田城伙

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司，山西 太原 030000)

西山煤電集團(tuán)官地礦下組8、9號(hào)煤層屬于極近距離煤層，煤層間距0.4～1.2m，層間巖層以泥巖和砂質(zhì)泥巖為主，巖層強(qiáng)度較低，承載能力差，給下部9號(hào)煤層的開(kāi)采帶來(lái)了很大的困難。目前，礦井采用合層綜放，即“采九放八”的方法，但在實(shí)際生產(chǎn)中，部分區(qū)段存在夾矸層過(guò)厚，頂煤冒放性受到極大影響。官地礦29401工作面通過(guò)分析各因素對(duì)頂煤冒放性的影響，提出提高頂煤冒放性的合理措施。

1 工作面概況

官地礦屬于西山煤電旗下主力礦井，位于太原市附近，核定生產(chǎn)能力為500萬(wàn)t/a，可采煤層包括2、3、6、7、8和9號(hào)煤層。29401工作面開(kāi)采煤層為太原組的8、9號(hào)煤層，工作面標(biāo)高為1268～1372m，蓋山厚度為223～310m。8號(hào)煤層厚度為5.0～7.6m，平均5.8m，中部含有一層1.3m厚的泥巖夾矸，煤層結(jié)構(gòu)為（1.1（1.3）3.4），其中，上分層部分開(kāi)采，煤層傾角為2～14°，平均6°，8號(hào)煤層頂板為石灰?guī)r，平均厚度為3.05m，頂板巖層質(zhì)地堅(jiān)硬，強(qiáng)度較高；9號(hào)煤層厚度為2.7～3.5m，平均3.3m，煤層相對(duì)穩(wěn)定，傾角平均為5°，煤層底板為炭質(zhì)泥巖，平均厚度僅為0.4m，基本底為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為12.0m；層間巖層為0.4～1.2m厚的泥巖，平均僅有0.8m。

工作面采用合層綜放技術(shù)對(duì)8、9號(hào)煤層進(jìn)行回采，回采高度平均為7.5m。工作面傾斜長(zhǎng)度為164m，走向長(zhǎng)度為571m。

2 工作面頂煤冒放性預(yù)測(cè)

頂煤冒放性是指工作面頂煤放出的難易程度，是評(píng)價(jià)頂煤可放性和放出率的一個(gè)重要指標(biāo)。一般來(lái)講，影響頂煤冒放性的因素可以分為地質(zhì)因素和技術(shù)因素兩大方面。其中，地質(zhì)因素包括煤層埋深、煤層厚度、煤層強(qiáng)度、頂板條件、夾矸層性質(zhì)以及煤體裂隙發(fā)育程度等。技術(shù)因素包括支架強(qiáng)度、控頂距、工作面長(zhǎng)度以及采煤機(jī)割煤高度等，可以通過(guò)優(yōu)化放頂煤工作面的技術(shù)參數(shù)，來(lái)改善頂煤的冒放性。

預(yù)測(cè)頂煤冒放性的方法有很多，包括模糊數(shù)學(xué)法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以及層次分析法等，但大多計(jì)算十分復(fù)雜，不適合現(xiàn)場(chǎng)使用。破壞系數(shù)法通過(guò)對(duì)各影響因素的模擬分析，構(gòu)建回歸分析方程，提出頂煤破壞系數(shù)這一綜合指標(biāo)來(lái)表示頂煤冒放性[1-2]，其表達(dá)式為：

式中：

Y-頂煤破壞系數(shù)；

H-煤層埋深，m；

Rc-煤體單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；

D-煤體裂隙分維值；

Mj-頂煤夾矸厚度，m；

Md-頂煤厚度，m。

根據(jù)官地礦29401工作面實(shí)際地質(zhì)資料，煤層埋深H取280m，煤體單軸抗壓強(qiáng)度Rc取22MPa，煤體裂隙分維值D取1.84，夾矸層厚度Mj取0.8m，頂煤厚度Md取4.2m。將數(shù)據(jù)代入，可得頂煤破壞系數(shù)Y=0.84。

破壞系數(shù)法的頂煤冒放性分類標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 破壞系數(shù)法頂煤冒放性分類

由表1可知，29401工作面頂煤冒放性屬于Ⅱ類冒放性較好，頂煤放出率在65%～79%之間。

3 確定合理的綜放工藝參數(shù)

除地質(zhì)因素外，技術(shù)因素也是影響頂煤冒放性的一個(gè)重要方面，主要包括支架阻力、放采比、控頂距和放煤步距等。

3.1 放采比的確定

放采比是綜放工作面最重要的工藝參數(shù)之一，直接影響到工作面的放煤方式和放煤步距的選擇。一般來(lái)講，適當(dāng)增加采煤機(jī)的割煤高度，有利于頂煤的破碎，可提高頂煤的冒放性，同時(shí)，頂煤厚度降低還可以減少頂煤的放出時(shí)間，使采場(chǎng)空間增大，有利于工作面瓦斯的排出。但若割煤高度過(guò)高，造成頂煤過(guò)薄，放煤期間容易混入矸石，放煤時(shí)間難以把握，造成頂煤資源的大量浪費(fèi)。因此放采比的確定還需針對(duì)具體礦井具體分析[3]。

對(duì)于官地礦29401工作面而言，平均采高達(dá)7.5m，但中部存在層間巖層，平均厚度為0.8m，因此采煤機(jī)割煤高度應(yīng)設(shè)為9號(hào)煤層的厚度，即放采比為1.27，此時(shí)，層間巖層作為影響頂煤冒放性的最主要因素，受到覆巖礦壓和液壓支架的共同作用，增強(qiáng)其破碎效果，有利于頂煤的放出。

3.2 工作面液壓支架的確定

液壓支架是工作面的關(guān)鍵設(shè)備，合理選擇液壓支架對(duì)工作面的安全高效開(kāi)采十分重要。綜放支架選型時(shí)，一方面要考慮工作面圍巖的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)冒頂、片幫等安全事故，另一方面，也要考慮支架對(duì)頂煤的破碎效果，尤其對(duì)于本工作面，煤層中部含有較厚夾矸（層間巖層），嚴(yán)重影響著頂煤的放出，選擇合適的放煤支架格外重要。

支架選型的核心問(wèn)題就是確定支架的工作阻力，對(duì)于放頂煤工作面，液壓支架所受載荷由頂煤重力和頂板巖層對(duì)煤體施加的垂直載荷兩部分組成，其表達(dá)式為：

式中：

P-支架工作阻力，kN；

k-基本頂?shù)臎_擊載荷系數(shù)，取1.3；

L-支架控頂距，取5.4m；

B-支架寬度，取1.75m；

Md-頂煤厚度，取4.2m；

γd-頂煤平均容重（包括夾矸），取17kN/m3；

M-煤層總厚度，取7.5m；

γ-頂板容重，取25kN/m3；

η-煤層回收率，取0.75；

Kc-采空區(qū)矸石破碎充填系數(shù)，取1.2。

將數(shù)據(jù)代入，可得29401工作面支架阻力最少應(yīng)為9515kN?？紤]到工作面實(shí)際情況，可適當(dāng)增加支架工作阻力，降低初撐力，使頂煤得到充分下沉，提高支架對(duì)層間巖層的破碎效果，以提高頂煤冒放性。

3.3 支架控頂距的確定

控頂距就是指支架的支護(hù)范圍，即支架的頂梁后端至煤壁的距離?？仨斁嗟拇笮?duì)工作面頂板的穩(wěn)定性有著重要影響，支架控頂距越大，頂板撓度變形越大，越容易失穩(wěn)冒落，但是，對(duì)于綜放工作面，適當(dāng)增加支架控頂距，對(duì)頂煤的破碎效果更好，有利于頂煤的放出。

根據(jù)29401工作面實(shí)際地質(zhì)條件，確定支架的控頂距為4.6～5.4m。

3.4 放煤步距的確定

放煤步距是指打開(kāi)放煤口前支架移動(dòng)的距離，是影響頂煤放出率的主要因素。放煤步距與移架步距有著直接的關(guān)系，一般為一刀一放、兩刀一放或三刀一放。放煤步距的選擇，要考慮使頂煤有足夠的放出空間，保障頂煤放出率，根據(jù)我國(guó)實(shí)際生產(chǎn)條件，放煤步距的經(jīng)驗(yàn)公式可表示為[4]：

式中：

d—放煤步距，m。

將數(shù)據(jù)代入，可得放煤步距應(yīng)為0.63～0.88m。考慮29401工作面采煤機(jī)截深為0.8m，因此，確定放煤步距為一刀一放。

4 結(jié)論

（1）利用破壞系數(shù)法預(yù)測(cè)工作面頂煤冒放性為Ⅱ類冒放性較好，影響頂煤放出的主要因素應(yīng)為層間巖層即夾矸的厚度；

（2）為提高頂煤冒放性，應(yīng)選擇合理的工藝參數(shù)。通過(guò)分析計(jì)算，確定工作面放采比應(yīng)為1.27，支架阻力應(yīng)為9515kN，控頂距為4.6～5.4m，放煤步距為0.8m，一刀一放。