陳祚暉 陳曉偉 滿建軍

中煤大同公司塔山煤礦

淺談塔山煤礦3# 5# 煤層放頂煤開采難度大原因

陳祚暉 陳曉偉 滿建軍

中煤大同公司塔山煤礦

綜采放頂煤技術起源于20世紀50年代的歐洲，但真正獲得發(fā)展并逐步成熟則歸功于我國。由于綜采放頂煤掘進率低、產(chǎn)量高、噸煤成本低、工作面搬家次數(shù)少、安全系數(shù)高等顯著優(yōu)勢，尤其是近十年來大采高、高可靠性設備的研制發(fā)明，使得其已成為我國厚煤層、特厚煤層的主要開采方法。但是，綜采放頂煤技術也有其局限性，本文主要根據(jù)綜采放頂煤技術局限性，分析塔山煤礦3#～5#煤層首采30501工作面開采難度大原因。

放頂煤開采 難度大 原因

一、研究背景

中煤塔山煤礦3#～5#煤層首采工作面為30501工作面，其走向長1873m，傾斜長154m。根據(jù)T2006-1、T2006-2、白20#地面勘探鉆孔及井下地質(zhì)鉆孔10217-1-10#孔，工作面煤層總厚為12.70～18.50m，平均厚度為15.96m，煤層普氏系數(shù)3.0～4.0，煤層中普遍含5～9層夾矸，夾矸單層厚度為0.07～0.85 m，局部夾矸大于0.85m，夾矸總厚2.39～4.60m，平均3.47m，夾矸巖性為褐色高嶺巖、灰黑色炭質(zhì)泥巖為主。直接頂厚度4.20～4.85m，平均4.57m，褐色鋁土質(zhì)泥巖，致密，硬度小，易碎，有滑感，局部地段頂部有褐色高嶺質(zhì)泥巖，性脆，易碎，底部有少量的炭質(zhì)粉砂巖。

地面標高為1360～1528m，平均1444m，煤層埋藏深度498～374m，平均埋藏深度為436m。30501工作面向上4.20～4.85m(平均4.57m)，為本礦2#煤層10201工作面采空區(qū)；30501工作面向上267～280m為四老溝礦開采的侏羅系大同組14#煤層采空區(qū)；30501工作面向上299～317m為侏羅系大同組11#煤層采空區(qū)。

二、3#～5#煤層開采難度大原因

1、2#煤采空區(qū)下開采影響

30501工作面向上4.20～4.85m(平均4.57m)為本礦2#煤層10201工作面采空區(qū)，該工作面于2008年8月～2009年10月回采完畢。由于2#煤層的開采，使得2#煤層直接頂已經(jīng)垮落，基本頂已經(jīng)破斷失穩(wěn)，基本頂上覆巖層已經(jīng)彎曲下沉(如上圖)，礦壓得到釋放。30501工作面在開采過程中出現(xiàn)來壓步距不規(guī)律(初次來壓步距26.6m，周期來壓步距平均29m，周期來壓最大步距達到39.3m)、壓力不明顯等特點，主要表現(xiàn)在來壓時只有局部支架(以工作面中間段為主)阻力增大，安全閥自動開啟；煤壁片幫情況少且片幫量少；煤炮現(xiàn)象少且不嚴重。

根據(jù)地表下沉理論及工程經(jīng)驗，30501工作面開采后，地面下沉約(0.2-0.3)h，h為實際采高，h=16m時的下沉量為3.2-4.8m，經(jīng)過對膠帶順槽地表的實測，發(fā)現(xiàn)地表地表未下沉且沒有明顯的裂縫，說明圍巖變化情況不大，老頂下沉不充分，這也側(cè)面證實了2#煤層的開采基本釋放了礦壓，圍巖較穩(wěn)定。礦壓的釋放導致3#～5#煤層所受支承壓力小且不均，無法實現(xiàn)完全松散破碎，從而大塊煤多，無法順利從放煤口放出。

2、地表標高不一影響

3#～5#煤層30501工作面地表為低山丘陵、溝谷、沖溝及黃土臺地，標高為1360m～1528m，地勢不平，最大高差達168m，導致不同區(qū)域煤層受力大小不同，破壞程度不同，從而使得局部煤層松散破碎，局部煤層大塊多，不利于放煤。

3、煤層硬度大影響

3#～5#煤層硬度普氏系數(shù)(f)達到3.0～4.0，是頂煤冒放性差的最重要因數(shù)。

當f＜1時，可放性好，頂煤強度低，能自行垮落，垮落塊度較小(一般小于300mm)；

當f=1～2.5時，可放性較好，煤層強度中等，放煤容易，偶爾會出現(xiàn)大于1.5m的大塊；

當f=2.5～3時，可放性一般，冒落頂煤塊度較大，放出流動性較差，為使頂煤順利放出，雖不需進行頂煤預破碎的輔助工作，但必須加強放頂煤支架的二次破碎功能；

當f=3～4時，可放性差，頂煤強度較大，需采取預破碎等措施方能使頂煤順利放出；

當f＞4時，頂煤難放，頂煤強度大。

通過對3#～5#煤層煤樣進行物理力學實驗分析，發(fā)現(xiàn)頂煤抗壓強度為9.83Mpa～21.47Mpa，平均16.6Mpa，抗壓強度大，在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，使用支架后尾梁、后插板、單體液壓支柱均無法破碎大塊煤。

4、采放比大影響

采放比超規(guī)定是頂煤冒放性差的主要原因。

采放比，是指放頂煤工作面采煤機機采高度與頂煤高度之比。頂煤放出前破碎松散需要一定空間，采高小、頂煤高度大將出現(xiàn)頂煤破碎不充分，放煤困難；采高大、頂煤高度小將出現(xiàn)頂煤無規(guī)則冒落、混矸嚴重。

煤礦安全規(guī)程規(guī)定，采放比超過1：3的，嚴禁使用放頂煤開采，因為采放比超過1：3容易造成資源回收率低、頂板難以管理、瓦斯等有毒有害氣體涌出、發(fā)生沖擊低壓以及礦震等安全問題。

3#～5#煤層30501工作面采高3.8m，l理論放煤高度不應該超過11.4m，但實際頂煤放出厚度在13.2m～15.8m(生產(chǎn)過程中打探孔所得數(shù)據(jù))，采放比平均為1：3.8，遠遠超過煤礦安全規(guī)程規(guī)定的1：3，放煤高度過大，拉架過程中升架、降架無法充分擠壓上部頂煤使頂煤松散破碎，導致頂煤難放。

5、夾矸影響

夾矸層數(shù)多是冒放性差的又一主要原因。3#～5#煤層中普遍含5～9層夾矸，夾矸單層厚度為0.07～0.85 m，局部夾矸大于0.85m，夾矸總厚2.39～4.60m，平均3.47m。根據(jù)生產(chǎn)過程中打探孔實測，頂煤中含夾矸3～7層，單層夾矸最厚1.2m，夾矸多為褐色高嶺巖、灰黑色炭質(zhì)泥巖，偶爾有白砂巖，硬度系數(shù)大，影響頂煤放出。

塔山煤礦3#～5#煤層的首個放頂煤開采工作面雖然遇見很多問題，但是只要我們工程技術人員在生產(chǎn)過程中及時記錄并分析礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，不斷總結(jié)存在的問題，不斷優(yōu)化工作面長度、放煤步距、放煤方式、采放比等各項參數(shù)，就能逐漸摸索出一套適合現(xiàn)場的完善的管理制度及技術管理體系，在以后的工作中就能化被動為主動，企業(yè)就能實現(xiàn)安全高效，和諧發(fā)展。

[1]杜計平，孟憲銳.采礦學