特厚煤層工作面頂煤冒放性評(píng)價(jià)及放煤工藝

邱曉念

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)塔山煤礦有限公司，山西 大同 037000）

長期以來，我國一直以煤炭作為主要消費(fèi)能源。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，煤炭需求量和開采強(qiáng)度逐漸加大，賦存較好的煤炭資源已經(jīng)逐步開采殆盡，厚煤層煤炭資源的開采逐漸發(fā)展起來。據(jù)相關(guān)資料顯示，在我國現(xiàn)有的賦存煤炭資源中，厚煤層以及特厚煤層占45%左右。因此，厚煤層以及特厚煤層開采技術(shù)得到了快速發(fā)展，目前常見的厚煤層開采方法主要有分層開采、放頂煤開采。其中，放頂煤開采具有成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。頂煤冒放性與放頂煤工藝設(shè)計(jì)密切相關(guān)，頂煤冒放性是指頂煤體在礦山壓力的作用下，其冒落與放出的難易程度，主要影響因素包括：煤層開采深度、煤層強(qiáng)度、煤層厚度、煤層夾矸、煤層頂板、煤體節(jié)理裂隙發(fā)育程度等[4-5]。

1 頂煤冒放性評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)

1.1 頂煤冒放性評(píng)價(jià)方法

頂煤冒放性采用隸屬度評(píng)價(jià)方法，隸屬度評(píng)價(jià)因素包括開采深度與煤層強(qiáng)度比值（H/RC）、直接頂巖性、基本頂級(jí)別、采放比、煤層節(jié)理裂隙、夾矸層厚度及強(qiáng)度，按不同因素隸屬度對(duì)應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行求和，計(jì)算得到頂煤冒放性隸屬度，根據(jù)計(jì)算得到的隸屬度判斷頂煤冒放性[6]。頂煤冒放性隸屬度μ采用下式進(jìn)行計(jì)算。

μ=ΣAi·μi

式中：Ai表示不同因素隸屬度對(duì)應(yīng)的權(quán)重，見表1；μi表示不同因素對(duì)應(yīng)的隸屬度值，參考文獻(xiàn)[6]。

表1 不同因素隸屬度對(duì)應(yīng)的權(quán)重

根據(jù)公式計(jì)算得到的頂煤冒放性隸屬度μ，對(duì)比表2 中頂煤冒放性分類，對(duì)頂煤冒放性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表2 頂煤冒放性分類

1.2 頂煤冒放性評(píng)價(jià)

采用隸屬度評(píng)價(jià)方法對(duì)塔山煤礦一盤區(qū)8117 工作面、二盤區(qū)8209 工作面、8234 工作面以及三盤區(qū)8303 工作面進(jìn)行頂煤冒放性評(píng)價(jià)，各影響因素對(duì)應(yīng)的隸屬度取值及頂煤冒放性隸屬度計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 各影響因素對(duì)應(yīng)的隸屬度取值及計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，一盤區(qū)8117 工作面、二盤區(qū)8209 工作面頂煤賦存條件好，頂煤冒放性好；三盤區(qū)8303 工作面頂煤中包含較厚矸石，且煤層厚度較小，頂煤冒放性一般；二盤區(qū)8234 工作面頂煤厚度較大，頂煤硬度較大，頂煤冒放性一般。

2 放煤工藝選擇

2.1 放煤工藝推薦

根據(jù)不同工作面的頂煤冒放性評(píng)價(jià)結(jié)果選擇放煤工藝，結(jié)合塔山礦各盤區(qū)綜放工作面頂煤冒放性分析報(bào)告、放煤過程中煤巖體流動(dòng)的特征，以及塔山礦生產(chǎn)積累的放煤經(jīng)驗(yàn)，推薦采用不同的放煤工藝，見表4。

表4 放煤工藝分類推薦表

2.2 放煤工藝的選擇

塔山煤礦采用一面一策的放煤工藝，根據(jù)放煤工藝分類推薦表，確定一盤區(qū)8117 工作面、二盤區(qū)8209 工作面、8234 工作面以及三盤區(qū)8303 工作面放煤工藝，具體如下：

（1）8117 面放煤工藝

① 工作面的平均煤層厚度12.83 m，采高3.8 m，平均放煤高度9.03 m，采放比1:2.37，循環(huán)進(jìn)度為0.8 m，放煤步距0.8 m；

② 采用單輪三級(jí)間隔放煤工藝（Ⅰ1），一刀一放。如圖1。

圖1 單輪三級(jí)間隔放煤工藝示意圖

（2）8209 面放煤工藝

① 工作面的平均煤層厚度12.8 m，采高3.8 m，平均放煤高度9.02 m，采放比1:2.38，循環(huán)進(jìn)度為0.8 m，放煤步距0.8 m；

② 采用單輪三級(jí)間隔放煤工藝（Ⅰ1），一刀一放。

（3）8234 面放煤工藝

① 工作面的平均煤層厚度11.95 m，采高3.8 m，平均放煤高度8.15 m，采放比1:2.14，循環(huán)進(jìn)度為0.8 m，放煤步距0.8 m；

② 采用多輪順序放煤工藝（Ⅱ1），一刀一放。如圖2。

圖2 多輪順序放煤工藝示意圖

（4）8303 面放煤工藝

① 工作面的平均煤層厚度7.4 m，采高3.8 m，平均放煤高度3.91 m，采放比1:1.03，循環(huán)進(jìn)度為0.8 m，放煤步距1.6 m；

② 采用單輪順序放煤工藝（Ⅱ2），兩刀一放。如圖3。

圖3 單輪順序放煤工藝示意圖

3 8234 工作面放煤效果工業(yè)實(shí)踐

8234 工作面采用SL-500 型采煤機(jī)、PF6/1142型前部刮板運(yùn)輸機(jī)、PF6/1342 型后部刮板運(yùn)輸機(jī)、ZF15000/27.5/42D 型放頂煤支架，工作面的平均煤層厚度11.95 m，采高3.8 m，平均放煤高度8.15 m，采放比1:2.14，循環(huán)進(jìn)度0.8 m，放煤步距0.8 m，工作面采用多輪順序放煤工藝，工作面回采時(shí)統(tǒng)計(jì)了頂煤放出率以及支架來壓情況。圖4 給出了頂煤放出率和工作面支架來壓的數(shù)量關(guān)系圖。由圖可知，頂煤放出率和工作面來壓情況呈現(xiàn)正相關(guān)。同時(shí)根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，工作面來壓范圍小于10%時(shí)，頂煤放出率在69%左右；當(dāng)工作面來壓范圍在10%～50%之間時(shí)，頂煤放出率在74%左右；當(dāng)工作面來壓范圍大于50%時(shí)，頂煤放出率在84%左右。

圖4 頂煤放出率和工作面支架來壓的數(shù)量關(guān)系圖

4 結(jié)論

采用隸屬度評(píng)價(jià)方法對(duì)塔山煤礦工作面進(jìn)行了頂煤冒放性評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，一盤區(qū)8117 工作面、二盤區(qū)8209 工作面頂煤冒放性好，二盤區(qū)8234 工作面和三盤區(qū)8303 工作面頂煤冒放性一般。確定一盤區(qū)8117 工作面、二盤區(qū)8209 工作面采用單輪三級(jí)間隔放煤工藝，二盤區(qū)8234 工作面采用多輪順序放煤工藝，三盤區(qū)8303 工作面采用單輪順序放煤工藝。在8234 工作面回采時(shí)，進(jìn)行了放煤效果現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，結(jié)果顯示頂煤放出率和工作面來壓情況呈現(xiàn)正相關(guān)，當(dāng)工作面來壓范圍大于50%時(shí)，頂煤放出率在84%左右，精煤產(chǎn)出率增加5%左右（56%→63%），頂煤回收率增加4%（83%→88%）。