特厚煤層綜放工作面放煤工藝優(yōu)化研究

任繼飛 董合祥 張 浩

（晉能控股煤業(yè)集團朔煤小峪煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036000）

煤礦綜放開采方法為我國開采特厚煤層的主要方法[1-3]。許多專家和工程技術人員研究結果表明：選擇合理的放煤工藝能有效提高單米精煤產(chǎn)量，降低放煤含矸率。但是如何選擇合理的放煤工藝，目前仍然沒有一個合理的定論[4-8]。本文以小峪煤業(yè)公司平均20 m特厚煤層綜放工作面為背景，對其合理的放煤工藝進行了優(yōu)化研究，可為類似條件下綜放工作面優(yōu)化和選擇放煤工藝提供參考。

1 概況

8202工作面位于C5#層402盤區(qū)，傾向長度為210 m，平均煤厚20 m，上覆層為C3#層、C2#層、C山4#層。工作面采用ZF10000/18/35型四柱支撐掩護式低位放頂煤支架、MG500/1180-WD型采煤機、SGZ1000/1710型后部運輸機。

工作面前105 m：C5#層煤厚9～11 m，C5#層頂板巖石厚2.5～3.5 m，C3#層留下煤4.5～5.5 m，其余上覆層已采。工作面后105 m：C5#層煤厚9～11 m，C5#層頂板巖石厚2.5～3.5 m，上覆C3#煤層厚8～12 m，C3#層頂板巖石厚2.5～3.5 m，C2#煤層厚2.5～3.5 m，C山4#煤層已采。煤層柱狀圖如圖1。

圖1 8202面煤層綜合柱狀圖

2 理論計算

2.1 單米儲量理論計算

（1）前105 m煤巖量

根據(jù)開采前鉆孔探頂煤厚度可知，C5#層煤厚10 m，C3#層遺煤厚5 m，C5#與C3#層夾石厚3.5 m，煤容重1.6 t/m3，巖石容重2.4 t/m3。

式中：M為工作面煤（巖）儲量，t；L為工作面單米長度，m；B為工作面傾向長度，m；H為工作面煤（巖）厚，m；γ為工作面煤（巖）層容重。

由式（1）可知：單米煤儲量M=（10+5）×105×1×1.6=2520 t；

單米巖石量M=3.5×105×1×2.4=882 t。

（2）后105 m煤巖量

根據(jù)開采前鉆孔探頂煤厚度可知，C5#層煤厚10 m，C3#層煤厚11 m，C2#層煤厚3 m，C5#與C3#層夾石厚3.5 m，C3#與C2#層夾石厚3 m。

由式（1）可知：單米煤儲量M=（10+11+3）×105×1×1.6=4032 t；

C5#與C3#層 單 米 巖 石 量M=3.5×105×1×2.4=882 t；C3#與C2#層單米巖石量M=3×105×1×2.4=756 t。

（3）整個工作面單米煤巖量合計

M=2520+882+4032+882+756=9072 t。

2.2 熱值理論計算

根據(jù)前期開采經(jīng)驗，可知C5#煤層熱值為3600 cal/kg，C3#煤層熱值為4200 cal/kg，C2#煤層熱值為2600 cal/kg。

式中：Q為平均熱值；Q1為C5#層熱值；Q2為C3#層熱值；Q3為C2#層熱值；L1為C5#煤厚；L2為C3#層煤厚；L3為C2#層煤厚。

由式（2）可知：工作面前105 m煤層熱值：

由式（2）可知：工作面后105 m煤層熱值：

煤層賦存平均熱值：

根據(jù)前期開采經(jīng)驗，可知溜頭煤量為煤層賦存量的12%，熱值為1300 cal/kg。

煤層賦存熱值總計：

3 工作面原放煤工藝分析

8202工作面自正常生產(chǎn)以來，一直采用單輪順序放煤，然而在實施該放煤工藝過程中，大量矸石不易控制，進入煤流系統(tǒng)中，對精煤洗出率影響較大，且設備損壞率高。通過對現(xiàn)場頂板進行鉆孔觀測結果可知，煤層賦存條件復雜，C5#層頂板矸石平均厚3.5 m，上覆有C3#和C2#層煤。為了提高精煤洗出率，特意控制C5#層頂板矸石下落，導致上覆層煤炭沒有放下，產(chǎn)量下降。因此在分析原放煤工藝的基礎上，考慮頂煤在下落過程中的垮落角，對放煤工藝做進一步的優(yōu)化研究。由經(jīng)驗可知，綜放工作面頂煤垮落角為52°，根據(jù)此垮落角，對放煤間隔架數(shù)進行研究，分析在放煤過程中支架上方矸石對其他相鄰支架放煤的影響。

4 放煤工藝優(yōu)化研究

針對原放煤工藝的弊端，結合綜放工作面頂煤52°的垮落角，相關技術人員先后進行了6次放煤工藝試驗，分別采取不分片區(qū)放3隔19架、分片區(qū)放1隔7架、分片區(qū)放1隔5架、不分片區(qū)放1隔5架、不分片區(qū)放2隔5架、分片區(qū)放2隔5架進行放煤。由于篇幅限制，本文主要介紹分片區(qū)放1隔7架、分片區(qū)放1隔5架形式的單輪分片區(qū)間隔放煤法。

4.1 分片區(qū)放1隔7架放煤

8202工作面支架中心距1.5 m，沿工作面傾向方向分別選取間隔20架支架處向頂煤打鉆探測頂煤厚度。根據(jù)鉆孔探頂煤厚度可知：當時C5#層頂煤厚6.6 m，頂煤垮落角52°，計算間隔支架放煤如下：

由式（3）可知：

所以，采取間隔7架進行放煤，具體操作過程為工作面安排1個放煤班長、3個放煤工，將工作面分為3個片區(qū)，每個放煤工負責一個片區(qū)。放煤班長負責巡查工作面放煤情況，并處理放煤堵卡問題。每個片區(qū)再分組，每組內(nèi)分三級支架，即A1、A2、A3，提前對支架進行編號，依次編號為A1、A3、A3、A3、A2、A4、A4、A4、A1……。負 責一個片區(qū)的放煤工先放編號A1支架，放完A1支架頂煤后間隔7架放另一個編號A1支架，放完A1支架頂煤后折返放中部編號A2支架，放完A2支架頂煤后依次放編號A3、A4支架，放出的煤量逐級減少，放完A3、A4支架頂煤后再放下一組，依次類推。具體支架編號及放煤示意圖如圖2。

圖2 分片區(qū)放1隔7架放煤

由圖2可知，一級支架間隔7架，4#支架和12#支架垮落線交叉在C5#煤層與其頂板交界處，由于C5#煤層頂板上覆還有C3#煤層，在放煤過程中C5#煤層頂板破壞效果不明顯，大塊矸石容易進入煤流系統(tǒng)中，且上覆層煤浪費現(xiàn)象明顯。

4.2 分片區(qū)放1隔5架放煤

采取分片區(qū)放1隔5架進行放煤，具體操作過程基本與分片區(qū)放1隔7架放煤方式類似，每組分為三級支架，在放煤過程中唯一變化的是在一級支架之間間隔5架進行放煤。具體支架編號及放煤示意圖如圖3。

由圖3可知，一級支架間隔5架，4#支架和10#支架垮落線交叉在C5#層頂板下方，由于C5#煤層頂板上覆還有C3#煤層，在放煤過程中C5#煤層頂板破壞效果較明顯，大塊矸石較少，且容易用支架插板將其挑入采空區(qū)。為了最大限度控制放煤過程中的矸石下落，放煤時一旦遇到矸石下落時，先不收回支架后插板，只是降低支架尾梁的高度，由于煤比矸石的容重大，矸石會首先流入采空區(qū)，待煤下落時，再收回后插板，讓其流入后部刮板輸送機，因此進入煤流系統(tǒng)中的矸石較少，C3#層煤也較容易放下。

經(jīng)過多次更改放煤工藝，試驗放煤效果，得出具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 多次放煤工藝數(shù)據(jù)對比

由上表可知，原放煤工藝洗出率較高，但是在放煤過程中上覆層煤浪費現(xiàn)象嚴重，單米精煤產(chǎn)量較低。方案三放煤工藝單米精煤產(chǎn)量最高，比原放煤工藝單米精煤產(chǎn)量多1145 t。

5 結語

經(jīng)過理論計算煤巖單米量及熱值，對放煤工藝進行多次試驗，根據(jù)煤層賦存條件、現(xiàn)場放煤情況、結合放煤工藝數(shù)據(jù)分析，得出分片區(qū)放1隔5架放煤工藝最優(yōu)，單米精煤產(chǎn)量最高，且實際放煤所得單米產(chǎn)量與理論計算基本一致，達到了預期的放煤效果。這一研究結果可為類似煤層賦存條件下如何選擇放煤工藝提供理論與實踐依據(jù)。