特厚煤层综放工作面放煤工艺顶煤回收率试验研究

赵 建 伟

（大同煤矿集团总调度室，山西 大同037003）

0 引 言

综放开采工艺相较大采高和分层开采有着高效、高产的技术优点。而决定放顶煤回采率因素众多，如放煤步距、放煤顺序、放煤方式以及采放比都会不同程度的影响，因此，进行“一面一册”确定的最佳放煤参数对放顶煤开采效率提升意义非凡[1-3]。蒋金泉利用离散元的数值模拟方法重点研究了综放顶煤放出规律与放煤步距，对于中厚煤层确定了一采一放、平行作业的采放工艺，提高顶煤的回收水平[4]。田多基于椭球体理论，将放煤步距列为重心变量，通过试验计算放出率关系研究，从而提出了不同顶煤厚度应采用的最佳放煤步距[5]。王家臣基于BBR 的基础上，以特厚煤层综放工作面为试验对象，将顺序放煤和普通间隔放煤方式相比，得出了分段大间隔放煤方式扩大了可放出区域，减少了架间残煤，使顶煤采出率大幅提高。水平分段综放开采放煤方式优化研究合理放煤间隔对其现场放煤方式进行优化，提高了其顶煤采出率[6]。刘全认为采放比对放顶煤回收率影响巨大，最终得出了试验工作面的最佳采放比，提高了顶煤放煤效果[7]。上述研究针对放顶煤的放煤步距、放煤方式以及采放比进行了研究，本文基于前人研究成果的基础上，以塔山煤矿特厚煤层综放工作面为例，力求通过特定的放煤顺序，提高放煤工艺水平。

1 试验工作面开采地质条件

同煤集团塔山煤矿目前开采C3-5# 层煤，8101综采工作面位于C3-5#层一盘区，北部为矿界保护煤柱，南部紧邻1070 盘区巷保护煤柱，西部为塔山矿首采工作面8102 采空区，东部与山西煤炭运销集团两矿井相邻。一盘区煤层平均厚度约为20.08m。工作面走向长度1445m，工作面面长231m。C3-5#层煤直接顶为3.5m 砂质泥岩，老顶为6.44m粗砂岩，直接底为5.23m 砂质泥岩，老底为4.4m 粗砂岩。该工作面煤层倾角平均2°，工作面盖山厚度在400～500m 之间。由于属于特厚煤层工作面，因此采用放顶煤工艺回采，液压支架选用综放ZF15000/27.5/42 型，采煤机选用艾克夫SL-500 型。工作面采高确定为3.8m，得出放煤高度16.28m，采放比为1：4.28。截割深度为0.8m，通过椭球放矿体理论测算确定放煤步距为0.8m。

2 回采工作面放煤工艺缺陷

塔山矿从投产以来，一直从在实践中研究放煤工艺，力求在地质条件稳定的情况下不断提高煤质质量。塔山矿放煤工艺的截至目前主要分为两个阶段，即2008 年～2013 年期间的单轮顺序放煤阶段、2014 年～2016 年4 月期间的单轮间隔顺序分层放煤阶段。然而在应用上述放煤工艺过程中发现，生产期间大量矸石进入煤流系统中，严重影响精煤产率。从现场大量顶板钻孔观测结果可知，煤层结构复杂，含2～4 层夹矸，平均夹矸厚度0.98m。在放煤时为了提高顶煤回收率，此部分矸石会进入煤流系统中。由于垮落角存在，顶煤冒落时为椭球体形状，放其中一架顶煤时，相邻支架的顶煤也会部分放下，上部矸石也会随着放下。以上两种放煤工艺均为顺序放煤，如果其中一架放干净，相邻支架会窜入大量矸石，再放相邻支架时，大量矸石会过多的进入煤流系统中。此部分矸石严重影响了精煤产率。在分析并总结放煤工艺的基础上，从顶煤垮落角入手，对放煤工艺进行优化。综放工作面顶煤垮落角为60°，根据此垮落角，分析支架间顶煤放出的重合区域及本架放煤后周围形成的岩石区域对其他支架放煤的影响。

3 放煤工艺优化研究

图1 分段间隔四级一次放煤工艺放煤示意图

为此，在塔山矿8101 工作面“单轮顺序”、“单轮间隔”、“单轮分段间隔”三种试验方式。前两种操作方式本文由于篇幅限制不做赘述，主要介绍“大中小微”式的单轮分段间隔放煤法，其操作过程为综放工作面共安排5 名放煤工，依次编号为1#、2#、3#、4#、5#，端头支架～60# 号支架安排1#、2# 放煤工，61～100# 架安排3#、4# 放煤工，101～工作面尾部安排5#放煤工。支架分为大放支架、中放支架、小放支架、微放支架，放出煤量逐级减少。1#、3#放煤工主放，先放贴有“大”标志牌的支架，再放贴有"中" 标志牌的支架，大放支架必须放干净，中放支架根据大放支架的实际情况进行放煤。2#、4#放煤工首先对“小”标志牌的支架进行放煤，接下来对“微”标志牌的支架进行放煤，小、微支架根据后摆梁实际情况进行适度放煤。五名放煤工根据观察及工作经验执行" 见矸关窗" 的原则，5#放煤工依照大、中、小、微标志牌支架顺序进行放煤。

从图1 中可以看出大放支架间隔7 架，5#支架和13#支架垮落线没有交叉，因此大放支架的煤完全放下不会有矸石流入煤流系统中。然后折返放中放支架，中放支架放下大部分煤时，才开始有矸石混入煤流系统。放小放支架时，小放支架放下部分煤时，开始有矸石窜入。微放支架顶煤形态等同于分层间隔1 架小放支架的顶煤状态，放此部分煤时矸石进入煤流系统中。

针对分段间隔四级一次放煤工艺，煤流系统中矸石来源主要有三部分，分别为中放支架和小放支架放煤后半程的矸石混入，微放支架放煤过程中的矸石混入。为了极大限度的降低放煤含矸率，现场生产过程中，放煤时先不收回后插板，仅是降低后摆梁的高度，利用矸石与煤容重不同的特点，先让矸石流入采空区，然后再收回后插板，让煤流入后运输机。

4 实测方法与测量结果

现场进行了一采一放单轮间隔放煤和分段间隔四级一次放煤工艺试验，测定方法为：在工作面两端头分别喷漆标记以测定工作面推进度，辅以支架激光，确保工作面推进度准确计数[8]。沿工作面倾向方向分别在选取间隔20 架支架处向顶煤打钻探测顶煤厚度，同时测取相应的割煤高度，以确定所采煤层厚度；实测时间段内，每天检修班测量一次；调取皮带秤的过煤量，确定原煤产量；在放煤时间段内随机停机3 次，每次在皮带上取10 段，每段长度为1m，人工分选其中的顶板矸石（按岩性与颜色区分顶板矸石和煤层夹矸），用磅秤称取煤和顶板矸石的重量，取平均值计算放煤含矸率当日二班工作面开始采用单轮顺序放煤方式，工作面原煤含矸率为12.6%，顶煤回收率为84%。当日夜班进行了单轮间隔放煤工艺的现场试验，得出原煤含矸率为10.4%，顶煤回收率为87%；次日中班采用“单轮分段间隔四级”放煤方式，工作面原煤含矸率为7.8%，顶煤回收率为89%。最终通过10d 的测量周期，判定出合理放煤间隔以及“大中小微”式的分组放煤不仅使精煤产率得到提高，较以往单轮顺序放煤提高5%以上，含矸率也明显减少。“单轮分段间隔四级”放煤工艺方案在顶煤回收率以及含矸率较前两种方案优势表现明显。

5 结 语

通过多次现场实测表面，在塔山矿C3-5# 层特厚煤层条件下，既提高了工作面回收率、精煤产率，又降低了煤流系统内矸石量，同时降低了对洗选设备的磨损，提高工作面的开机率；并在塔山煤矿多个综放工作面进行推广，这一研究结果可为类似条件下综放工作面优化和选择放煤工艺参数提供理论与实践依据。