張 杰

(大同煤礦集團(tuán)有限公司云岡礦，山西 大同 037017)

引 言

我國(guó)煤炭行業(yè)規(guī)模巨大，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的支撐作用，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及社會(huì)生產(chǎn)節(jié)奏的加快，對(duì)于煤炭的生產(chǎn)也提出了高效化的要求。各種先進(jìn)的采煤方式逐步應(yīng)用到煤礦的開采中，綜采放頂煤工藝可以降低對(duì)于采空區(qū)的維護(hù)工作量，減少設(shè)備及開采的投入設(shè)備，提高回采的效率，對(duì)煤層具有加好的適應(yīng)性，在煤礦的開采中取得了廣泛的應(yīng)用[1]。同時(shí)，綜采放頂煤方式由于采用較大高度的采空區(qū)高度，對(duì)開采的安全性及生產(chǎn)效率要求較高，需要對(duì)開采過程中的參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)定，采放比及放煤步距的不同，對(duì)于頂煤的采出率具有重要的影響。針對(duì)采放比及布局的不同研究其對(duì)采出率的影響，以期確定頂煤放出的規(guī)律，提高煤炭的采出率，提高煤礦的生產(chǎn)效率。

1 不同采放比及步距的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

煤層頂煤的冒放性對(duì)于采出率具有直接的影響，冒放性越好，則采出率越好。在進(jìn)行厚煤層的開采時(shí)，機(jī)采高度越大，則對(duì)于頂煤的破碎越有利，采出率較高，機(jī)采高度與采放比為互為倒數(shù)，一般常采用大采高的方式來增加頂煤的落放空間以提高頂煤的采出率。在增大采高的同時(shí)，要注意保證煤礦的安全，放置因?yàn)椴筛叩倪^大而造成頂煤上方的破壞，造成冒頂事故[2]。

步距指在進(jìn)行綜采放頂煤作業(yè)時(shí)兩次放煤時(shí)的推進(jìn)距離。步距的大小變化對(duì)采出率的影響，如圖1所示。在步距過大時(shí)，則由于煤層上方的矸石會(huì)造成放煤口的堵塞，放煤口后方產(chǎn)生堆積，從而造成采出率較?。徊骄噙^小時(shí)，則放煤口后方的矸石會(huì)先抵達(dá)放煤口，而使得在放煤口上方的頂煤被堵塞在采空區(qū)，同樣造成采出率較小。合理的放煤步距與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的條件相關(guān)性較大，并且要考慮開采時(shí)的支架類型、頂煤厚度、矸石高度等[3]。

圖1 步距不同對(duì)采出率的影響

對(duì)放頂煤作業(yè)的采放比及步距進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，采用不同形狀的巴厘石模擬頂煤及煤層上的老頂。實(shí)驗(yàn)中依據(jù)煤礦的煤層分布，煤層主要包括鏡煤、亮煤，碎塊狀分布，含有一定的黃鐵礦，在煤層的中小部含有泥質(zhì)的矸石層，工作面呈矩形斷面，煤層的厚度平均為5 m。制備巴厘石模型，煤炭層采用0.8 cm以下的石頭模擬，老頂采用大于1.5 cm的石頭模擬，中間部分的石頭作為直接頂[4]，模擬煤層厚度為10 cm，將制備的模型裝入到實(shí)驗(yàn)架中，得到初始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析的模型，如第143頁(yè)圖2所示。

圖2 初始實(shí)驗(yàn)分析模型

針對(duì)采放比及步距的不同對(duì)采出率的影響進(jìn)行分析，依據(jù)煤礦的實(shí)際參數(shù)，埋深為地下450 m，煤層的厚度為5.2 m，制備的模型高度為0.5 m，依據(jù)煤礦開采中的采放比的不同，分為三種采放比，分別為1：1、1:1.5、1:2，放煤步距分為一刀一放、兩刀一放、三刀一放三種，由此對(duì)采出率進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析[5]。

2 采放比及步距的影響實(shí)驗(yàn)分析

頂煤的采出率與煤層自身的厚度、開采深度、煤巖強(qiáng)度等多種因素相關(guān)，針對(duì)采放比及步距的不同，對(duì)采出率進(jìn)行分析，在不考慮其他因素影響的情況下，對(duì)不同采放比及步距的放頂煤采出率進(jìn)行分析。針對(duì)3種不同的采放比及步距進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中，為消除不同放煤方式對(duì)采出率的影響，采用順序放煤的形式進(jìn)行[6]，得到在不同參數(shù)下的采出率數(shù)據(jù)，如圖3、圖4所示。

圖3 不同采放比的采出率

圖3表示在3種不同的采放比下的采出率的數(shù)據(jù)變化，從圖3中可以看出，在三種不同的采煤步距中，隨著采放比的變化，采出率均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，即采放比為1:1時(shí)是采出率最高的采放比，這時(shí)上部頂煤具有足夠的空間進(jìn)行充分的松動(dòng)作用，能夠及時(shí)的放出，此時(shí)的放煤效果最好。

圖4表示在3種不同的步距下的采出率的數(shù)據(jù)變化，從圖4中可以看出，在三種不同的步距下，隨著放煤步距的變化，采出率均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，即放煤步距為一刀一放時(shí)得到的采出率最高，此時(shí)的放煤效果最好。

圖4 不同步距的采出率

綜合對(duì)比圖3、圖4中的數(shù)據(jù)也可以看出，在3種不同的采放比及步距條件變化時(shí)，在采放比為1:1，放煤步距為一刀一放時(shí)的采出率最高。在進(jìn)行厚煤層的綜采時(shí)，在其他因素確定的情況下，選擇較大的采放比有利于頂煤的開采，可以獲得較大的采出率，在1:1的采放比下，得到最大的采放比為94.7%；放煤步距對(duì)采出率具有重要的影響，一刀一放的采放步距可以獲得最佳的采出率。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的煤炭形式多為地下資源，對(duì)地下厚煤層進(jìn)行時(shí)，由于施工的難度及復(fù)雜性較大，使得對(duì)于煤礦開采的效率要求越來越高。采用綜采放頂煤的方式進(jìn)行地下厚煤層的開采，容易造成煤炭的損失不利于提高煤礦的效率。采用合理的工藝參數(shù)，提高綜采放頂煤的采出率是行之有效的措施。通過實(shí)驗(yàn)分析，不同的采放比及步距對(duì)采出率的影響，結(jié)果表明，在進(jìn)行厚煤層的綜采時(shí)，選擇較大的采放比有利于頂煤的開采，一刀一放的采放步距可以獲得最佳的采出率。同時(shí)，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中，采用了順序放煤的方式，在進(jìn)行實(shí)際的煤礦開采時(shí)，要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況，選擇合理的放煤方式。提高綜采放頂煤的采出率，從而有效的提高煤礦的開采效率，可以提高煤炭的經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)揮我國(guó)煤炭大國(guó)的優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供動(dòng)力。