提高綜放開采采出率措施研究

陳文偉

（晉能控股集團山西王家嶺煤業有限公司，山西 保德 036600）

綜放開采具備煤炭產量高、成本低、頂板管理簡單、經濟效益明顯等優點，在厚煤層開采中應用較為普遍[1-2]。但是在綜放開采時受到粗放管理、設計滯后以及本身工藝水平等因素限制，常出現煤炭采出率不高問題。煤炭采出率可綜合評價綜放開采工藝水平以及現場技術管理水平，如何提高工作面煤炭回采率對綜放開采工藝應用具有重要意義[3-5]。現階段國家相關標準規定，綜放開采工藝下采面、采區煤炭綜合采出率應在93%、75%以上。文中以山西王家嶺煤礦18105 綜放工作面為研究對象，探究提高工作面煤炭采出率技術方法，以便在一定程度上提升礦井綜放開采工藝水平。

1 工程概況

晉能控股集團山西王家嶺煤業有限公司（以下簡稱王家嶺煤礦）井田內主要含煤地層為石炭系上統太原組（C3t）和二疊系山西組（P1s）。批采區內穩定可采煤層，現階段主要開采4 號煤層，煤層傾角一般6°，煤層厚度平均6.43 m，基本穩定。4 號煤層原始瓦斯含量較低，煤層具有自燃發火傾向性，頂板巖性以泥巖、堅硬灰巖為主，底板以泥巖、細砂巖為主。18105 綜放工作面開采4 號煤層，工作面采放比設計為1∶1.68，全部垮落法管理頂板。根據現階段煤炭開采參數測算，18105 工作面動用量為176.07 萬t，開采量為151.56 萬t，損失量為24.51 萬t，工作面損失率為13.9%，回采率為86.1%。

2 采面煤炭損失影響因素分析

2.1 開采工藝損失

18105 工作面采用綜放開采工藝，由于開采的4號煤層頂板為堅硬的灰巖，存在有大面積垮落來壓風險。為此確保采面回采安全，一般采用留煤方式實現控制頂板垮落，具體留煤位置集中在端頭位置，采面初采、末采階段，具體回采工作面煤炭損失位置見圖1 所示。

圖1 回采工作面煤炭損失位置示意圖

1）端頭位置煤炭損失。在端頭位置為了確保回采巷道圍巖穩定，為采面留設安全出口，在采面上下端頭兩架液支架部分不放頂煤，少放煤巖厚度約為4.03 m。采面運輸巷、回風巷寬度分別為4.3 m、3.8 m，則在采面傾斜方向上則有長度約為14.1 m 的條帶無法放頂煤。

2）初采損失。18105 綜放工作面在回采初期為避免頂板大面積空頂、突然垮落而出現大面積來壓問題，在回采期間上部煤炭未能立即放出。在采面回采推進10 m 后才開始進行放頂煤工作，在初采期間為預防頂板來壓而未回采的頂板構成了工作面初采損失。

3）末采損失。當推進至停采線10～20 m 時，為了確保回撤通道圍巖穩定并為后續的綜采設備拆除、回撤創造良好條件，在此階段范圍內需要在液壓支架頂板上鋪設金屬網。金屬網鋪設后不再進行放頂煤工作，從而造成煤炭損失。此部分未放的頂煤構成末采損失。

從上述分析得出，在綜放開采工藝條件下，初采、末采階段以及端頭位置煤炭損失量幾乎是固定的，可通過經驗公式進行計算。依據采面條件并結合經驗公式計算得到18105 工作面在綜放開采工藝開采條件下煤炭損失利率為5.3%。

2.2 放頂煤煤炭損失

在18105 綜放工作面在回采放煤過程中引起的煤炭損失約占煤炭損失總量的75%。頂煤放煤效果與安息角、煤炭冒落性、放煤步距等因素有關。

1）安息角。根據有關研究成果表明，一般情況下煤炭自然滑落造成的安息角介于40°～45°。18105綜采放工作面在回采期間，在液壓支架前移影響下煤矸石有一定的沖擊性，在煤矸石影響下煤炭安息角有所減少，從而頂煤中間夾角區域內形成有煤矸混合的損失區。

2）煤炭冒落性。由于工作面開采的4 號煤層硬度相對較大，頂煤常出現無法隨工作面推進而自然冒落問題，有時需要人工對頂煤進行松動軟化，在對頂煤松動弱化不到位的地方就極其容易導致煤炭損失。

3）放煤步距。在綜放工作面回采過程中放煤步距使得頂煤煤炭損失沿著工作面推進方向呈現波浪形分布，放煤步距直接影響放煤次數以及放煤煤炭損失量。

2.3 保護煤柱以及現場管理

在工作面圈定過程中需要布置各類保護煤柱，為工作面安全回采創造良好條件。采面內留設的各種煤柱勢必會造成煤炭資源損失。

現場管理與煤炭損失有密切關聯。在采面生產過程中若未嚴格準守作業規程控制采煤機運行可能會產生一定的底煤損失，不按要求放煤會增加頂煤出現遺留量。

3 提高綜放工作面煤炭回收率技術措施

3.1 減少綜放開采工藝煤炭損失

王家嶺煤礦在綜放開采工藝方面煤炭損失量較大，主要原因是工作面布置不合理。從圖1 可看出，增加綜放工作面傾斜長度以及走向推進長度可在一定程度上降低綜放開采工藝煤炭運輸。因此，在地質條件、綜放開采設備以及現場管理水平等條件允許情況下，適當增加采面斜長及推進長度有利于降低開采工藝導致的煤炭損失量。同時在現場應強化管理，嚴格準守作業規程進行煤炭開采工作。

3.2 頂煤及頂板弱化

在工作面前方200 m 以外區域，采用水力壓裂、深度爆破等方式對頂板堅硬巖層、頂煤等進行弱化，通過增加頂煤以及頂板巖層裂隙實現提高頂煤冒落性，并降低頂板垮落引起的來壓強度。現場應用表明，在回采工作面內采用水力壓裂方式不僅可起到弱化頂板、頂煤作用，而且可增加煤體含水率，降低回采過程中粉塵產生量，現場應用效果較好。

3.3 放頂步距優化

18105 工作面采煤機型號為MGD150-NW，截割深度為600 mm，現場分別對采一放一（采600 mm放一次頂煤）、采二放一（采1 200 mm 放一次頂煤）、采三放一（采1 800 mm 放一次頂煤）下的煤炭回采率進行統計，具體結構見表1。

表1 不同放頂步距煤炭回采率統計結果

從表1 中看出，采用采一放一方時雖然煤炭采出率較高，但是存在煤炭灰分含量高、煤質差、含矸量高以及放煤時間耗時長等問題；采二放一以及采三放一兩種不同放煤方式下煤炭采出率、原煤中灰分以及含矸率等接近，但是采三放一時放煤效率更高。因此，綜合比對將采面放煤步距優化為1 800 mm，放煤方式選擇雙輪順序放煤。

4 結論

1）4 號煤以及頂板堅硬從而使得煤體冒落性較差、采面回采時礦壓顯示明顯，提出采用水力壓裂技術對頂煤及頂板進行弱化，在提高煤體冒落性同時降低頂板巖層強度，進而增加煤炭回采率。

2）對影響18105 綜采放工作面煤炭回采率的因素進行分析，并綜合煤質、放煤時間以及現場操作便捷程度等方面對放煤步距進行優化，最終將放煤步距優化為1 800 mm。

3）在后續采面布置時，通過適當增加采面斜長以及推進距離，可在一定程度上降低采面端頭、初采及末采期間煤炭損失。