麻家梁4號煤層綜放開采放煤方法優化研究

張 騫

(晉能控股集團,山西 大同 037003)

麻家梁礦位于山西省朔南礦區，是一座年產1 200萬t的特大型礦井，采用立井雙水平開拓方式，現開采一水平，開采煤層為4號煤層，煤層厚度約6.5～7.5 m，布置有兩個高產高效放頂煤工作面，年產達到了1 200萬t的能力。礦井自投產以來一直采用單輪順序放煤法，原煤含矸率普遍較高，最高達40%以上，在多出煤的同時，排矸量也顯著增加，致使礦井經濟效益水平并不高，本文以橢球放礦理論為指導，依據煤層參數，對放煤方法進行優化[1-2]。

1 工程概況

麻家梁4號層一盤區14106綜放工作面，工作面傾向長280 m，煤厚6.5～7.5 m，開采深度為520.4～561.3 m，煤層f值為2.5。工作面選用ZF13000/25/38支撐掩護式放頂煤支架，工作面機采高為3.5 m，頂煤厚3～4 m，采放比為1∶0.86～1∶1.14。設計的放煤方法為單輪間隔放煤法，應用此法發現頂煤中的含矸率較高，優化為單輪分組間隔放煤法后，實現了頂煤回收率高、煤炭含矸率低的良好效果。

2 單輪分組間隔放煤法

依據放煤漏斗理論計算可知，在頂煤厚3～4 m，放煤漏斗線與水平方向夾角為52°時，形成兩個互不交叉的放煤漏斗，最小間隔3架支架。基于此，沿著工作面每6架劃分為一個區段，其中1～3號架為一級，5號架為二級，4號、6號架為三級。為了減少放煤過程中的混矸率，應盡量讓煤巖分界面均勻下降，具體放煤過程如圖1所示。

圖1 放煤工藝示意(m)

放煤步驟如下：

步驟1：三個放煤工緊跟采煤機同時放一級支架(1～3號支架)頂煤。

步驟2：一級支架放煤完成后，三個放煤工間隔三個支架同時再放相鄰的一級支架(7～9號支架)頂煤。

步驟3：相鄰一級支架頂煤放完后，三個放煤工返回先放二級支(5號支架)頂煤。

步驟4：二級支架頂煤放完后再放相鄰的三級支架(4號、6號支架)頂煤。

之后，放煤作業重復2～4步驟的放煤過程。

3 單輪分組間隔放煤工藝優點

單輪分組間隔放煤法與單輪間隔放煤法相比，不僅提高了頂煤的回收率，而且最大限度地降低了頂煤的含矸率。以3～4 m頂煤為例，單輪分組間隔放煤工藝每個循環6架支架只產生一個煤巖分界面，較單輪間隔放煤工藝(見圖2)，煤巖分界面降低66%，減少了放煤過程中因相鄰支架矸石躥入而造成的提前見矸的情況。

一級支架放煤過程中，不會有相鄰支架矸石的躥入，矸石主要產生于頂板。三級支架在放煤的過程中，隨時會有相鄰支架矸石的躥入。采用單輪間隔放煤工藝時：在“見矸關窗”的情況下，會導致圖2中間隔架上方的頂煤無法回收，完全不混矸石的情況下，頂煤的回收率約為50%；允許含矸率為17.5%的條件下，頂煤回收率為62.7%。采用單輪分組間隔放煤法：在“見矸關窗”完全不混矸石的情況下，頂煤的回收率約為75%；若允許含矸率為7.2%時，頂煤回收率可達到97%。

圖2 單輪間隔放煤工藝示意(m)

可見，放煤操作實現“見矸關窗”，關系到頂煤中含矸率的多少。因此將一級、二級、三級支架用綠、黃、紅三種顏色加以區分，以促進操作工在放煤環節實施 “定量化”“見矸關窗”操作。

4 放煤工藝“定量化”操作試驗

應用單輪分組間隔放煤工藝時，為促進操作工在放煤環節精確掌握各級支架放煤時的擺梁角度、放煤時間，進而指導放煤工的現場實際操作，對放煤環節的操作進行了“定量化”試驗。試驗地點頂煤的厚度為4 m，泵站壓力30 MPa，在移支架為6架，分為3組。

試驗結果顯示：一級支架總放煤時間平均為75 s時，尾梁最大擺動角度為24°；二級支架總放煤時間為48 s時，尾梁最大擺動角度為13°；三級支架總放煤時間為23 s時，不需擺動尾梁(各級支架放煤形態如圖3、圖4和圖5所示)。支架標準形態時后擺梁與水平成38°，向上最大擺動20°，向下最大擺動39°，放煤口的最大寬度為1 048 mm。

圖3 一級支架放煤示意(mm)

圖4 二級支架放煤示意(mm)

圖5 三級支架放煤示意(mm)

通過現場試驗發現：一級支架放煤時，若放煤口全部打開時，后溜煤量較大且煤塵較多，不易觀察見矸情況。當放煤口開1/2時，大塊頂煤無法放下，將放煤口開至3/4(尾梁最大擺動角度24°)擺動兩次尾梁，有利于頂煤的下放。二級支架放煤時，頂煤量較少且破碎較充分，將放煤口開1/2(尾梁最大擺動角度13°)，有利于頂煤的下放。三級支架放煤時，頂煤破碎充分，同時頂煤量少，只需收回插板即可。

通過現場“定量化”操作試驗，精確確定了單輪分組間隔放煤工藝條件下，放煤時各類支架的擺梁角度、放煤作業時間，實現了現場放煤工實際操作的“定量化”。

5 結 語

1) 單輪分組間隔放煤法與單輪間隔放煤法相比，煤巖分離面更少，混矸率更低，煤炭回收率更高，在允許含矸率為7.2%的條件下，頂煤回收率可達到97%。

2) 麻家梁礦全面應用單輪分組間隔放煤工藝后，不僅技術經濟效果顯著，商品煤產率提高8%，每年還可減少排矸約80萬t，節約排矸費用2 400萬元，增加商品煤產量80萬t，按噸煤400元計算增收32 000萬元。同時，減少了礦井各類生產運輸設備的磨損，延長了設備的使用壽命，并大大降低了員工的勞動強度。