放煤步距對厚煤層頂煤冒放規(guī)律的影響

摘 要：為了確定放煤步距對頂煤冒放規(guī)律的影響，我們通過實(shí)地測量的數(shù)據(jù)，基于理論分析與數(shù)值模擬計(jì)算方法[1]，研究了不同的放煤步距對頂煤放出率、含矸率等造成的影響，合理的放煤步距應(yīng)使頂煤放出率最高，含矸率最低。研究結(jié)果表明：放煤步距的大小對頂煤冒放性有很大的影響：若放煤步距太大，在采空區(qū)側(cè)將留有較大的三角煤，放不出來；若放煤步距太小，則后方矸石易混入窗口，影響煤質(zhì)，造成上部頂煤的丟失。

關(guān)鍵詞：放煤步距；厚煤層；放出率；頂煤厚度

引言

我國大傾角厚煤層儲量豐富、分布廣。大傾角厚煤層開采目前的發(fā)展水平遠(yuǎn)低于緩傾斜煤層，存在著一系列沒有解決的基本技術(shù)難題，對大傾角綜放開采時頂煤運(yùn)移及放出規(guī)律更是缺乏系統(tǒng)全面的認(rèn)識，對許多影響頂煤冒放規(guī)律的因素也缺乏足夠的了解。

為此，本文基于擔(dān)水溝煤礦9101工作面生產(chǎn)技術(shù)條件，通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)測分析來了解放煤步距對頂煤冒放規(guī)律的影響。

1 工作面地質(zhì)及生產(chǎn)條件

9101綜放工作面位于井田中部，工作面由東向西布置，總體呈單斜構(gòu)造，煤層在本工作面范圍內(nèi)由東向西變厚，其平均厚度15.7m，煤層傾角25～42°，平均37°，煤層結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，全區(qū)基本都含有夾矸，在0～6層，夾矸巖性以炭質(zhì)泥巖、泥巖為主。煤層頂板主要為為中砂巖、泥巖，局部為砂質(zhì)泥巖；底板主要為泥巖、砂巖。

2 煤步距與頂煤冒放性關(guān)系

確定放煤步距的原則是：應(yīng)使放出范圍內(nèi)的頂煤能夠充分破碎和松散，并做到提高采出率，降低含矸率。確定放煤步距時，首先應(yīng)保證放煤口上方能夠充滿已松散的頂煤。頂煤在支架的反復(fù)支撐擾動和超前支承壓力的作用下，到達(dá)放煤口時，已變成了破碎松散的塊體，破碎頂煤塊體的粒徑大小與上覆巖層運(yùn)動和煤體本身的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)[2]。同樣，頂煤上方的直接頂在支承壓力和基本頂?shù)幕剞D(zhuǎn)變形壓力作用下，當(dāng)運(yùn)移至放煤口上方位置時，也已變?yōu)樗缮⒌膲K體，若放煤步距太大，則上部的矸石首先到達(dá)放煤口，在采空區(qū)側(cè)將留有較大的三角煤，放不出來；若放煤步距太小，則后方矸石易混入窗口，影響煤質(zhì)，并容易誤認(rèn)為煤已放盡，停止放煤，造成上部頂煤的丟失。放煤過程中不能保證既不混矸又不丟煤，合理的放煤步距只是把煤炭采出率和混矸率控制在一定范圍之內(nèi)。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

3.1 實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室鋪設(shè)相似的散體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠砟M放頂煤開采，測出模型情況下放煤工藝的一些數(shù)據(jù)，經(jīng)相似比換算到現(xiàn)場實(shí)際，分析不同放煤步距下的放出率和含矸率，得出最佳的放煤步距。

實(shí)驗(yàn)室鋪設(shè)的模型尺寸為2500mm×200mm×1500mm，散體實(shí)驗(yàn)幾何相似比為：C1=10/150=1：15。

按照相似比計(jì)算下來，散體模型每個層位頂煤厚度和塊度見表1。

散體實(shí)驗(yàn)中，下位頂煤、中位頂煤選用不同粒徑的灰色石子，上位頂煤選用紅色石子，上、中、下層位頂煤之間鋪一層薄的紅色標(biāo)志層石子，下位直接頂、上位直接頂、基本頂選用不同粒徑的不同顏色石子，如圖1所示。

采一放7次（進(jìn)7刀），兩采一放6次（進(jìn)12刀），三采一放6次（進(jìn)18刀）。支撐頂煤鋼板的寬度等于采煤機(jī)的一次進(jìn)刀截深，一采一放時，每次抽出一塊鋼板放煤；兩采一放和三采一放，重復(fù)移架，隔開采煤和放煤部分的鋼板寬度正好等于采煤機(jī)的截深，使模擬的放煤過程與現(xiàn)場實(shí)際的動態(tài)過程基本相似，頂煤放不出或產(chǎn)生拱時，抽動尾梁上的插板從而頂煤放出。稱取放出的頂煤和矸石質(zhì)量，來計(jì)算放出率和含矸率。畫出頂煤在放煤后、移架后放煤前兩個過程中煤矸分界線，掌握不同放煤步距下煤矸流動場的形態(tài)。

3.2 結(jié)論

放煤步距不同時，放煤口上方頂煤量、煤矸分界線及頂煤不同層位分界線的斜率均不同，導(dǎo)致放煤時煤與矸石的運(yùn)移、放出規(guī)律和混矸程度都有變化。模型中不同放煤步距下頂煤放出率和含矸率試驗(yàn)結(jié)果見表2。

通過本實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)可知，在頂煤完全破碎的前提下放煤，兩采一放的頂煤放出率最高，高出一采一放13.42%，高出三采一放5.99%；同時兩采一放的含矸率最低，低于一采一放6.14%，低于三采一放0.14%，見表2。故擔(dān)水溝煤礦9101工作面實(shí)施綜放開采時放煤步距應(yīng)采用兩采一放。

4 總結(jié)

4.1 放煤步距的大小與煤矸的塊度大小、質(zhì)量、運(yùn)動阻力、運(yùn)動方向、混矸程度、到放煤口的距離等有關(guān)。

4.2 放煤步距的大小對頂煤放出率、含矸率影響較大。

4.3 通過實(shí)驗(yàn)得出：（1）頂煤的壓裂破碎塊度按照頂煤厚度層位上中下分，塊度由小到大依次是，下位頂煤、中位頂煤、上位頂煤。（2）由于一采一放的煤矸流分界線很陡，則煤矸流動速快，因此放煤口上方的矸石很容易流動到放煤口，導(dǎo)致混矸現(xiàn)象嚴(yán)重。（3）當(dāng)矸石塊度小于頂煤塊度時，矸石流動速度大于頂煤流動速度，且下滑的矸石容易混入到頂煤中，從而含矸率增加，增大放煤步距可以控制含矸情況；相反當(dāng)矸石塊 度大 于頂 煤塊 度時，放 煤過 程不易混 矸，則可適當(dāng)減小放煤步距。（4）在每個放煤步距中，頂煤經(jīng)過兩次有規(guī)律的流動。第一次是移架后頂煤較大幅度的垮落，第二次是頂煤流動是隨放煤口頂煤的放出而運(yùn)移。

參考文獻(xiàn)

[1]謝廣祥，黃金橋.頂煤放出規(guī)律計(jì)算機(jī)可視化仿真[J].煤炭學(xué)報，2002，27（3）：264～267.

[2]徐永圻.煤礦開采學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1991：129～134.