提高綜采放頂采出率技術(shù)措施及工業(yè)性實(shí)踐

燕 軍

（忻州市應(yīng)急管理綜合行政執(zhí)法隊(duì)，山西 忻州 034000）

煤炭開(kāi)采率為考核開(kāi)采工藝效果及成本的主要指標(biāo)。我國(guó)傳統(tǒng)的開(kāi)采方式為分層開(kāi)采，該種開(kāi)采方式具有施工成本高、施工效率低以及開(kāi)采周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。為解決上述問(wèn)題，目前世界各國(guó)均在采用放頂煤開(kāi)采工藝，實(shí)現(xiàn)一次采全高，降低整個(gè)巷道的工程量和維護(hù)成本，從根本上減少工作面設(shè)備的投資成本、降低煤炭資源的浪費(fèi)等。經(jīng)實(shí)踐表明，我國(guó)綜采放頂開(kāi)采工藝普遍采出率僅為82%左右，遠(yuǎn)低于該開(kāi)采工藝對(duì)應(yīng)的采出率理論值91%[1]。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)放頂采煤工藝參數(shù)的優(yōu)化，解決影響頂煤采出率的問(wèn)題，提高綜采放頂采出率迫在眉睫。

1 工程概況

本文所研究11910 工作面煤層的平均厚度為5.2 m，厚度范圍為3.2 m～5.8 m；工作面煤層的平均傾角為7°，傾角范圍為3°～11°。煤層以鏡煤和亮煤為主。該工作面煤層的頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 工作面煤層的頂?shù)装迩闆r

目前，該工作面煤層采用走向長(zhǎng)壁傾斜后退式綜采放頂煤工藝，并采用一次全采高全部垮落法對(duì)其頂板進(jìn)行控制。所配套的采煤機(jī)為電牽引雙滾筒采煤機(jī)，型號(hào)為MG200/468-WD，端頭采用斜切進(jìn)刀方式。配套刮板輸送機(jī)，型號(hào)為SGZ630/264，裝載機(jī)型號(hào)為SZZ-730/132，帶式輸送機(jī)型號(hào)為SDJ-150；工作面配套的機(jī)頭液壓支架為2 臺(tái)、機(jī)尾液壓支架為2 架，普通液壓支架59 臺(tái)。

綜采放頂煤工藝順序如下：截割煤炭—推移液壓支架—頂前溜—落放頂煤—拉后溜—截割煤炭—推移液壓支架→頂前溜→落放頂煤→拉后溜[2]。放頂煤工藝對(duì)應(yīng)的放頂煤步距為0.5 m，采放比為1∶1.17。

2 提高綜采放頂采處理技術(shù)措施及效果評(píng)估

2.1 影響綜采放頂煤采出率的因素分析

從整體上分析，影響綜采放頂煤采出率的參數(shù)包括采放比、放煤步距、放煤方式以及回采率。

1）采放比參數(shù)對(duì)采出率的影響：從理論上講，工作面頂煤的冒放特性與放頂煤采出率成正比。因此，合理確定工作面的采放比保證頂煤的冒放特性尤為重要。結(jié)合本文所研究煤層工作面的煤層硬度、平均厚度及傾角等參數(shù)，確定該工作面的最佳采高為2.4 m，對(duì)應(yīng)的放頂煤開(kāi)采工藝下的放煤高度為2.8 m。即，適用于11910 工作面的最佳采放比為1∶1.2。

2）放煤步距對(duì)采出率的影響：所謂放煤步距指的是相鄰兩次放煤操作的間隔工作面推進(jìn)的距離。當(dāng)放煤步距設(shè)計(jì)過(guò)大或者過(guò)小時(shí)會(huì)導(dǎo)致一定量的煤炭滯留于采空區(qū)，使得煤炭損失率最大，含矸率較高[3]。結(jié)合11910 工作面煤層的賦存狀況、頂?shù)装迩闆r、地質(zhì)構(gòu)造條件、水文地質(zhì)條件等，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式得出合理的放煤步距。放煤步距經(jīng)驗(yàn)公式如式（1）所示。

式中：d 為放煤步距，m；h 為放煤高度，為2.8 m。并綜合考慮放頂煤工藝對(duì)應(yīng)煤層的截割深度為0.5 m 確定放煤步距。

3）放煤方式對(duì)采出率的影響：所謂放煤方式包括有放煤順序和一次頂煤的放出量。放煤順序包括多輪、間隔以及順序的放煤方式；放煤量分為等量放煤和不等量放煤。

綜合分析，保證綜采放頂煤工藝中采放比、放煤步距以及放煤方式等參數(shù)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)是確保綜采放頂采出率達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。從整體上講，可通過(guò)推行無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)、減少初采和末采損失、減少端頭損失、選擇合理的綜合支架以及選擇合理的工作面形式保證綜采放頂采出率。

2.2 提高綜采放頂采出率的技術(shù)措施

綜合上述研究，結(jié)合11910 工作面的實(shí)際情況將通過(guò)對(duì)工作面頂煤冒放狀態(tài)進(jìn)行改善、采用合理的采放比、優(yōu)化放煤工藝等措施提高綜采放頂采出率。

2.2.1 改善工作面頂煤冒放狀態(tài)的技術(shù)措施

頂煤的冒放狀態(tài)直接影響綜采放煤頂煤的順利放出。在實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)對(duì)頂煤的垮落和冒放狀態(tài)進(jìn)行控制，從而在一定程度上減少工作面頂煤冒落不充分而導(dǎo)致的煤炭資源浪費(fèi)[4]。目前，可采用改善工作面頂煤冒放狀態(tài)的技術(shù)主要為采用弱化爆破技術(shù)。11901 工作面頂煤冒放狀態(tài)改善時(shí)的爆破孔的分布如圖1 所示。

圖1 頂煤冒放狀態(tài)改善爆破孔分布

值得注意的是，在實(shí)際操作中要保證液壓支架末端的頂煤已經(jīng)得到充分破碎，同時(shí)要求在液壓支架前端的頂煤不發(fā)生冒落，避免冒頂事故的發(fā)生。

2.2.2 選擇合理的采放比

針對(duì)11910 工作面在2.1 中已經(jīng)分析，適用于該工作面的最佳采放比為1.0∶1.2。

2.2.3 放煤工藝參數(shù)的優(yōu)化

放煤工藝參數(shù)的優(yōu)化主要是對(duì)放煤步距、放煤順序和放煤方式進(jìn)行合理確定。結(jié)合11910 工作面，一般放煤步距為截割深度整數(shù)倍。11910 工作面的頂煤厚度大于3 m，經(jīng)驗(yàn)表明，此類(lèi)工作面應(yīng)優(yōu)先采用“兩采一放”的設(shè)置，即放煤步距為采煤機(jī)截割深度，均為0.5 m。

放煤順序的確定主要考慮綜采工作面的傾角大小。在三類(lèi)可選的放煤順序中首選順序放煤，并在其中自上而下和自下而上兩種放煤方式進(jìn)行綜合確定。同時(shí)，對(duì)于自上向下的放煤方式而言會(huì)導(dǎo)致含矸率增加且造成煤炭資源浪費(fèi)；而自下而上的放煤順序?qū)σ簤褐Ъ艿囊筝^高。結(jié)合11910 工作面實(shí)際情況，綜合確定高性能液壓支架的基礎(chǔ)上采用自下而上的放煤順序以提升采出率，減少煤炭資源浪費(fèi)[5]。

2.3 綜采放頂采出率提升效果驗(yàn)證

實(shí)踐表明，對(duì)11910 工作面采取上述綜采放煤采出率提升措施后，工作面生產(chǎn)的主要效果總結(jié)如表2所示。

表2 11910 工作面生產(chǎn)效果改善情況

如表2 所示，11910 采取相應(yīng)的提出綜采放頂采出率的相關(guān)措施后，工作面生產(chǎn)情況得到明顯改善，尤其是重點(diǎn)關(guān)注的采出率這一指標(biāo)從82%提升至90%。

3 結(jié)語(yǔ)

綜采放頂開(kāi)采方式為當(dāng)前主流應(yīng)用的采煤方式，該種方式具有巷道布置簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢(shì)。為進(jìn)一步提升綜采放頂采出率，本文以11910 工作面為例先后采取對(duì)工作面頂煤的冒放狀態(tài)進(jìn)行改善，對(duì)采放比、放煤步距、放煤順序等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的方式提升綜采放頂?shù)牟沙雎?。?shí)踐表明，11910 采取相應(yīng)的提升綜采放頂采出率的相關(guān)措施后，工作面生產(chǎn)情況得到明顯改善，尤其是重點(diǎn)關(guān)注的采出率這一指標(biāo)從82%提升至90%。