提高綜采放頂煤回采率的方法探究

常 華

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西 霍州 031412）

0 引 言

綜采放頂煤開采具有產量大、效率高、頂板管理簡單、巷道掘進率低、節約成本等明顯優點而被越來越多的采用，是一項非常具有發展前景的實用采煤技術，然而由于工藝本身及粗放管理、設計滯后等問題造成了綜放開采的回采率不高的問題。國家規定：對于厚煤層，采區回采率不得低于75%，工作面回采率不得低于93%，回采率既能反映技術管理水平，又能評價綜放工藝水平，如何提升綜放工作面回采率意義重大。本文以山西焦煤霍州煤電辛置煤礦10-422工作面為研究對象，通過大量的數據分析及前期設計，探究提高工作面回采率的方法，并投入生產實踐。

1 工作面概況

表1 煤層頂底板情況

山西焦煤霍州煤電辛置煤礦10-422工作面平均煤厚 6.9m，煤層傾角 2～9°，埋深 301m～395m，工作面走向長537m，傾向長96～210m，采用綜采放頂煤開采，全部垮落法管理頂板。

工作面所采10#煤層厚度不穩定，瓦斯相對涌出量為0.46m3/t，為低瓦斯煤層，爆炸性煤層。煤層結構復雜、含兩層或三層夾矸，煤層頂底板情況如表1所示。

2 煤炭損失因素分析

2.1 工藝損失

綜采放頂煤采煤方法因其存在大面積頂板垮落來壓的危險，不得不采用留煤的方式控制頂板垮落，主要表現在初采、末采、端頭支護等位置。

1）初采損失。在工作面回采初期，為防止大面積空頂造成的大面積來壓，上部煤炭不能立即放出，而是在工作面推進10m左右之后才開始放頂煤，這部分不能放出的煤構成了初采損失。

2）末采損失。在接近工作面停采線的10～20m范圍內，需要為工作面拆除做準備，此時移架后需要鋪設金屬網，不再放頂煤，這部分損失量構成了末采損失。

3）端頭支護損失。為了維護區段巷道的穩定，保證安全出口，工作面兩端各兩架端頭支護部分不能放頂煤，約為3m，回風巷、運輸巷寬度分別為3.8m、4.3m不能放頂煤，合計14.1m，即沿工作面走向有一條寬為14.1m的條帶頂煤無法放出，這部分構成了端頭支護損失。

圖1 綜采放頂煤工作面煤炭損失平面示意圖

綜上，如圖1所示，工藝損失中的初采、末采損失量在綜采放頂煤工作面總損失量的占比中幾乎是固定的，端頭支護損失量寬度也是固定的，由體積推算損失率，可得工藝損失回采率計算公式如下：

式中：η為工藝損失回采率，%；L為工作面走向長度，m；N為工作面傾向長度，m；H 為煤厚，m；Lc為初采長度，m；Lm為末采長度，m；hf為放頂煤厚度，m。

經計算，10-422工作面工藝損失回采率η為5.3%。

2.2 放頂煤損失

放頂煤損失是綜放過程損失量占比最大的環節，可以達到總損失量的75%以上。

1）安息腳減小。研究顯示，煤炭自然滑落時的安息腳為40～45°，但支架前移后，煤矸石的沖擊造成安息腳減小，中間夾角區域形成一個混合了煤矸的損失區。

2）煤層難冒放的問題。部分頂煤因硬度較大，無法隨工作面推進而自由冒落，必須加以人工弱化松動，而弱化實施不到的地方就有可能造成煤炭損失。

3）放頂煤步距。放煤步距是指采煤機循環次數與放頂煤次數的關系，在回采過程中，放頂煤步距使煤炭的損失量在工作面走向上呈現出波浪型的周期性變化，在工作面傾向上呈現出條帶狀。

2.3 煤柱損失

在設計工作面巷道布置時，采區、上下山都要保留部分隔離煤柱、護巷煤柱等，這些煤柱的留設增加了回采率的損失。

2.4 施工管理

主要體現在，操作時不按照規程規定嚴格執行割煤工序造成底煤損失、不按照放頂步距操作造成煤炭遺留等。

3 提高回采率的方法探究

1）降低工藝損失回采率。辛置煤礦在工藝方面的損失量較大，其原因是因為工作面布置不合理，由公式（1）可知，當工作面走向長度、傾向長度均增大時，分子增大幅度遠小于分母增大幅度，工藝損失回采率η變小，因此，在設備及地質條件允許的條件下，盡可能增大工作面長度有利于提高回采率。

2）弱化頂煤。在工作面前方，使用深孔爆破、水力壓裂等方式弱化頂板，增加煤體裂隙發育程度。實踐表明，采用注水方式弱化頂板的方法，在減小頂煤冒放難度的同時增加了煤體含水率，降低采煤過程中的工作面粉塵濃度。

3）放頂煤步距參數確定。10-422工作面采用MGD150-NW型采煤機割煤，截深0.6m，分別考察放煤步距為0.6m、1.2m、1.8m（即“一采一放”“兩采一放”“三采一放”）對回采率的影響，數據統計見表2。

表2 不同放頂煤步距對回采率的影響統計表

經對比，“一采一放”時雖然回采率較高，但灰分、含矸率較高，煤質差；“兩采一放”與“三采一放”回采率相近，但“三采一放”雙輪順序放煤方式放煤時間短、回采率高，是最優選擇。

3）優化巷道布置。在工作面布置的設計初期，綜合考慮礦壓顯現與煤柱留設問題，盡可能的減小煤柱留設，降低煤炭損失。

4）加強施工管理。嚴格控制工作面推進速度，以保證支架后頂煤有充足的時間破碎、垮落，根據現場情況決定是否組織采放平行作業。加強采煤司機培訓，割煤時，要加強現場管理，保證沿底板割煤，提高工序質量；放煤時，嚴格執行放煤步距和順序，降低底板煤炭損失。

4 結 語

1）由公式（1）可知，當工作面走向長度、傾向長度均增大時，分子增大幅度遠小于分母增大幅度，工藝損失回采率η變小，因此，在設備及地質條件允許的條件下，盡可能增大工作面長度有利于提高回采率。

2）在綜合考慮煤質、操作簡便性、放煤時間等因素的基礎上，合理選擇放煤步距有利于提高回采率。

3）采用注水方式弱化頂板的方法，在減小頂煤冒放難度的同時增加了煤體含水率，降低采煤過程中的工作面粉塵濃度。

4）在設備及地質條件允許的條件下，盡可能增大工作面長度有利于提高回采率。