塔山煤礦8234工作面頂煤冒放性分析及放煤工藝

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)

受資源賦存特征影響，我國(guó)長(zhǎng)期以煤炭為主要消費(fèi)能源，支撐著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。隨著煤炭需求量和開(kāi)采強(qiáng)度不斷增加，賦存條件優(yōu)越的煤炭資源逐步開(kāi)采殆盡，一些厚煤層煤炭資源的開(kāi)采逐漸發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)厚煤層煤炭資源占比達(dá)45%左右。針對(duì)厚煤層煤炭資源開(kāi)發(fā)利用，相關(guān)專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行了大量研究與實(shí)踐。目前常見(jiàn)的厚煤層主要采用分層開(kāi)采、放頂煤開(kāi)采和大采高開(kāi)采等方法，其中放頂煤開(kāi)采具有成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)各煤炭企業(yè)進(jìn)行了大量應(yīng)用[1-3]。放頂煤開(kāi)采主要與頂煤冒放性密切相關(guān)，頂煤冒放性是指位于工作面頂部的煤體在礦山壓力的作用下，頂部煤體垮落、放出的難易程度，主要影響因素有煤層開(kāi)采深度、頂板巖性、煤層厚度和強(qiáng)度、夾矸情況以及煤體節(jié)理裂隙發(fā)育程度等[4-5]。

1 工程概況

塔山煤礦8234工作面位于二盤(pán)區(qū)西南部，東北側(cè)為設(shè)計(jì)的8232工作面、西南側(cè)為設(shè)計(jì)的8236工作面，均未掘進(jìn)、開(kāi)采，現(xiàn)為實(shí)煤區(qū)，東南以二盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷為界，西北至二盤(pán)區(qū)與四盤(pán)區(qū)共同盤(pán)區(qū)邊界，四盤(pán)區(qū)未開(kāi)采布面，周邊均無(wú)采動(dòng)影響。8234工作面開(kāi)采3～5號(hào)煤層，開(kāi)采范圍內(nèi)煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層利用厚度為4.42～17.90 m，平均11.95 m，屬特厚煤層，煤層中含3～13層夾矸，平均8層，平均夾矸厚度6.1 m，巖性以煌斑巖、炭質(zhì)泥巖、高嶺巖為主，工作面老頂為粗砂巖、礫巖，厚度6.00～14.59 m，平均厚度9.30 m，中厚層狀，鈣質(zhì)膠結(jié)，成份主要以長(zhǎng)石、石英為主，分選一般；直接頂為高嶺巖、泥巖、煤、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，厚度6.19～17.11 m，平均厚度11.08 m；直接底為高嶺質(zhì)泥巖、泥巖、煤，厚度2.50～11.00 m，平均厚度5.56 m；老底為粉砂巖、中砂巖、礫粗砂巖，厚度6.50～22.23 m，平均厚度15.50 m，以石英為主，長(zhǎng)石次之，泥質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)，含暗色礦物，分選差，次圓狀。

2 頂煤冒放性分析

2.1 頂煤冒放性分析方法

塔山煤礦8234工作面頂煤冒放性分析采用隸屬度評(píng)價(jià)方法，按照不同評(píng)價(jià)因素的隸屬度及其權(quán)重進(jìn)行求和，從而計(jì)算得到8234工作面頂煤冒放性隸屬度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析工作面的頂煤冒放性，8234工作面頂煤冒放性隸屬度采用公式(1)計(jì)算[6]：

μ=ΣAiμi

(1)

式中：μ為頂煤冒放性隸屬度，Ai為不同因素隸屬度的權(quán)重，μi為不同因素的隸屬度值。

根據(jù)公式(1)計(jì)算得到的8234工作面頂煤冒放性隸屬度μ(表1)，對(duì)比頂煤冒放性分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(表2)，進(jìn)行分析8234工作面頂煤冒放性。

表1 不同因素隸屬度及其對(duì)應(yīng)的權(quán)重

表2 頂煤冒放性分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 頂煤冒放性分析

采用隸屬度評(píng)價(jià)方法分析塔山煤礦8234工作面頂煤冒放性，各評(píng)價(jià)因素對(duì)應(yīng)的隸屬度取值及塔山煤礦8234工作面頂煤冒放性隸屬度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，塔山煤礦8234工作面頂煤冒放性隸屬度為0.73，對(duì)比表2頂煤冒放性分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，分析認(rèn)為塔山煤礦8234工作面頂煤冒放性一般。

表3 各評(píng)價(jià)因素隸屬度取值及計(jì)算結(jié)果

3 8234工作面布置及參數(shù)設(shè)計(jì)

基于塔山煤礦8234工作面頂煤冒放性分析結(jié)果，確定工作面采用單一走向長(zhǎng)壁后退式一次采全高低位放頂煤綜合機(jī)械化開(kāi)采的采煤方法，采用一刀一放、多輪順序的放煤工藝。

1) 工作面長(zhǎng)度。根據(jù)礦井開(kāi)拓及盤(pán)區(qū)劃分，確定8234工作面傾向長(zhǎng)度為260 m.

2) 采高。8234工作面開(kāi)采3～5號(hào)煤層，煤層利用厚度為4.42～17.90 m，平均11.95 m，工作面采用SL-500型采煤機(jī)及ZF15000/27.5/42D型低位放頂煤液壓支架，綜合考慮煤層厚度、采放比、支架支撐高度及采煤機(jī)通過(guò)高度等因素，確定8234工作面采高為3.8 m，采放比為1∶2.14.

3) 截深的確定。8234工作面煤層賦存條件相對(duì)穩(wěn)定，工作面采用SL-500型采煤機(jī)及ZF15000/27.5/42D型低位放頂煤液壓支架，推移最大行程為0.9 m，為提高循環(huán)產(chǎn)量，進(jìn)一步發(fā)揮采煤機(jī)及工作面設(shè)備的效率，確定8234工作面截深為0.8 m.

4) 放頂煤步距。合理的放煤步距有利于頂煤充分破碎，提高資源回收率、降低含矸率，放煤步距一般與支架放煤口的縱向尺寸相一致，與采煤機(jī)截深成整數(shù)倍關(guān)系[7]，合理的放頂煤步距主要與以下四個(gè)主要因素有關(guān)。①頂煤的第一次垮落破碎程度。頂煤在超前支承壓力的作用下產(chǎn)生二次節(jié)理、裂隙。當(dāng)支架前移后，在上覆巖層壓力作用下自行垮落破碎。根據(jù)礦井實(shí)際開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)采范圍內(nèi)3～5號(hào)煤層可以自行垮落，但塊度比較大，頂煤的第一次垮落破碎程度取0.7～0.8.②頂煤高度。8234工作面可利用煤層厚度4.42～17.90 m，平均11.95 m，機(jī)采高度3.8 m，平均放煤高度為8.15 m.③頂煤垮落角度。根據(jù)礦井實(shí)際開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，塔山礦3號(hào)～5號(hào)煤層頂煤垮落角為75～85°.④支架放煤口中心距頂煤垮落面的水平投影長(zhǎng)度。在理想狀態(tài)下，取支架放煤口中心距支架后鉸接點(diǎn)的水平投影長(zhǎng)度，8234工作面基本支架ZF15000/27.5/42D，取水平投影距離1.5 m.綜上所述，合理放煤步距介于一刀一放和兩刀一放中間，放煤步距設(shè)計(jì)采用一刀一放。

5) 放煤工藝。塔山煤礦采用一面一策的放煤工藝，根據(jù)塔山煤礦8234工作面頂煤冒放性分析結(jié)果，結(jié)合礦井實(shí)際開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，確定8234工作面采用多輪順序放煤工藝，如圖1所示。

圖1 放煤工藝示意

4 工程應(yīng)用

塔山煤礦8234工作面采用單一走向長(zhǎng)壁后退式一次采全高低位放頂煤綜合機(jī)械化開(kāi)采的采煤方法，采用一刀一放多輪順序的放煤工藝，工作面布置1臺(tái)SL-500型采煤機(jī)、1部PF6/1142型前部刮板機(jī)、1部PF6/1342型后部刮板機(jī)、143架ZF15000/27.5/42D型放頂煤液壓支架，8234工作面平均煤厚11.95 m，采煤高度3.8 m，放煤高度8.15 m，采放比1∶2.14，循環(huán)步距0.8 m，放煤步距0.8 m.

在塔山煤礦8234工作面回采期間，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了工作面頂煤放出率和支架來(lái)壓情況，實(shí)測(cè)結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，工作面頂煤放出率和支架來(lái)壓數(shù)量整體呈正相關(guān)趨勢(shì)，工作面頂煤放出率隨支架來(lái)壓數(shù)量的增加而增加，當(dāng)工作面支架來(lái)壓數(shù)量小于10%時(shí)，工作面頂煤放出率在65%左右，當(dāng)工作面支架來(lái)壓數(shù)量在10%～50%時(shí)，工作面頂煤放出率在75%左右，當(dāng)工作面支架來(lái)壓數(shù)量大于50%時(shí)，工作面頂煤放出率在85%左右，整體來(lái)看，工作面回采期間，放煤效果良好。

圖2 工作面頂煤放出率和支架來(lái)壓情況

5 結(jié) 語(yǔ)

塔山煤礦8234工作面開(kāi)采3～5號(hào)煤層，開(kāi)采范圍煤層平均厚度11.95 m，屬特厚煤層，采用隸屬度評(píng)價(jià)方法分析工作面頂煤冒放性。分析認(rèn)為，塔山煤礦8234工作面頂煤冒放性一般?；诖?，設(shè)計(jì)了塔山煤礦8234工作面相關(guān)參數(shù)。8234工作面采用單一走向長(zhǎng)壁后退式一次采全高低位放頂煤綜合機(jī)械化開(kāi)采的采煤方法，采用一刀一放多輪順序的放煤工藝。在8234工作面回采期間，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了工作面頂煤放出率和支架來(lái)壓情況。結(jié)果顯示，工作面頂煤放出率和支架來(lái)壓數(shù)量整體呈正相關(guān)趨勢(shì)，當(dāng)工作面支架來(lái)壓數(shù)量大于50%時(shí)，工作面頂煤放出率在85%左右。