黑龍煤業放頂煤工藝參數研究與應用

蘇燚豪

（潞安化工蒲縣黑龍煤業有限公司，山西 蒲縣 041200）

1 工程背景

黑龍煤業隸屬于潞安集團，行政歸屬為山西省臨汾市蒲縣，主水平標高為+1 040 m，主采9、10、及11 號煤層，其中10 號煤層與11 號煤層合并，9 號煤層平均煤層僅為0.8 m，且與10、11 號煤層間距較小，平均間距為0.6 m，因此設計同時開采9、10、11 號煤層。采場上覆巖層依次為均厚為6.4 m 的泥巖和均厚為4.0 m 的石灰巖，底板巖層依次為均厚2.2 m 的泥巖和均厚為2.0 m 的細砂巖。煤層頂底板情況見表1。

表1 煤層頂底板情況

2 放頂煤工藝參數設計

9、10、11 號煤層平均厚度為5.6 m，加上9 號煤層與10、11 號煤層間均厚0.6 m 的泥巖，總厚度為6.2 m，計劃采用放頂煤進行回采。為保證煤炭回收率，采用相似模擬的方法，分別對放頂煤采放比、放煤步距及放煤方式等關鍵環節進行分析，總結放頂煤工藝最佳參數[1-4]，以達到高產高效的目的。

2.1 準備實驗材料

相似模擬實驗中索用到的模擬材料為巴厘石，利用土工篩將巴厘石按不同粒徑分為3 組，并將其分別染成黑色、灰白色和磚紅色，如圖1 所示，用于模擬采場上覆不同巖層。

圖1 相似模擬實驗材料

2.2 構建實驗模型

實驗以黑龍煤業2103 工作面煤層賦存條件為基礎建立相似模擬實驗模型。9、10、11 號煤層總厚度取6.2 m（其中包含0.6 m 的泥巖），煤層上覆巖層分2 層，直接頂為6.4 m 的泥巖，其上為4.0 m 的石灰巖。在模型實驗中，將煤層及頂底板巖層按1∶50的比例分別換算如下：煤層厚度為12.4 cm，偽頂的泥巖厚度為12.8 cm，基本頂的石灰巖為8.0 cm。其中煤層用直徑小于0.8 cm 的黑色巴厘石子模擬，偽頂的泥巖用直徑為0.8～1.5 cm 的灰白色巴厘石子模擬，基本頂用直徑大于1.5 cm 的磚紅色巴厘石子模擬，所構建的模型如圖2 所示。

圖2 相似模擬實驗模型

本文重點分析采放比、放煤步距及放煤方式對頂煤冒放性的影響，分別對采放比為1∶1、1∶1.5及1∶2；放煤步距為一刀一放、兩刀一放及三刀一放；放煤方式為順序放煤及間隔放煤進行模擬，分別分析頂煤的采出率，從而得出放頂煤工藝最佳參數。

2.3 實驗結果分析

2.3.1 不同采放比的頂煤冒放率

本次實驗在放煤步距和放煤方式保持不變的前提下，分別對采放比為1∶1、1∶1.5 及1∶2 時進行模擬，模擬結果如圖3 所示。

圖3 不同采放比的煤巖界面

為了更好的分析不同采放比對工作面回采過程中頂煤冒放性的影響，將放煤方式和放煤步距不變時，不同采放比的頂煤采出率進行量化研究，分析結果見圖4。

圖4 不同采放比對頂煤冒放率的影響

如圖4 所示：

1）放煤方式固定為順序放煤，當放煤步距為一刀一放時，采放比為1∶1，1∶1.5 和1∶2 所對應頂煤冒放率分別為94.7 %、91.6 % 及85.3 %；當放煤步距為兩刀一放時，采放比為1∶1，1∶1.5 和1∶2所對應頂煤冒放率分別為91.5 %、86.4 % 及83.7%；當放煤步距為三刀一放時，采放比為1∶1，1∶1.5 和1∶2 所對應頂煤冒放率分別為85.9 %、81.5%及76.8%。

2）放煤方式固定為間隔放煤，當放煤步距為一刀一放時，采放比為1∶1，1∶1.5 和1∶2 所對應頂煤冒放率分別為91.6 %、85.9 % 及79.8 %；當放煤步距為兩刀一放時，采放比為1∶1，1∶1.5 和1∶2所對應頂煤冒放率分別為85.3 %、83.7 % 及78.5%；當放煤步距為三刀一放時，采放比為1∶1，1∶1.5 和1∶2 所對應頂煤冒放率分別為83.8 %、80.1%及75.2%。

通過實驗結果可知，當采放比為1∶1 時，頂煤松動空間較大，當工作面回采后，頂煤可以及時松散放出，頂煤冒放率良好，損失量較少。

2.3.2 不同放煤步距的頂煤冒放率

合理的放煤步距對頂煤冒放率影響很大，本次實驗分別對一刀一放、兩刀一放及三刀一放條件下，頂煤冒放率進行統計，統計結果見圖5。

圖5 不同放煤步距對頂煤冒放量的影響

如圖5 所示：

1）放煤方式固定為順序放煤，當采放比為1∶1時，放煤步距為一刀一放、兩刀一放和三刀一放所對應頂煤冒放率分別為94.7 %、91.5 % 及85.9 %；當采放比為1∶1.5 時，放煤步距為一刀一放、兩刀一放和三刀一放所對應頂煤冒放率分別為91.6 %、86.4 % 及81.5 %；當采放比為1∶2 時，放煤步距為一刀一放、兩刀一放和三刀一放所對應頂煤冒放率分別為85.3%、83.7%及76.8%。

2）放煤方式固定為間隔放煤，當采放比為1∶1時，放煤步距為一刀一放、兩刀一放和三刀一放所對應頂煤冒放率分別為91.6 %、85.3 % 及85.9 %；當采放比為1∶1.5 時，放煤步距為一刀一放、兩刀一放和三刀一放所對應頂煤冒放率分別為85.9 %、83.7 % 及78.5 %；當采放比為1∶2 時，放煤步距為一刀一放、兩刀一放和三刀一放所對應頂煤冒放率分別為79.8%、78.5%及75.2%。

通過對比分析可知，當放煤方式和采放比固定不變時，放煤步距為一刀一放時，頂煤冒放率明顯高于放煤步距為兩刀一放和三刀一放。

2.3.3 不同放煤方式的頂煤冒放率

合理的放煤方式對頂煤冒放率影響很大，本次實驗分別對順序放煤和間隔放煤條件下，頂煤冒放率進行統計，統計結果見圖6。

圖6 不同放煤方式對頂煤冒放量的影響

如圖6 所示，

1）放煤步距固定為一刀一放，當采放比為1∶1時，順序放煤和間隔放煤所對應頂煤冒放率分別為94.7 % 及91.6%；當采放比為1∶1.5 時，順序放煤和間隔放煤所對應頂煤冒放率分別為91.6 %及85.9 %；當采放比為1∶2 時，順序放煤和間隔放煤所對應頂煤冒放率分別為85.3%及79.8%。

2）放煤步距固定為兩刀一放，當采放比為1∶1時，順序放煤和間隔放煤所對應頂煤冒放率分別為94.7 % 及91.6 %；當采放比為1∶1.5 時，順序放煤和間隔放煤所對應頂煤冒放率分別為91.6 %及85.9 %；當采放比為1∶2 時，順序放煤和間隔放煤所對應頂煤冒放率分別為85.3%及78.5%。

3）放煤步距固定為三刀一放，當采放比為1∶1時，順序放煤和間隔放煤所對應頂煤冒放率分別為85.9 % 及83.8 %；當采放比為1∶1.5 時，順序放煤和間隔放煤所對應頂煤冒放率分別為81.5 %及80.1 %；當采放比為1∶2 時，順序放煤和間隔放煤所對應頂煤冒放率分別為76.8%及75.2%。

通過對比分析可知，當放煤步距和采放比固定不變時，放煤方式為順序放煤時，頂煤冒放率明顯高于間隔放煤。

綜上所述，放煤工藝最優參數應為∶采放比為1∶1，放煤步距為一刀一放，放煤方式為順序放煤。

3 現場試驗

按照前述研究結果，在黑龍煤業2103 綜采工作面進行現場試驗，割煤高度為3.0±0.1 m，采放比為1∶1，放煤步距為一刀一放，放煤方式為順序放煤，工作面設備選型如表2 所示，主要技術經濟指標如表3 所示。經過現場試驗，頂煤冒放率高達88%，經濟效益良好。

表2 2103 工作面設備型號

表3 工作面主要技術經濟指標

4 結 論

本文以黑龍煤業為工程背景，經分析確定9、10、11 號煤層采用放頂煤工藝同時開采，通過理論分析、相似模擬實驗等方法，確定放頂煤工藝最佳參數采放比為1∶1，放煤步距為一刀一放，放煤方式為順序放煤。并在2103 工作面進行現場試驗，現場頂煤回收率高達88%，經濟效益顯著。