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        特厚煤層工作面頂煤冒放性評價及放煤工藝

        2022-03-15 08:13:40邱曉念
        山東煤炭科技 2022年2期
        關(guān)鍵詞:單輪塔山步距

        邱曉念

        (晉能控股煤業(yè)集團(tuán)塔山煤礦有限公司,山西 大同 037000)

        長期以來,我國一直以煤炭作為主要消費(fèi)能源。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長,煤炭需求量和開采強(qiáng)度逐漸加大,賦存較好的煤炭資源已經(jīng)逐步開采殆盡,厚煤層煤炭資源的開采逐漸發(fā)展起來。據(jù)相關(guān)資料顯示,在我國現(xiàn)有的賦存煤炭資源中,厚煤層以及特厚煤層占45%左右。因此,厚煤層以及特厚煤層開采技術(shù)得到了快速發(fā)展,目前常見的厚煤層開采方法主要有分層開采、放頂煤開采。其中,放頂煤開采具有成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。頂煤冒放性與放頂煤工藝設(shè)計密切相關(guān),頂煤冒放性是指頂煤體在礦山壓力的作用下,其冒落與放出的難易程度,主要影響因素包括:煤層開采深度、煤層強(qiáng)度、煤層厚度、煤層夾矸、煤層頂板、煤體節(jié)理裂隙發(fā)育程度等[4-5]。

        1 頂煤冒放性評價方法及評價

        1.1 頂煤冒放性評價方法

        頂煤冒放性采用隸屬度評價方法,隸屬度評價因素包括開采深度與煤層強(qiáng)度比值(H/RC)、直接頂巖性、基本頂級別、采放比、煤層節(jié)理裂隙、夾矸層厚度及強(qiáng)度,按不同因素隸屬度對應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行求和,計算得到頂煤冒放性隸屬度,根據(jù)計算得到的隸屬度判斷頂煤冒放性[6]。頂煤冒放性隸屬度μ采用下式進(jìn)行計算。

        μ=ΣAi·μi

        式中:Ai表示不同因素隸屬度對應(yīng)的權(quán)重,見表1;μi表示不同因素對應(yīng)的隸屬度值,參考文獻(xiàn)[6]。

        表1 不同因素隸屬度對應(yīng)的權(quán)重

        根據(jù)公式計算得到的頂煤冒放性隸屬度μ,對比表2 中頂煤冒放性分類,對頂煤冒放性進(jìn)行評價。

        表2 頂煤冒放性分類

        1.2 頂煤冒放性評價

        采用隸屬度評價方法對塔山煤礦一盤區(qū)8117 工作面、二盤區(qū)8209 工作面、8234 工作面以及三盤區(qū)8303 工作面進(jìn)行頂煤冒放性評價,各影響因素對應(yīng)的隸屬度取值及頂煤冒放性隸屬度計算結(jié)果見表3。

        表3 各影響因素對應(yīng)的隸屬度取值及計算結(jié)果

        根據(jù)計算結(jié)果,一盤區(qū)8117 工作面、二盤區(qū)8209 工作面頂煤賦存條件好,頂煤冒放性好;三盤區(qū)8303 工作面頂煤中包含較厚矸石,且煤層厚度較小,頂煤冒放性一般;二盤區(qū)8234 工作面頂煤厚度較大,頂煤硬度較大,頂煤冒放性一般。

        2 放煤工藝選擇

        2.1 放煤工藝推薦

        根據(jù)不同工作面的頂煤冒放性評價結(jié)果選擇放煤工藝,結(jié)合塔山礦各盤區(qū)綜放工作面頂煤冒放性分析報告、放煤過程中煤巖體流動的特征,以及塔山礦生產(chǎn)積累的放煤經(jīng)驗,推薦采用不同的放煤工藝,見表4。

        表4 放煤工藝分類推薦表

        2.2 放煤工藝的選擇

        塔山煤礦采用一面一策的放煤工藝,根據(jù)放煤工藝分類推薦表,確定一盤區(qū)8117 工作面、二盤區(qū)8209 工作面、8234 工作面以及三盤區(qū)8303 工作面放煤工藝,具體如下:

        (1)8117 面放煤工藝

        ① 工作面的平均煤層厚度12.83 m,采高3.8 m,平均放煤高度9.03 m,采放比1:2.37,循環(huán)進(jìn)度為0.8 m,放煤步距0.8 m;

        ② 采用單輪三級間隔放煤工藝(Ⅰ1),一刀一放。如圖1。

        圖1 單輪三級間隔放煤工藝示意圖

        (2)8209 面放煤工藝

        ① 工作面的平均煤層厚度12.8 m,采高3.8 m,平均放煤高度9.02 m,采放比1:2.38,循環(huán)進(jìn)度為0.8 m,放煤步距0.8 m;

        ② 采用單輪三級間隔放煤工藝(Ⅰ1),一刀一放。

        (3)8234 面放煤工藝

        ① 工作面的平均煤層厚度11.95 m,采高3.8 m,平均放煤高度8.15 m,采放比1:2.14,循環(huán)進(jìn)度為0.8 m,放煤步距0.8 m;

        ② 采用多輪順序放煤工藝(Ⅱ1),一刀一放。如圖2。

        圖2 多輪順序放煤工藝示意圖

        (4)8303 面放煤工藝

        ① 工作面的平均煤層厚度7.4 m,采高3.8 m,平均放煤高度3.91 m,采放比1:1.03,循環(huán)進(jìn)度為0.8 m,放煤步距1.6 m;

        ② 采用單輪順序放煤工藝(Ⅱ2),兩刀一放。如圖3。

        圖3 單輪順序放煤工藝示意圖

        3 8234 工作面放煤效果工業(yè)實(shí)踐

        8234 工作面采用SL-500 型采煤機(jī)、PF6/1142型前部刮板運(yùn)輸機(jī)、PF6/1342 型后部刮板運(yùn)輸機(jī)、ZF15000/27.5/42D 型放頂煤支架,工作面的平均煤層厚度11.95 m,采高3.8 m,平均放煤高度8.15 m,采放比1:2.14,循環(huán)進(jìn)度0.8 m,放煤步距0.8 m,工作面采用多輪順序放煤工藝,工作面回采時統(tǒng)計了頂煤放出率以及支架來壓情況。圖4 給出了頂煤放出率和工作面支架來壓的數(shù)量關(guān)系圖。由圖可知,頂煤放出率和工作面來壓情況呈現(xiàn)正相關(guān)。同時根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果,工作面來壓范圍小于10%時,頂煤放出率在69%左右;當(dāng)工作面來壓范圍在10%~50%之間時,頂煤放出率在74%左右;當(dāng)工作面來壓范圍大于50%時,頂煤放出率在84%左右。

        圖4 頂煤放出率和工作面支架來壓的數(shù)量關(guān)系圖

        4 結(jié)論

        采用隸屬度評價方法對塔山煤礦工作面進(jìn)行了頂煤冒放性評價,結(jié)果顯示,一盤區(qū)8117 工作面、二盤區(qū)8209 工作面頂煤冒放性好,二盤區(qū)8234 工作面和三盤區(qū)8303 工作面頂煤冒放性一般。確定一盤區(qū)8117 工作面、二盤區(qū)8209 工作面采用單輪三級間隔放煤工藝,二盤區(qū)8234 工作面采用多輪順序放煤工藝,三盤區(qū)8303 工作面采用單輪順序放煤工藝。在8234 工作面回采時,進(jìn)行了放煤效果現(xiàn)場實(shí)測,結(jié)果顯示頂煤放出率和工作面來壓情況呈現(xiàn)正相關(guān),當(dāng)工作面來壓范圍大于50%時,頂煤放出率在84%左右,精煤產(chǎn)出率增加5%左右(56%→63%),頂煤回收率增加4%(83%→88%)。

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