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(shù)人員研究結(jié)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(shè)備損壞率高。通過對現(xiàn)場頂板進行鉆孔觀測結(jié)果可知，煤層賦存條件復(fù)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(dǎo)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(chǔ)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(jié)合綜放工作面頂煤52°的垮落角，相關(guān)技術(shù)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(dāng)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(fù)責(zé)一個片區(qū)。放煤班長負(fù)責(zé)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(fù) 責(zé)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(yán)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(jié)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(jié)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(dá)到了預(yù)期的放煤效果。這一研究結(jié)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)。