趙 建 偉

（大同煤礦集團總調度室，山西 大同037003）

0 引 言

綜放開采工藝相較大采高和分層開采有著高效、高產的技術優(yōu)點。而決定放頂煤回采率因素眾多，如放煤步距、放煤順序、放煤方式以及采放比都會不同程度的影響，因此，進行“一面一冊”確定的最佳放煤參數(shù)對放頂煤開采效率提升意義非凡[1-3]。蔣金泉利用離散元的數(shù)值模擬方法重點研究了綜放頂煤放出規(guī)律與放煤步距，對于中厚煤層確定了一采一放、平行作業(yè)的采放工藝，提高頂煤的回收水平[4]。田多基于橢球體理論，將放煤步距列為重心變量，通過試驗計算放出率關系研究，從而提出了不同頂煤厚度應采用的最佳放煤步距[5]。王家臣基于BBR 的基礎上，以特厚煤層綜放工作面為試驗對象，將順序放煤和普通間隔放煤方式相比，得出了分段大間隔放煤方式擴大了可放出區(qū)域，減少了架間殘煤，使頂煤采出率大幅提高。水平分段綜放開采放煤方式優(yōu)化研究合理放煤間隔對其現(xiàn)場放煤方式進行優(yōu)化，提高了其頂煤采出率[6]。劉全認為采放比對放頂煤回收率影響巨大，最終得出了試驗工作面的最佳采放比，提高了頂煤放煤效果[7]。上述研究針對放頂煤的放煤步距、放煤方式以及采放比進行了研究，本文基于前人研究成果的基礎上，以塔山煤礦特厚煤層綜放工作面為例，力求通過特定的放煤順序，提高放煤工藝水平。

1 試驗工作面開采地質條件

同煤集團塔山煤礦目前開采C3-5# 層煤，8101綜采工作面位于C3-5#層一盤區(qū)，北部為礦界保護煤柱，南部緊鄰1070 盤區(qū)巷保護煤柱，西部為塔山礦首采工作面8102 采空區(qū)，東部與山西煤炭運銷集團兩礦井相鄰。一盤區(qū)煤層平均厚度約為20.08m。工作面走向長度1445m，工作面面長231m。C3-5#層煤直接頂為3.5m 砂質泥巖，老頂為6.44m粗砂巖，直接底為5.23m 砂質泥巖，老底為4.4m 粗砂巖。該工作面煤層傾角平均2°，工作面蓋山厚度在400～500m 之間。由于屬于特厚煤層工作面，因此采用放頂煤工藝回采，液壓支架選用綜放ZF15000/27.5/42 型，采煤機選用艾克夫SL-500 型。工作面采高確定為3.8m，得出放煤高度16.28m，采放比為1：4.28。截割深度為0.8m，通過橢球放礦體理論測算確定放煤步距為0.8m。

2 回采工作面放煤工藝缺陷

塔山礦從投產以來，一直從在實踐中研究放煤工藝，力求在地質條件穩(wěn)定的情況下不斷提高煤質質量。塔山礦放煤工藝的截至目前主要分為兩個階段，即2008 年～2013 年期間的單輪順序放煤階段、2014 年～2016 年4 月期間的單輪間隔順序分層放煤階段。然而在應用上述放煤工藝過程中發(fā)現(xiàn)，生產期間大量矸石進入煤流系統(tǒng)中，嚴重影響精煤產率。從現(xiàn)場大量頂板鉆孔觀測結果可知，煤層結構復雜，含2～4 層夾矸，平均夾矸厚度0.98m。在放煤時為了提高頂煤回收率，此部分矸石會進入煤流系統(tǒng)中。由于垮落角存在，頂煤冒落時為橢球體形狀，放其中一架頂煤時，相鄰支架的頂煤也會部分放下，上部矸石也會隨著放下。以上兩種放煤工藝均為順序放煤，如果其中一架放干凈，相鄰支架會竄入大量矸石，再放相鄰支架時，大量矸石會過多的進入煤流系統(tǒng)中。此部分矸石嚴重影響了精煤產率。在分析并總結放煤工藝的基礎上，從頂煤垮落角入手，對放煤工藝進行優(yōu)化。綜放工作面頂煤垮落角為60°，根據(jù)此垮落角，分析支架間頂煤放出的重合區(qū)域及本架放煤后周圍形成的巖石區(qū)域對其他支架放煤的影響。

3 放煤工藝優(yōu)化研究

圖1 分段間隔四級一次放煤工藝放煤示意圖

為此，在塔山礦8101 工作面“單輪順序”、“單輪間隔”、“單輪分段間隔”三種試驗方式。前兩種操作方式本文由于篇幅限制不做贅述，主要介紹“大中小微”式的單輪分段間隔放煤法，其操作過程為綜放工作面共安排5 名放煤工，依次編號為1#、2#、3#、4#、5#，端頭支架～60# 號支架安排1#、2# 放煤工，61～100# 架安排3#、4# 放煤工，101～工作面尾部安排5#放煤工。支架分為大放支架、中放支架、小放支架、微放支架，放出煤量逐級減少。1#、3#放煤工主放，先放貼有“大”標志牌的支架，再放貼有"中" 標志牌的支架，大放支架必須放干凈，中放支架根據(jù)大放支架的實際情況進行放煤。2#、4#放煤工首先對“小”標志牌的支架進行放煤，接下來對“微”標志牌的支架進行放煤，小、微支架根據(jù)后擺梁實際情況進行適度放煤。五名放煤工根據(jù)觀察及工作經驗執(zhí)行" 見矸關窗" 的原則，5#放煤工依照大、中、小、微標志牌支架順序進行放煤。

從圖1 中可以看出大放支架間隔7 架，5#支架和13#支架垮落線沒有交叉，因此大放支架的煤完全放下不會有矸石流入煤流系統(tǒng)中。然后折返放中放支架，中放支架放下大部分煤時，才開始有矸石混入煤流系統(tǒng)。放小放支架時，小放支架放下部分煤時，開始有矸石竄入。微放支架頂煤形態(tài)等同于分層間隔1 架小放支架的頂煤狀態(tài)，放此部分煤時矸石進入煤流系統(tǒng)中。

針對分段間隔四級一次放煤工藝，煤流系統(tǒng)中矸石來源主要有三部分，分別為中放支架和小放支架放煤后半程的矸石混入，微放支架放煤過程中的矸石混入。為了極大限度的降低放煤含矸率，現(xiàn)場生產過程中，放煤時先不收回后插板，僅是降低后擺梁的高度，利用矸石與煤容重不同的特點，先讓矸石流入采空區(qū)，然后再收回后插板，讓煤流入后運輸機。

4 實測方法與測量結果

現(xiàn)場進行了一采一放單輪間隔放煤和分段間隔四級一次放煤工藝試驗，測定方法為：在工作面兩端頭分別噴漆標記以測定工作面推進度，輔以支架激光，確保工作面推進度準確計數(shù)[8]。沿工作面傾向方向分別在選取間隔20 架支架處向頂煤打鉆探測頂煤厚度，同時測取相應的割煤高度，以確定所采煤層厚度；實測時間段內，每天檢修班測量一次；調取皮帶秤的過煤量，確定原煤產量；在放煤時間段內隨機停機3 次，每次在皮帶上取10 段，每段長度為1m，人工分選其中的頂板矸石（按巖性與顏色區(qū)分頂板矸石和煤層夾矸），用磅秤稱取煤和頂板矸石的重量，取平均值計算放煤含矸率當日二班工作面開始采用單輪順序放煤方式，工作面原煤含矸率為12.6%，頂煤回收率為84%。當日夜班進行了單輪間隔放煤工藝的現(xiàn)場試驗，得出原煤含矸率為10.4%，頂煤回收率為87%；次日中班采用“單輪分段間隔四級”放煤方式，工作面原煤含矸率為7.8%，頂煤回收率為89%。最終通過10d 的測量周期，判定出合理放煤間隔以及“大中小微”式的分組放煤不僅使精煤產率得到提高，較以往單輪順序放煤提高5%以上，含矸率也明顯減少。“單輪分段間隔四級”放煤工藝方案在頂煤回收率以及含矸率較前兩種方案優(yōu)勢表現(xiàn)明顯。

5 結 語

通過多次現(xiàn)場實測表面，在塔山礦C3-5# 層特厚煤層條件下，既提高了工作面回收率、精煤產率，又降低了煤流系統(tǒng)內矸石量，同時降低了對洗選設備的磨損，提高工作面的開機率；并在塔山煤礦多個綜放工作面進行推廣，這一研究結果可為類似條件下綜放工作面優(yōu)化和選擇放煤工藝參數(shù)提供理論與實踐依據(jù)。