黑龍煤業(yè)放頂煤工藝參數(shù)研究與應(yīng)用

蘇燚豪

（潞安化工蒲縣黑龍煤業(yè)有限公司，山西 蒲縣 041200）

1 工程背景

黑龍煤業(yè)隸屬于潞安集團(tuán)，行政歸屬為山西省臨汾市蒲縣，主水平標(biāo)高為+1 040 m，主采9、10、及11 號(hào)煤層，其中10 號(hào)煤層與11 號(hào)煤層合并，9 號(hào)煤層平均煤層僅為0.8 m，且與10、11 號(hào)煤層間距較小，平均間距為0.6 m，因此設(shè)計(jì)同時(shí)開(kāi)采9、10、11 號(hào)煤層。采場(chǎng)上覆巖層依次為均厚為6.4 m 的泥巖和均厚為4.0 m 的石灰?guī)r，底板巖層依次為均厚2.2 m 的泥巖和均厚為2.0 m 的細(xì)砂巖。煤層頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 放頂煤工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

9、10、11 號(hào)煤層平均厚度為5.6 m，加上9 號(hào)煤層與10、11 號(hào)煤層間均厚0.6 m 的泥巖，總厚度為6.2 m，計(jì)劃采用放頂煤進(jìn)行回采。為保證煤炭回收率，采用相似模擬的方法，分別對(duì)放頂煤采放比、放煤步距及放煤方式等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，總結(jié)放頂煤工藝最佳參數(shù)[1-4]，以達(dá)到高產(chǎn)高效的目的。

2.1 準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料

相似模擬實(shí)驗(yàn)中索用到的模擬材料為巴厘石，利用土工篩將巴厘石按不同粒徑分為3 組，并將其分別染成黑色、灰白色和磚紅色，如圖1 所示，用于模擬采場(chǎng)上覆不同巖層。

圖1 相似模擬實(shí)驗(yàn)材料

2.2 構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

實(shí)驗(yàn)以黑龍煤業(yè)2103 工作面煤層賦存條件為基礎(chǔ)建立相似模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?、10、11 號(hào)煤層總厚度取6.2 m（其中包含0.6 m 的泥巖），煤層上覆巖層分2 層，直接頂為6.4 m 的泥巖，其上為4.0 m 的石灰?guī)r。在模型實(shí)驗(yàn)中，將煤層及頂?shù)装鍘r層按1∶50的比例分別換算如下：煤層厚度為12.4 cm，偽頂?shù)哪鄮r厚度為12.8 cm，基本頂?shù)氖規(guī)r為8.0 cm。其中煤層用直徑小于0.8 cm 的黑色巴厘石子模擬，偽頂?shù)哪鄮r用直徑為0.8～1.5 cm 的灰白色巴厘石子模擬，基本頂用直徑大于1.5 cm 的磚紅色巴厘石子模擬，所構(gòu)建的模型如圖2 所示。

圖2 相似模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

本文重點(diǎn)分析采放比、放煤步距及放煤方式對(duì)頂煤冒放性的影響，分別對(duì)采放比為1∶1、1∶1.5及1∶2；放煤步距為一刀一放、兩刀一放及三刀一放；放煤方式為順序放煤及間隔放煤進(jìn)行模擬，分別分析頂煤的采出率，從而得出放頂煤工藝最佳參數(shù)。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.1 不同采放比的頂煤冒放率

本次實(shí)驗(yàn)在放煤步距和放煤方式保持不變的前提下，分別對(duì)采放比為1∶1、1∶1.5 及1∶2 時(shí)進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同采放比的煤巖界面

為了更好的分析不同采放比對(duì)工作面回采過(guò)程中頂煤冒放性的影響，將放煤方式和放煤步距不變時(shí)，不同采放比的頂煤采出率進(jìn)行量化研究，分析結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同采放比對(duì)頂煤冒放率的影響

如圖4 所示：

1）放煤方式固定為順序放煤，當(dāng)放煤步距為一刀一放時(shí)，采放比為1∶1，1∶1.5 和1∶2 所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為94.7 %、91.6 % 及85.3 %；當(dāng)放煤步距為兩刀一放時(shí)，采放比為1∶1，1∶1.5 和1∶2所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為91.5 %、86.4 % 及83.7%；當(dāng)放煤步距為三刀一放時(shí)，采放比為1∶1，1∶1.5 和1∶2 所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為85.9 %、81.5%及76.8%。

2）放煤方式固定為間隔放煤，當(dāng)放煤步距為一刀一放時(shí)，采放比為1∶1，1∶1.5 和1∶2 所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為91.6 %、85.9 % 及79.8 %；當(dāng)放煤步距為兩刀一放時(shí)，采放比為1∶1，1∶1.5 和1∶2所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為85.3 %、83.7 % 及78.5%；當(dāng)放煤步距為三刀一放時(shí)，采放比為1∶1，1∶1.5 和1∶2 所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為83.8 %、80.1%及75.2%。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)采放比為1∶1 時(shí)，頂煤松動(dòng)空間較大，當(dāng)工作面回采后，頂煤可以及時(shí)松散放出，頂煤冒放率良好，損失量較少。

2.3.2 不同放煤步距的頂煤冒放率

合理的放煤步距對(duì)頂煤冒放率影響很大，本次實(shí)驗(yàn)分別對(duì)一刀一放、兩刀一放及三刀一放條件下，頂煤冒放率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 不同放煤步距對(duì)頂煤冒放量的影響

如圖5 所示：

1）放煤方式固定為順序放煤，當(dāng)采放比為1∶1時(shí)，放煤步距為一刀一放、兩刀一放和三刀一放所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為94.7 %、91.5 % 及85.9 %；當(dāng)采放比為1∶1.5 時(shí)，放煤步距為一刀一放、兩刀一放和三刀一放所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為91.6 %、86.4 % 及81.5 %；當(dāng)采放比為1∶2 時(shí)，放煤步距為一刀一放、兩刀一放和三刀一放所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為85.3%、83.7%及76.8%。

2）放煤方式固定為間隔放煤，當(dāng)采放比為1∶1時(shí)，放煤步距為一刀一放、兩刀一放和三刀一放所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為91.6 %、85.3 % 及85.9 %；當(dāng)采放比為1∶1.5 時(shí)，放煤步距為一刀一放、兩刀一放和三刀一放所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為85.9 %、83.7 % 及78.5 %；當(dāng)采放比為1∶2 時(shí)，放煤步距為一刀一放、兩刀一放和三刀一放所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為79.8%、78.5%及75.2%。

通過(guò)對(duì)比分析可知，當(dāng)放煤方式和采放比固定不變時(shí)，放煤步距為一刀一放時(shí)，頂煤冒放率明顯高于放煤步距為兩刀一放和三刀一放。

2.3.3 不同放煤方式的頂煤冒放率

合理的放煤方式對(duì)頂煤冒放率影響很大，本次實(shí)驗(yàn)分別對(duì)順序放煤和間隔放煤條件下，頂煤冒放率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 不同放煤方式對(duì)頂煤冒放量的影響

如圖6 所示，

1）放煤步距固定為一刀一放，當(dāng)采放比為1∶1時(shí)，順序放煤和間隔放煤所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為94.7 % 及91.6%；當(dāng)采放比為1∶1.5 時(shí)，順序放煤和間隔放煤所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為91.6 %及85.9 %；當(dāng)采放比為1∶2 時(shí)，順序放煤和間隔放煤所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為85.3%及79.8%。

2）放煤步距固定為兩刀一放，當(dāng)采放比為1∶1時(shí)，順序放煤和間隔放煤所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為94.7 % 及91.6 %；當(dāng)采放比為1∶1.5 時(shí)，順序放煤和間隔放煤所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為91.6 %及85.9 %；當(dāng)采放比為1∶2 時(shí)，順序放煤和間隔放煤所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為85.3%及78.5%。

3）放煤步距固定為三刀一放，當(dāng)采放比為1∶1時(shí)，順序放煤和間隔放煤所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為85.9 % 及83.8 %；當(dāng)采放比為1∶1.5 時(shí)，順序放煤和間隔放煤所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為81.5 %及80.1 %；當(dāng)采放比為1∶2 時(shí)，順序放煤和間隔放煤所對(duì)應(yīng)頂煤冒放率分別為76.8%及75.2%。

通過(guò)對(duì)比分析可知，當(dāng)放煤步距和采放比固定不變時(shí)，放煤方式為順序放煤時(shí)，頂煤冒放率明顯高于間隔放煤。

綜上所述，放煤工藝最優(yōu)參數(shù)應(yīng)為∶采放比為1∶1，放煤步距為一刀一放，放煤方式為順序放煤。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

按照前述研究結(jié)果，在黑龍煤業(yè)2103 綜采工作面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，割煤高度為3.0±0.1 m，采放比為1∶1，放煤步距為一刀一放，放煤方式為順序放煤，工作面設(shè)備選型如表2 所示，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表3 所示。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，頂煤冒放率高達(dá)88%，經(jīng)濟(jì)效益良好。

表2 2103 工作面設(shè)備型號(hào)

表3 工作面主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4 結(jié) 論

本文以黑龍煤業(yè)為工程背景，經(jīng)分析確定9、10、11 號(hào)煤層采用放頂煤工藝同時(shí)開(kāi)采，通過(guò)理論分析、相似模擬實(shí)驗(yàn)等方法，確定放頂煤工藝最佳參數(shù)采放比為1∶1，放煤步距為一刀一放，放煤方式為順序放煤。并在2103 工作面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)頂煤回收率高達(dá)88%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。