淺析放頂煤開采的煤炭回收率

陳祚暉 陳曉偉 滿建軍

中煤大同公司塔山煤礦

淺析放頂煤開采的煤炭回收率

陳祚暉 陳曉偉 滿建軍

中煤大同公司塔山煤礦

隨著國家經濟發展不斷加速，對能源的需求也日益擴大，煤炭作為中國能源的主要構成要素，國家和人民對其的需求逐年上升，是以發展具有高產高效特點的放頂煤工藝成為煤炭行業發展的必然之路。基于此，本文將著重分析探討，放頂煤開采的煤炭回收率以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

放頂煤開采；煤炭；回收率

1、放頂煤開采概況與優勢分析

放頂煤采煤技術所面對的主要為厚層煤炭，開采過程中把一個采高處在3～4m范圍內的工作面順著底板或順著煤層某一厚度進行布置，回采過程中引入綜合機械化手段，借助于松動爆破與礦山壓力兩者的作用，來破碎頂煤，然后，把它放出來，緊接著通過刮板運輸機把它運出。放頂煤采煤技術主要具有以下優點：(1)產量高。使用這種方法，相當于兩個工作面并行作業，也就是實現了采、放的平行作業，兩個出煤點處在工作面前后，一面兩采，在很大程度上改善了工作效率，使得工作面單產明顯增加。(2)巷道掘進率低。整個環節中整開整采，整層開采其中的有效煤層，避開因進行分層開采所造成的回采巷道太多的問題，從而緩解了采掘接替的緊張狀況，同時還改善了巷道的維護，很好的節省了維護成本。(3)工作面搬家頻率縮減。一個引入放頂煤開采技術的工作面開采程度和兩至三個分層開采工作面并行開采的程度大致一樣，因此，這樣就降低了搬家次數，防止由于搬家而導致設備受損。(4)節省材料、電能：引入該技術的工作面，頂煤受到地壓或者由于自身重力的影響而落煤，所以開采費用與分層開采方法對比而言，減少了坑木、電耗、金屬網等諸多方面的費用，從而提高了生產效益。

2、放頂煤開采技術

2.1 采放比

頂煤冒放性會隨著采放比的增加而增大，尤其在特厚煤層開采中，適當增加采放比有助于提高煤炭回收率。采放比對頂煤冒落性主要是通過超前支承應力進行影響，圖1所示為不同采放比情況下超前支承壓力變化情況。增加頂煤采放比后，頂煤支承壓力峰值增大并向煤層開采方向前移，塑形破壞變形區范圍擴大。其形成機理為：隨采放比的增加，頂煤內應力彈性區域所受垂直與水平應力差值將會增加，使得彈性區剪切應力值變大并超過煤層承受極限，推動應力峰值前移，從而加速了頂煤的破碎過程。

圖1 不同采高情況下頂煤支承壓力變化

煤層采高計算可通過式進行：

式中，γ為頂煤塑形破壞系數；Mc為機采高度，m。

頂煤塑形破壞與煤層采高存在著一定的比例關系，其隨機采高度增加而變大，因此，增加煤層采高能增加頂煤回收率，但受機械設備條件限制，煤層采高增加幅度有限；且煤層采高增大的同時也增加了頂板控制難度。在確保頂煤冒落效果與頂板安全的前提下，合理確定頂煤采放比，軟煤中采放比可適當縮小，中硬煤層可酌情增加。

2.2 放煤步距

放煤步距是確定放頂煤開采工藝中頂煤的落放距離，其對已破碎頂煤的回收率有著直接影響。放煤步距的確定需綜合考慮多方面因素，包括支架型號、頂煤厚度、垮落角等。在合理確定放頂煤采放比的前提下，理想的放煤步距是使破碎頂煤和沿著采空區方向的巖石同時到達放煤口，放煤步距過小與過大將對煤炭資源回收造成較大影響。圖2所示為不同放煤步距下頂煤放落情況。

圖2 不同放煤步距頂煤冒放情況

分析圖2可知，放煤步距過大時，上部冒落矸石不能從放煤口放出，其勢必會影響下一開采周期中頂煤的冒落與回收；而放煤步距過小，冒落矸石將占住放煤口，頂煤不能放出。放煤步距計算公式為：

式中，L為放煤步距，m；h為頂板到放煤口的垂直距離，m。

2.3 放煤口位置與尺寸

放頂煤工作面液壓支架也是影響頂煤的冒放性關鍵因素之一，尤其是支架放煤口位置與尺寸大小，會對煤層放出形態與速度產生影響。按照在支架放煤口位置的不同，支架可分為高位、中位與低位，放煤工藝設計需根據需求選擇適宜的支架類型。支架放煤口形狀多為長方形，其尺寸由長、寬決定，而一般單架放煤口尺寸相對較小，放煤口大小可通過2架或多架同時調節實現。

3、放頂煤開采的煤炭回收率

一是靈活運用底分層放頂煤技術，實行厚煤層分層開采。二是推行無煤柱開采，減少煤柱留設。對煤層埋藏淺、瓦斯含量低的地區積極探索，大膽推行無煤柱開采法，采用沿空掘巷技術，回采巷道緊貼采空區布置，工作面之間不留煤柱。為保證開采安全，厚煤層分層開采時，下分層的巷道一般采用內錯布置，這樣，相鄰的兩個采煤工作面之間就會留下一個金字塔形的煤柱。通過加強采空區側支護的辦法，下分層巷道布置在上分層巷道的正下方，可以完全實現工作面之間不留煤柱開采。三是調整切眼方向，減少煤炭損失。為便于開采，傳統的采煤技術工作面切眼與順槽一般垂直布置，而工作面的邊界與順槽往往是不垂直的，這必將留下一塊三角煤不能采出。然而采用切眼沿工作面邊界平行布置的方法旋轉推進，雖然增加了削減溜槽等工作量，但卻有效地避免了三角煤的留存，提高了資源的回收率。再者要推進礦井裝備機械化，為提高資源回收率提供物質保障。多方創造條件，派專業人員去先進單位學習機采工藝，購置先進的設備，提高采煤機械化程度，為資源的充分回收提供物質保障。可通過引進和采用先進技術，使薄煤層得到較好的開采利用。這樣既可做到高產高效，又可提高企業的經濟效益。實踐證明，許多資源利用的難題是可以通過技術進步得到解決的，關鍵在于我們是不是把資源的可持續開采利用放在企業長遠發展、國家資源充分利用、子孫后代能夠享用的戰略高度來認識。

總而言之，綜采放頂煤是近年來發展起來的一種采煤法，在很多中厚煤層及厚煤層的開采中已得到廣泛應用。應用綜合放頂煤開采法，煤礦產量得到了提高，但也給工作面的正常生產帶來了一些新問題，這就要求我們在以后的實際工作中必須對其實現進一步研究探討。

[1]李杭州.堅硬煤層放頂煤注水弱化研究[D].西安科技大學，2003.

[2]陳輝.放頂煤開采優化參數研究[D].山東科技大學，2005.