大分段小間隔多輪間隔放煤法在堅硬特厚煤層工作面的應用

杜 謙

（晉能控股煤業(yè)集團馬道頭煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

放頂煤開采工藝因其高效、安全、低成本等優(yōu)點成為我國厚煤層開采的主要技術[1]，而堅硬特厚煤層頂煤煤質堅硬，在放頂煤參數(shù)選取不合理的情況下，增加頂煤垮落難度，增大頂煤垮落塊度，降低工作面回采率。本文以馬道頭煤礦8404 工作面為工程背景，根據(jù)煤層賦存條件研究確定合理的放頂煤參數(shù)，提高工作面回采率。

1 工程概況

8404 工作面開采3#～5#煤，煤層均厚20.5 m，由下方的5#煤層和上方的3#煤層共同組成，煤層傾角1°～12°，普氏系數(shù)f=3，煤層結構穩(wěn)定，內生裂隙較發(fā)育。工作面埋深258～292 m，工作面東側為北四盤區(qū)輔運大巷，西側為鐵峰鐵路保護煤柱，北側為規(guī)劃中8403 工作面（未開采），南側為8405 工作面（未開采）。表1 為工作面頂?shù)装迩闆r表。

表1 工作面頂?shù)装迩闆r表

8404 工作面屬于堅硬特厚煤層工作面，直接頂較薄，若選取不合理的放頂煤參數(shù)進行回采，破碎的直接頂易過快落入放煤口，降低經濟效益。

2 工作面頂煤放煤方式選擇

2.1 8404 工作面頂煤放出規(guī)律分析

結合8404 工作面實際情況對其頂煤放出規(guī)律進行分析，進而選取合理的方煤方式。8404 工作面頂煤放出過程示意圖如圖1。

圖1 頂煤放出過程示意圖

由圖1 可知，在工作面單輪和順序放煤方式下，由于頂煤厚度大，1#支架上方大量頂煤破碎并放出，放煤漏斗體積增大，使3#支架上方頂煤體積減小。當1#支架放煤完畢，在3#支架頂煤放出過程中，放出體與直接頂接觸面減少，支架頂梁的反復支撐力對放出體破碎效果大大減少，導致3#支架上方頂煤未完全破碎，放出體體積減小，放煤漏斗收縮，1#與3#支架上方的放出體及剩余頂煤畸形發(fā)育。在此情況下放煤，1#和3#支架放煤速度不一，1#支架放煤漏斗見矸后，3#支架放煤漏斗還會存在部分頂煤未放出，會增大含矸率，降低工作面回采率。因此，需選取合理的放煤方式提高工作面回采率[2]。

2.2 放煤方式選取

由8404 工作面頂煤放出規(guī)律分析可知，8404工作面在單輪放煤和順序放煤方式下，放出體及頂煤易畸形發(fā)育，影響工作面回采率。因此，8404 工作面采用多輪間隔放煤，并在此基礎上提出了大分段小間隔放煤法，其放煤過程如下[3]：

（1）面內大分段。將工作面按照5#～50#、51#～100#、101#～尾支架分為3 大區(qū)段，5#～50#支架為頭部放煤段，51#～100#支架為中部放煤段，101#～尾支架段為尾部配煤放煤段。

（2）分段大間隔。在每個大分段內，各一級支架之間間隔3 臺支架，間隔的3 臺支架包括1 個二級和2 個三級支架。一個大間隔內包括2 個一級、1 個二級和2 個三級支架。8404 工作面放煤順序示意圖如圖2。

圖2 放煤順序示意圖

（3）段內小間隔。工作面支架進行放煤編號，編號規(guī)則執(zhí)行分級、順序雙統(tǒng)一，即1 級支架對應“一”、2 級支架對應“二”、3 級支架對應“三”。如圖3 所示，在1#～9#這9 個支架中，1#、5#和9#支架為一級支架，2#、4#、6#和8#支架為三級支架，3#和7#支架為二級支架。放煤順序由先到后為一級、二級、三級，每兩個相鄰一級支架放煤結束后，再放二級支架，最后放三級支架。

綜上所述，設計確定8404 工作面放煤方式采用大分段小間隔放煤方式，考慮到工作面長度及設備運行情況，頭部放煤段及中部放煤段為正常放煤段，尾部為配放煤段，所有支架級數(shù)均實行“見矸關窗”的原則，每個區(qū)段內按照先放“一”后放“二”再放“三”的順序放煤，每段小間隔內的放出體皆可充分發(fā)育并均勻放出，可有效增大工作面回采率。

3 放頂煤工藝參數(shù)分析

8404 工作面采用大分段小間隔放煤方式放煤后，再結合現(xiàn)場工程實際確定工作面的放頂煤工藝參數(shù)。

3.1 工作面放頂煤工藝參數(shù)

（1）工作面寬度和長度

① 工作面寬度。8404 工作面的2404 巷道和5404 巷道標高變化較大，煤流上山運輸高差較大，且工作面所用前后刮板運輸機設計長度260 m，考慮設備適應，確定工作面寬度為220 m。

② 工作面長度。受到縣級公路保護煤柱的影響，確定8404 工作面長度為4137 m。

（2）采放比。考慮到8404工作面采煤機（SL-500型）及低位放頂煤液壓支架（ZF17000/27.5/42D型）情況，確定工作面機采高度3.9 m，煤層厚度14.29～26.70 m，平均厚度16.55 m，因此，8404 工作面放煤高度為10.39～22.80 m，平均放煤高度為12.65 m，采放比為1:3.24。

（3）截深。8404 工作面煤厚14.29～26.70 m，平均16.55 m，基本支架ZF17000/27.5/42D，推移步距為0.8 m，根據(jù)已采工作面的開采經驗，確定8404 工作面截深為0.8 m。

（4）放煤步距。放煤步距是指相鄰兩次放頂煤的間隔距離[4]。過大或過小的放煤步距都會影響工作面回采率及含矸率。依據(jù)北二盤區(qū)8203 工作面和8201 工作面等已開采工作面的情況，發(fā)現(xiàn)馬道頭北四盤區(qū)3#～5#煤層可以自行垮落，且“一刀一放”工藝所取得頂煤回采率最高而含矸量最少[5]。因此，根據(jù)3#～5#煤層實際抗壓強度和煤層結構，并結合以往經驗，確定采用“一刀一放”正規(guī)循環(huán)作業(yè)，即放煤步距為0.8 m。

3.2 放煤效果分析

（1）放煤效果預計。根據(jù)已確定的放頂煤工藝參數(shù)來預計工作面回采率。

工作面回采率計算如式（1）～（3）

式中：Qs為總煤量損失，t；QC為放頂前的損失量，80 707 t；Qm為末采損失量，121 060.5 t；Qf為工藝損失量，712 999.5 t；Qd為端頭損失量，1 573 511.4 t；Q采為工作面采出量，t；Q可為可采儲量，18 868 120.8 t；C為工作面回收率。

計算得總煤損失量Qs=80 707+121 060.5+712 999.5+1 573 511.4=2 488 283.4 t；Q采=18 868 120.8-2 488 283.4=16 379 837.4 t；工作面回收率C=16 379 837.4/18 868 120.8=86.8%。

（2）實際放煤情況。8404 工作面推進速度由相鄰工作面的1 d 割6 刀提高到1 d 割8 刀，增加了工作面單產。矸石混入率為7%，提高洗選煤效率，大塊矸石放出量減少，避免卡溜事故。在放煤過程中，各分段大間隔上方的放出體分布均勻，避免矸石過早竄入放煤口的現(xiàn)象，工藝損失量極大減少。8404 工作面動用儲量為2 184.1 萬t，采出煤量為2 009.4 萬t，實際工作面回采率為92%，實際煤損量為174.7 萬t。

4 結論

（1）8404 工作面采用大分段小間隔的多輪間隔放煤法放煤可有效提高工作面回采率，降低含矸率。

（2）設計確定放頂煤工藝參數(shù)為：工作面寬度220 m，工作面長度4137 m，采放比1:3.24、截深0.8 m，放煤步距0.8 m。

（3）應用合理的放煤工藝參數(shù)后，大塊矸石放出量減少，矸石混入率為7%，工作面回采率達到92%。