淺析提高綜采放頂煤工作面采出率的措施

馬延濱

（榆林神華能源有限責(zé)任公司工程部，陜西 榆林 719000）

淺析提高綜采放頂煤工作面采出率的措施

馬延濱

（榆林神華能源有限責(zé)任公司工程部，陜西 榆林 719000）

分析了造成綜合機械化放頂煤存在回采率低的主要原因，針對這些原因結(jié)合工作面布置、推進距離并結(jié)合支架選型及工藝參數(shù)的優(yōu)化，提出改善放頂煤回采率低的相應(yīng)措施，對于提高綜放工作面采出率具有一定的意義。

綜采放頂煤;回采率;煤炭損失

目前，我國綜采放頂煤開采現(xiàn)狀在世界居于前列，從引入該項技術(shù)至今已近30年不但解決了不穩(wěn)定厚煤層和急傾斜特厚煤層的機械化開采難題，而且實現(xiàn)了緩傾斜較穩(wěn)定特厚煤層的高產(chǎn)高效開采，但放頂煤工作面的采出率能否達到國家要求，一直是困擾該技術(shù)進一步應(yīng)用的難題。

據(jù)2003年統(tǒng)計，我國綜放工作面平均采出率為81%～83%，低于國家對厚煤層回采工作面采出率必須達到93%以上的要求，綜采放頂煤開采的工作面頂煤損失一般由4部分組成：初采損失、末采損失、上下端頭損失和落煤損失。作者根據(jù)頂煤損失類型，分析提高原煤回收率的措施。

1 初末采損失

根據(jù)綜放工作面開采特點，工作面開始回采時，支架頂部有5m左右的頂煤不能放出；工作面回采結(jié)束時，有10 m左右不能放煤[1]。初末采損失造成的回采率損失可按下式計算：

式中：η1為初末采損失率；a1為初采不放煤距離，m；a2為末采不放煤距離，m；H為煤層總厚度，m；h為采煤機采出部分厚度，m；L為工作面推進長度，m。綜采工作面采放比為：

式中：λ為綜放工作面采放比。代入式（1）得：

根據(jù)煤礦生產(chǎn)經(jīng)驗，當(dāng)a1=5 m、a2=10 m、λ=2.5時，工作面推進長度與初末采損失率間關(guān)系見圖1。

圖1 初末采損失與工作面推進長度關(guān)系

從我國較為常見的工作面推進長度2 000 m左右考慮，初末采大概造成的損失占0.2%左右。

2 巷道及端頭不放頂煤損失

大多數(shù)綜放工作面都沒有解決端頭架、排頭架的放煤問題?？紤]到端頭設(shè)備布置集中，放煤會給端頭頂板管理帶來困難，綜放工作面回采過程中，不僅兩回采巷道不放頂煤，而且上下兩端一般會留2架不放煤，因此造成的煤量損失較大，可按下式計算：

式中:b為兩巷的平均寬度,m；n為端頭不放頂煤支架個數(shù)，個；L為工作面長度，m。

工作面回采巷道寬度一般為3 m～5 m，這里按平均4m考慮，綜采放頂煤支架寬度一般為1.5m。

由公式（4）可以看出，加大工作面長度即可提高工作面回采率，或者在有效保證正?；夭蓷l件下，增加機采高度。目前，綜放工作面長度存在著從80m到300 m的實踐，借鑒公式（4）假設(shè)煤厚為5 m的條件，不放頂煤的端頭支架按4架考慮，機采2.5 m，80m長工作面此部分損失比率為8.75%，而如果工作面長度增加至300 m，采高增至3 m，則此部分損失比率降低至1.9%，因此可以看出增加工作面長度及機采高度對于解決端頭及巷道頂煤回采率問題是有利的。

3 放煤損失

3.1 煤的冒放性

頂煤在采動支承壓力的作用下要經(jīng)過變形、壓裂、松動和冒落四個過程，其主要影響因素有煤層蓋山厚度、煤體強度、頂煤厚度、夾矸層厚度和裂隙發(fā)育程度等[2]。

蓋山厚度和煤體強度是影響煤冒放性的兩關(guān)鍵性因素。實踐表明，頂煤冒放性隨著采深加大而提高，對于采深小于100m的煤層，頂煤幾乎無壓裂，冒放性差；煤體強度越大，壓裂效果越差，冒放性也隨之變差。此外，裂隙發(fā)育程度也對冒放性有重要影響。強度較高的煤層不易壓裂，弱面的存在可以相對降低煤層強度，支承壓力可以將已有裂隙面貫通，促使頂煤及時冒落。

3.2 放頂煤支架

支架對頂煤采出率的影響主要表現(xiàn)為：窗口位置造成的頂煤丟失和支撐力小造成的頂煤損失。

放頂煤支架按窗口位置可分為高、中、低位三種，其中高、中位放煤窗口處在支架的頂梁或掩護梁上，窗口互不連續(xù)，所以窗口間必然存在脊背煤損失。脊背煤經(jīng)落矸壓實后，形狀接近頂邊不確定的梯形，損失率可近似按下式計算：

式中：a為脊背煤上邊長，m；b為放煤口間距，m；l為放煤步距，m；d為脊背煤厚度，m；γ為煤的容重，t/m3。

脊背煤損失一般占整個工作面頂煤損失的5%～8%。目前綜放應(yīng)用中，在條件可以的情況下盡量采用輕型支架，這種支架不存在脊背煤損失。

支架初撐力對頂煤采出率的影響主要表現(xiàn)在如下兩個方面。其一，當(dāng)頂煤硬度較小時，起到高強度支護作用，保證采場正常作業(yè)，從而間接地提高了工作面頂煤的采出率。現(xiàn)場實測表明，當(dāng)頂煤采出率超過70%時，若支護強度不足，頂煤會提前斷裂而出現(xiàn)嚴重的架前冒頂漏矸，迫使工作面中斷放煤，影響頂煤的采出率，見圖2。第二，當(dāng)頂煤硬度f＞3時，支架初撐力對頂煤起擠壓破碎作用。頂煤從機道到放煤口一般要經(jīng)過3次～7次反復(fù)擠壓，期間頂煤受到的擠壓應(yīng)力及頂煤振幅都與支架的支撐強度有關(guān)。實踐表明，頂煤的采出率與支架的初撐力正相關(guān)。采用有足夠初撐力和工作阻力的放頂煤支架，可提高頂煤采出率2.0%～3.5%。

圖2 f=1時采出率與頂煤斷裂關(guān)系

3.3 工藝參數(shù)

對控頂距、采放比、放煤步距等參數(shù)進行優(yōu)化可以提高頂煤回采率。

控頂距直接影響著頂煤松散范圍的寬度。對于軟煤和壓裂效果好的煤層，要減小控頂距，預(yù)防支架前漏頂；對于壓裂效果差的硬煤層，要將控頂距調(diào)整到最大,使頂煤在反復(fù)支撐過程中松動和破碎，從而提高采出率。

硬煤的采放比要小，即多采少放，有利于頂煤充分壓裂和松動；軟煤區(qū)采放比要大，少采多放，充分利用放頂煤開采成本低的優(yōu)勢。

放煤步距是影響放煤效果的重要參數(shù)，必須同時考慮頂煤采出率和含矸率。放煤步距太大會在采空區(qū)側(cè)留下三角煤，導(dǎo)致大量煤炭丟失。放煤步距太小，則靠近采空區(qū)方向的矸石先于頂部的煤到達放煤口。若按見矸關(guān)門的原則，這部分煤將被關(guān)在放煤口以外而丟失；若不關(guān)放煤口，則大量矸石會涌入工作面。因此放煤步距應(yīng)結(jié)合煤質(zhì)硬度及頂煤厚度綜合考慮。

開灤某礦生產(chǎn)實踐表明，一采一放的回采率81.68%，采出原煤含矸率3.06%；兩采一放的回采率為85.24%，采出原煤含矸率為2.58%。由此可見，優(yōu)化放煤步距的效果明顯。

4 結(jié)論

針對綜放回采率低的特點，文中分析主要丟煤分析，分別從技術(shù)和設(shè)備的角度進行探討，得出如下結(jié)論：

初末采損失可以通過適當(dāng)延長工作面推進距離來降低相對比；巷道及端頭支架上方不放頂煤可以采取增加機采高度及工作面長度來解決；在條件允許的情況下，盡可能提高支架的初撐力和工作阻力，取的良好的破煤效果，并且盡可能采用輕型放頂煤支架，這樣可以減少脊背煤損失；

在控頂距、采放比以及放煤步距三個方面進行技術(shù)優(yōu)化，根據(jù)不同的煤質(zhì)及煤厚確定最佳工藝參數(shù)，從而得到理想的回采率。

[1]廉國華，李品輝，薛秀軍.提高綜采放頂煤工作面采出率措施淺析[J].科技縱橫，2009，4：98.

[2]張有龍.提高頂煤采出率的探討[J].煤，2001，10（4）：39-41.

Analysis on the Measures for Increasing the Recovery Ratio of Fullymechanized Top-coal Mining

MA Yan-bin
(Engi neeri ng Depart ment,Shenhua Energy Co.,Yul i n Shannxi719000，Chi na)

The paper analyzes the main reasons of low recovery ratio in the fully-mechanizedtop-coal mining. Then, the working face distribution, advance distance, support selection and techniqueparameters are optimized; corresponding measures are provided. All are important to increase the recoveryratio.

fully-mechanized top coal;recovery ratio;coal loss

TD823.4+98

A

1672-5050（2010）12-0076-03

編輯：徐樹文

2010-09-10

馬延濱（1980—），男，黑龍江依蘭人，本科，助理工程師，從事工程造價工作。