置。

2 放頂采煤工作面支護(hù)裝備

隨著放頂煤采煤技術(shù)的發(fā)展，支護(hù)裝備已經(jīng)成熟，標(biāo)志之一是研制和形成了系列性的綜采放頂煤液壓支架，按照放煤機(jī)構(gòu)，其位于液壓支架掩護(hù)梁下部、中部或上部，可以分為低位放頂煤支架、中位放頂煤支架和高位放頂煤支架等三種類型。通過頂粱中部窗口放煤的支架，也屬于高位放頂煤支架。

2.1 低位放頂煤支架

低位放頂煤支架的頂粱較長，一般具有鉸接前探梁、伸縮梁與護(hù)幫板，控頂距大，有利中硬頂煤的破碎，并利用位于掩護(hù)梁下部的插板機(jī)構(gòu)低位放頂煤。工作面鋪設(shè)兩部輸送機(jī)。前輸送機(jī)運(yùn)送采煤機(jī)正常割下的煤，后輸送機(jī)鋪在底板上，能夠最大限度地回收頂煤。目前，我國現(xiàn)場使用的放頂煤支架基本上屬于這種類型，如ZFY8500/21/40D支架、ZFYI0000/23/34支架、ZF13000/25/38支架以及ZF8000/20/38等，都屬于此種類型。

兩柱掩護(hù)式低位放頂煤支架的頂粱相對較短，支護(hù)面積小，支護(hù)強(qiáng)度高。可采用整體頂梁，結(jié)構(gòu)簡單，頂梁前端支撐力大，利于工作面端面頂扳控制。立柱受力均衡，有利于發(fā)揮支架的支護(hù)能力。操作一排立柱，移架速度快，便于實(shí)現(xiàn)電液伺服控制。

2.2 中位放頂煤支架

圖1所示為單鉸結(jié)構(gòu)的ZFS3000/19/28型中位放頂煤支架，除支架底座前側(cè)聯(lián)接前輸送機(jī)，在支架底座上的后部還放置后輸送機(jī)。放煤窗口設(shè)在掩護(hù)梁的下部，由于支架后鉸點(diǎn)較高，應(yīng)屬于中位放頂煤。這種支架的優(yōu)點(diǎn)是支架穩(wěn)定性及密封性好，缺點(diǎn)是冒落于窗口下的頂煤在支架的后方，不能回收。

1-伸縮梁；2-伸縮梁千斤頂；3-側(cè)推千斤頂；4-頂梁；5-擺桿千斤頂；6-擺動桿；7-掩護(hù)梁；8-放煤千斤頂；9-底座；10-后輸送機(jī)千斤頂；11-立柱；12-推移千斤頂及框架；13-放煤板圖1 ZFS3000/19/28型中位放頂煤支架Fig.1 ZFS3000 / 19/28 type mid-position caving coal support

3 頂煤放出規(guī)律

頂煤的放出過程比較復(fù)雜，受支架尾梁、頂煤破斷角、頂煤破碎程度、放煤口位置與大小等眾多因素影響，很難準(zhǔn)確地用數(shù)學(xué)公式表示。為了說明頂煤的放出過程，利用金屬礦山的放礦理論來解釋。

4 單一長璧綜采放頂煤工藝及參數(shù)

4.1 回采工藝

根據(jù)我國近年來在緩斜厚煤層中使用放頂煤采煤法的經(jīng)驗(yàn)，以采用低位放頂煤支架的綜放工藝為例，簡單說明單一長壁綜采放頂煤采煤工作面的回采工藝過程：第一，采煤機(jī)割煤。第二，移架。第三，推移前刮板輸送機(jī)。若一次推移能夠到位，可在距采煤機(jī)后滾筒約10 m處逐節(jié)依次完成輸送機(jī)推移，即完成一個常規(guī)性的綜采循環(huán)。第四，放頂煤。根據(jù)頂煤放落的難易程度，放頂煤工作可以是順序逐架依次放煤，也可以是間隔放煤。第五，拉移后刮板輸送機(jī)。確保后輸送機(jī)具有一定的彎曲長度。第六，端頭放煤工藝。為了維護(hù)工作面兩端頭處頂煤的穩(wěn)定性，在端頭處各留2～4個支架不放頂煤，這降低了煤炭的采出率，也不利于采空區(qū)防火。為了解決這個問題，國內(nèi)已經(jīng)研制了ZTF5400-22/32等型號的端頭放頂煤支架以及運(yùn)輸平巷放頂煤支架，可使工作面煤炭采出率提高2%～3%。

4.2 主要放煤工藝參數(shù)

4.2.1 采放比

采高與支架的穩(wěn)定性、通風(fēng)斷面大小有關(guān)。目前，一般綜采放頂煤工作面采高在3.0 m左右。增大采高以后，有利于工作面通風(fēng)和頂煤充分破碎，但不利于防治煤壁片幫和控制端面冒頂。

頂煤高度決定著循環(huán)放煤時間。頂煤高度越大，放煤時間越長，相應(yīng)增加了循環(huán)作業(yè)時間，影響工作面的推進(jìn)速度，不利于采場礦山壓力控制和預(yù)防煤層自然發(fā)火。

當(dāng)采高較小、頂煤高度過大時，由于放出前頂煤松散破碎的高度小，上部頂煤破碎不充分，放出困難。當(dāng)采高較大、頂煤高度過小時，直接頂容易和頂煤一起放出，混矸嚴(yán)重，頂煤放出率低。對于綜放開采而言，根據(jù)煤層厚度不同，我國的采放比一般在1∶0.8～1∶3.0。

4.2.2 放煤步距

放煤步距與頂煤厚度、頂煤的破碎程度、放煤口的位置以及頂煤冒落時的垮落角等因素有關(guān)。如果放煤步距太大，則頂煤上部的矸石較早到達(dá)放煤口，在采空區(qū)側(cè)將留有較大的三角煤放不出來；如果放煤步距太小，則采空區(qū)后方矸石易混入放煤口，影響煤質(zhì)，并誤認(rèn)為頂煤已放完而停止放煤，造成上部頂煤丟失。

4.2.3 放煤方式

放煤方式是指順工作面布置方向的放煤順序、次數(shù)，同時打開放煤口數(shù)和放煤量大小的配合方式，如圖2所示，主要有單輪順序放煤、單輪間嗝多口放煤和多輪間隔順序等量放煤。

圖2 放煤方式示意圖Fig.2 Schematic diagram of coal caving method

5 放頂煤采煤法的優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)性

5.1 放頂煤采煤法優(yōu)點(diǎn)

放頂煤開采是厚煤層開采的主要方法之一，推動了我國安全高效的礦井建設(shè)，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，有利于合理集中生產(chǎn)。放頂煤開采，實(shí)行采、放平行作業(yè)，與厚煤層分層開采相比，工作面單產(chǎn)和工效可同時提高80%～100%，巷道掘進(jìn)率一般降低100%～200%。第二，對煤層及地質(zhì)條件具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，采煤成本大大降低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5.2 放頂煤采煤法存在問題

放頂煤采煤法存在采出率低、工作面煤塵大、自然發(fā)火、瓦斯積聚隱患較大。必須采取嚴(yán)格的防治措施，并在應(yīng)用中注意其適用條件。