采放比及步距的不同對(duì)采出率的影響分析

張 杰

(大同煤礦集團(tuán)有限公司云岡礦，山西 大同 037017)

引 言

我國(guó)煤炭行業(yè)規(guī)模巨大，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的支撐作用，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及社會(huì)生產(chǎn)節(jié)奏的加快，對(duì)于煤炭的生產(chǎn)也提出了高效化的要求。各種先進(jìn)的采煤方式逐步應(yīng)用到煤礦的開(kāi)采中，綜采放頂煤工藝可以降低對(duì)于采空區(qū)的維護(hù)工作量，減少設(shè)備及開(kāi)采的投入設(shè)備，提高回采的效率，對(duì)煤層具有加好的適應(yīng)性，在煤礦的開(kāi)采中取得了廣泛的應(yīng)用[1]。同時(shí)，綜采放頂煤方式由于采用較大高度的采空區(qū)高度，對(duì)開(kāi)采的安全性及生產(chǎn)效率要求較高，需要對(duì)開(kāi)采過(guò)程中的參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)定，采放比及放煤步距的不同，對(duì)于頂煤的采出率具有重要的影響。針對(duì)采放比及布局的不同研究其對(duì)采出率的影響，以期確定頂煤放出的規(guī)律，提高煤炭的采出率，提高煤礦的生產(chǎn)效率。

1 不同采放比及步距的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

煤層頂煤的冒放性對(duì)于采出率具有直接的影響，冒放性越好，則采出率越好。在進(jìn)行厚煤層的開(kāi)采時(shí)，機(jī)采高度越大，則對(duì)于頂煤的破碎越有利，采出率較高，機(jī)采高度與采放比為互為倒數(shù)，一般常采用大采高的方式來(lái)增加頂煤的落放空間以提高頂煤的采出率。在增大采高的同時(shí)，要注意保證煤礦的安全，放置因?yàn)椴筛叩倪^(guò)大而造成頂煤上方的破壞，造成冒頂事故[2]。

步距指在進(jìn)行綜采放頂煤作業(yè)時(shí)兩次放煤時(shí)的推進(jìn)距離。步距的大小變化對(duì)采出率的影響，如圖1所示。在步距過(guò)大時(shí)，則由于煤層上方的矸石會(huì)造成放煤口的堵塞，放煤口后方產(chǎn)生堆積，從而造成采出率較小；步距過(guò)小時(shí)，則放煤口后方的矸石會(huì)先抵達(dá)放煤口，而使得在放煤口上方的頂煤被堵塞在采空區(qū)，同樣造成采出率較小。合理的放煤步距與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的條件相關(guān)性較大，并且要考慮開(kāi)采時(shí)的支架類型、頂煤厚度、矸石高度等[3]。

圖1 步距不同對(duì)采出率的影響

對(duì)放頂煤作業(yè)的采放比及步距進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，采用不同形狀的巴厘石模擬頂煤及煤層上的老頂。實(shí)驗(yàn)中依據(jù)煤礦的煤層分布，煤層主要包括鏡煤、亮煤，碎塊狀分布，含有一定的黃鐵礦，在煤層的中小部含有泥質(zhì)的矸石層，工作面呈矩形斷面，煤層的厚度平均為5 m。制備巴厘石模型，煤炭層采用0.8 cm以下的石頭模擬，老頂采用大于1.5 cm的石頭模擬，中間部分的石頭作為直接頂[4]，模擬煤層厚度為10 cm，將制備的模型裝入到實(shí)驗(yàn)架中，得到初始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析的模型，如第143頁(yè)圖2所示。

圖2 初始實(shí)驗(yàn)分析模型

針對(duì)采放比及步距的不同對(duì)采出率的影響進(jìn)行分析，依據(jù)煤礦的實(shí)際參數(shù)，埋深為地下450 m，煤層的厚度為5.2 m，制備的模型高度為0.5 m，依據(jù)煤礦開(kāi)采中的采放比的不同，分為三種采放比，分別為1：1、1:1.5、1:2，放煤步距分為一刀一放、兩刀一放、三刀一放三種，由此對(duì)采出率進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析[5]。

2 采放比及步距的影響實(shí)驗(yàn)分析

頂煤的采出率與煤層自身的厚度、開(kāi)采深度、煤巖強(qiáng)度等多種因素相關(guān)，針對(duì)采放比及步距的不同，對(duì)采出率進(jìn)行分析，在不考慮其他因素影響的情況下，對(duì)不同采放比及步距的放頂煤采出率進(jìn)行分析。針對(duì)3種不同的采放比及步距進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為消除不同放煤方式對(duì)采出率的影響，采用順序放煤的形式進(jìn)行[6]，得到在不同參數(shù)下的采出率數(shù)據(jù)，如圖3、圖4所示。

圖3 不同采放比的采出率

圖3表示在3種不同的采放比下的采出率的數(shù)據(jù)變化，從圖3中可以看出，在三種不同的采煤步距中，隨著采放比的變化，采出率均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，即采放比為1:1時(shí)是采出率最高的采放比，這時(shí)上部頂煤具有足夠的空間進(jìn)行充分的松動(dòng)作用，能夠及時(shí)的放出，此時(shí)的放煤效果最好。

圖4表示在3種不同的步距下的采出率的數(shù)據(jù)變化，從圖4中可以看出，在三種不同的步距下，隨著放煤步距的變化，采出率均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，即放煤步距為一刀一放時(shí)得到的采出率最高，此時(shí)的放煤效果最好。

圖4 不同步距的采出率

綜合對(duì)比圖3、圖4中的數(shù)據(jù)也可以看出，在3種不同的采放比及步距條件變化時(shí)，在采放比為1:1，放煤步距為一刀一放時(shí)的采出率最高。在進(jìn)行厚煤層的綜采時(shí)，在其他因素確定的情況下，選擇較大的采放比有利于頂煤的開(kāi)采，可以獲得較大的采出率，在1:1的采放比下，得到最大的采放比為94.7%；放煤步距對(duì)采出率具有重要的影響，一刀一放的采放步距可以獲得最佳的采出率。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的煤炭形式多為地下資源，對(duì)地下厚煤層進(jìn)行時(shí)，由于施工的難度及復(fù)雜性較大，使得對(duì)于煤礦開(kāi)采的效率要求越來(lái)越高。采用綜采放頂煤的方式進(jìn)行地下厚煤層的開(kāi)采，容易造成煤炭的損失不利于提高煤礦的效率。采用合理的工藝參數(shù)，提高綜采放頂煤的采出率是行之有效的措施。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，不同的采放比及步距對(duì)采出率的影響，結(jié)果表明，在進(jìn)行厚煤層的綜采時(shí)，選擇較大的采放比有利于頂煤的開(kāi)采，一刀一放的采放步距可以獲得最佳的采出率。同時(shí)，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用了順序放煤的方式，在進(jìn)行實(shí)際的煤礦開(kāi)采時(shí)，要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況，選擇合理的放煤方式。提高綜采放頂煤的采出率，從而有效的提高煤礦的開(kāi)采效率，可以提高煤炭的經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)揮我國(guó)煤炭大國(guó)的優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供動(dòng)力。