影響頂煤放出主要因素的工藝實踐與分析

郝 震

（山西華陽集團新能股份有限公司一礦，山西 陽泉 045000）

引言

煤礦綜采工作面生產效率、產出煤炭的質量以及產量等指標不僅與工作面所配置綜采設備的自動化、智能化水平相關，而且與綜采工作面所采用采煤方法和相關采煤參數相關。對于放頂采煤方式而言，雖然與傳統采煤方式相比可將產量提高一倍，將工作面生產的安全性提高一倍；但是放頂采煤工藝參數未與工作面地質、煤層等條件結合設計無法發揮該種采煤方式的優越性[1]。因此，本文將結合實際生產實例對影響放頂采煤的主要參數進行分析。具體闡述如下：

1 工程概況及現狀分析

本節對所研究礦井工作面的地質、煤層等條件進行簡單概述，并對該礦井工作面當前所采用放頂采煤方法所遇到的問題進行分析，為后續開展系列研究奠定基礎。

1.1 工程概況

葦湖梁煤礦在設計初期的生產能力為30 萬t/a，經過多年的改造和相關智能化、自動化設備的引入，該煤礦的生產能力目前已經達到120 萬t/a。該煤礦共包含可開采的煤層為5 層，本文以其中7#煤層的開采為例開展研究。7#煤層的厚度范圍為0.1 m～2.3 m，煤層平均厚度為1 m，煤層工作面的地質條件構造簡單，煤層中間夾雜著部分矸石，矸石的平均厚度為0.33 m，矸石的最大厚度為1.2 m。7#煤層所屬工作面的頂底板地質條件如表1 所示。

表1 7#煤層所屬工作面的地質條件

該煤礦的采煤技術經歷了傳統的倉儲式采煤法、中深孔爆破采煤法、滑移頂梁放頂煤開采方式和如今的綜合機械化放頂采煤方式。

1.2 現狀分析

目前，該煤礦采用綜合機械化放頂采煤方式主要面臨著如下問題，主要表現在工作面回采率、產量以及所采出煤炭質量等方面。

1）回采率問題：在多年的生產以來，相關技術人員先后通過改進爆破炸藥、放煤步距和放煤工藝等方式擬解決回采率低的問題，但是，經過上述改進后放頂采煤工藝下對應的回采率僅為70%。目前，工作面所采用的放煤步距的確定原則為兩刀一放，放煤工藝為順序、多輪、依次、隔架放煤[2]。

2）產量問題：該煤礦采用綜合機械化放頂采煤方式對應的每天的產量僅為1 400 t，在當前煤礦的現代化生產中處于相對落后的狀態。

3）該煤礦雖然對炸藥進行改進，但是，所得原煤中含矸的比例較高，且原煤的灰分高達30%，無法滿足市場需求的要求。

因此，本文將通過對放煤工藝參數進行優化重點解決當前面臨的回采率低、產量低以及煤炭質量低的問題[3]。

2 不同因素對頂煤放出的影響

本節將對水平分段高度、放煤方式、放煤步距對頂煤放出的影響進行研究，具體闡述如下。

2.1 水平分段高度對頂煤放出的影響

對不同水平分段高度和不同放煤方式、相同放煤步距的放煤工藝參數下，綜采工作面推進3 m 后對應回采率和原煤的灰分進行對比，對比結果如表2所示。

表2 不同水平分段高度和放煤方式對頂煤放出的影響

如表2 所示，在相同放煤方式下，隨著水平分段高度的增加，對應煤炭的灰分增加，產量增加，回采率率降低；在相同水平分段高度下，多輪間隔的放煤方式對應煤炭產品的灰分降低，產量明顯增大，回采率也明顯增加。因此，在實際生產中需綜合評估煤炭產量和回采率兩項因素最終確定水平分段高度的參數值。

2.2 放煤方式對頂煤放出的影響

對相同放煤步距、水平分段高度的參數下，對不同放煤方式下（單輪順序放煤、多輪順序放煤、多輪間隔放煤以及多輪間隔控制放煤方式）綜采工作面推進3 m 時，所得煤炭的含矸率、灰分、產量、回采率等參數進行對比，對比結果如表3 所示。

表3 不同放煤方式對應頂煤放出的影響

如表3 所示，就煤炭含矸率、灰分而言，單輪順序放煤方式的含矸率最高；多輪順序和多輪間隔放煤方式的含矸率相近；多輪間隔控制放煤方式的含矸率最低。就煤炭產量和回采率而言，單輪順序放煤方式的產量最低；多輪順序和多輪間隔放煤方式的產量相近；多輪間隔控制放煤方式的產量最高[4]。

綜上所述，在實際生產中應采取多輪間隔控制方式進行放煤。

2.3 放煤步距對頂煤放出的影響

對相同放煤方式、水平分段高度的參數下，對不同放煤步距條件下（一刀一放、二刀一放以及三刀一放）綜采工作面推進3 m 時，所得煤炭的含矸率、灰分、產量、回采率等參數進行對比，對比結果如表4 所示。

如表4 所示，就含矸率而言，采用一刀一放的放煤步距條件對應的含矸率最高，三刀一放和二刀一放的含矸率均較低，且以三刀一放的含矸率最低，但是二者之間的差距不大；對于灰分而言，三種放煤步距條件的差異不明顯，其中二刀一放和三刀一放的灰分相近均低于一刀一放；對于產量和回采率而言，二刀一放的最高，之后依次為一刀一放和三刀一放的放煤步距條件[5]。

表4 不同放煤步距條件對應頂煤放出的影響

綜上所述，該工程應采取二刀一放的放煤步距條件進行生產。

3 結語

綜合機械化放頂采煤方式為當前綜采工作面常見的開采方式，為解決煤礦采用放頂采煤方式在回采率、煤炭質量和產量等方面存在的問題，本文針對性對不同放煤步距條件、水平分段高度以及放煤方式對頂煤放出的影響進行研究，并總結如下：

1）經對不同參數對頂煤放出的影響進行評估，得出本工程應采用二刀一放的放煤步距條件、多輪間隔控制的放煤方式對放煤工藝參數進行改進。

2）結合對比結果，將所優化后的工藝參數應用實例研究中，回采率最高可達到80.5%，產量最高可達到2 318 t，有效解決了產量和回采率低的問題。