盧永濤

（江蘇徐礦能源股份有限公司龐莊分公司蘆家窯煤礦，山西 朔州 036807）

引言

徐礦集團龐莊礦蘆家窯項目部8407綜放工作面走向1 200 m，傾斜長175 m，主采太原組上部4-1煤，煤層埋深198～270 m，平均煤厚8.5 m，內(nèi)生裂隙較發(fā)育并充填碳酸鹽礦物，屬中硬煤層。一般含2～4層夾矸，夾矸厚度0.6～2.7 m，平均2.1 m，夾矸巖性多為高齡巖、炭質(zhì)泥巖和砂質(zhì)泥巖，強度相對較低。頂板為中細粒砂巖，含砂均勻，平均厚度11.2 m，屬中等堅硬頂板。頂煤冒放性一般，放煤存有一定難度。隨著我國現(xiàn)代放頂煤技術(shù)的不斷發(fā)展，厚煤層開采規(guī)模迅速擴大，如何提高放頂煤采出率，最大限度地回收煤炭資源，實現(xiàn)高產(chǎn)高效，對促進煤炭工業(yè)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 工作面放頂煤開采問題

1.1 放頂煤工藝原理

綜采放頂煤工藝實質(zhì)即在厚煤層中，沿煤層底板或煤層某一厚度范圍內(nèi)的底部布置一個采高2～3 m的長壁機采工作面，利用礦山壓力作用或輔助人工松動的方法，使支架上方的頂煤破碎成散體后由支架后方或上方放煤窗口放出，經(jīng)刮板輸送機運輸工作面，實現(xiàn)工作面煤炭與頂部煤炭同時采出。放煤過程一般可分為兩個階段，一是通過移架使頂煤破碎、垮落；一是放煤，也就是把已破碎的頂煤最大限度的回收出來。

目前，我國綜采放頂煤液壓支架有高位、中位、低位三種類型放煤支架。高位放頂煤液壓支架適用于煤質(zhì)中硬，節(jié)理裂隙比較發(fā)育，煤層厚度7 m左右，煤層底板較硬及煤層含水率較高的條件；中位放頂煤液壓支架適用于礦壓顯現(xiàn)劇烈，有懸頂危險的條件。由于中位放頂煤時煤塵較大，尾梁不能擺動，放煤口尺寸又受到結(jié)構(gòu)限制，因此放煤效果不好；低位放頂煤液壓支架適應(yīng)性強，在急傾斜煤層，緩傾斜中硬煤層和三軟煤層放頂煤開采中取得成功，是目前我國廣泛使用的放頂煤液壓支架架型。

1.2 放頂煤煤損分析

綜采放頂煤引起的煤損包括采區(qū)各種煤柱煤損、初采煤損、末采煤損、工藝煤損、端頭煤損和非正常原因造成的煤損[1]。

采區(qū)煤柱煤損是厚煤層開采的主要煤損，從技術(shù)層面上說是必要的、不可完全避免的，但如果工作面布置過短，煤柱煤損就越大。

初采煤損是指工作面從開切眼推進后，老頂初次垮落前，為了防止老頂突然冒落對工作面產(chǎn)生威脅，采取不放頂煤形成的煤損。開切眼頂煤煤損不可避免，但初放前這段距離采取措施頂煤煤損量可以降低。

末采煤損是工作面收尾時為方便回撤支架，提前鋪網(wǎng)控制頂板造成的煤損；端頭煤損是工作面兩端頭3～5架范圍因后運輸設(shè)備機頭機尾制約，同時為了維護出口巷道而采取不放頂煤造成的煤損，末采煤損和端頭煤損目前技術(shù)尚未解決[2]。

工藝煤損即放煤煤損，煤損量與放煤工藝（放煤步距和放煤方式）、煤的可放性、支架架型等因素有關(guān)。另外，還與單位日常放煤管理、放煤工技術(shù)熟練程度和責(zé)任心密切關(guān)聯(lián)，采出率越低，這種因素越明顯。工藝煤損無法避免，但通過改進技術(shù)、加強管理可以改善[3]。

非正常原因造成的煤損大致分為兩種情況，一是由于地質(zhì)構(gòu)造引起的煤炭煤損，如斷層、褶皺或底板凸凹不平而必須留的頂?shù)酌?；一是由于工作失誤等原因引起的煤損。

2 放頂煤采出率提高途徑

2.1 優(yōu)化設(shè)備選型

2.1.1 采放比確定

工作面的開幫高度越大，越有利于通風(fēng)及行人，并且工作面的采出率越高；工作面開幫的高度越小，設(shè)備投資越小，煤壁的穩(wěn)定性越好，越不容易片幫，但采出率會降低。結(jié)合8407工作面的地質(zhì)條件及以往的開采經(jīng)驗，綜合考慮，確定工作面采煤高度為3.0 m，則放頂煤高度為5.5 m，采放比為1∶1.83。

2.1.2 設(shè)備選型

依據(jù)工作面設(shè)備選型及配套原則，結(jié)合工作面采放比、煤層賦存情況，確定該面采用MG300/730-WD型采煤機、SGZ830/630型（中雙鏈）可彎曲刮板輸送機（前）、SGZ900/800可彎曲刮板輸送機（后）、ZF9000/20/33型支撐掩護式低位放頂煤液壓支架113架和ZFG10000/20/33型過渡支架6架（上下端頭各3架）、SZZ1000/400轉(zhuǎn)載機和PCM-250型破碎機、DSJ1000/2×160型順槽帶式輸送機、BRW400/31.5型乳化液泵站（兩泵一箱）及BRW315/10型噴霧泵站。

2.2 減少初采煤損

1）煤層注水軟化煤體，縮小頂煤塊度塊度，增大煤巖分界面間隙。工作面初采前10～15 d，在軌道順槽使用ZYJ-1000/135B架柱式液壓回旋鉆機平行于工作面沿煤層角度向煤體打160 m的長鉆孔進行注水，鉆孔距巷道底板1.5 m、直徑80 mm、間距20 m，選用型號為7BG-4.5/160動壓注水泵，注水泵流量4.5 m3/h，壓力16 MPa。由注水泵站調(diào)整煤層注水壓力，注水壓力一般4～6 MPa，注水時間為鉆孔開始注水至煤體出現(xiàn)均勻的“出汗”滲水全面濕潤為止，通常為7～10 d。煤體注水后，選用SLB-Ⅱ型水泥砂漿封孔泵，封孔深度通過試驗和生產(chǎn)實踐確定為2.5～10 m。實踐證明，煤層注水使煤體軟化，縮小了頂煤垮落的塊度，對提高采出率有明顯的作用，同時又能減少生產(chǎn)過程中的煤塵濃度。

2）深孔切頂預(yù)裂爆破，提高頂煤冒放性，加速初采頂板垮落。初采前，兩巷及切眼煤壁使用MQT-120錨桿機，配合長1.0 m、直徑為42 mm雙翼鉆頭加長鉆桿，垂直頂板施工一排切頂深孔，孔深12 m，兩巷巷中施工一孔，兩側(cè)間距1.5 m各施工一孔，工作面每5架在架頭兩架間是施工切頂孔。然后，每隔一孔每孔裝2塊二級煤礦許用粉狀乳化炸藥，1發(fā)煤礦許用毫秒電雷管1～5段（鋼殼），使用水炮泥和黏土封孔，采用MFB-100型電容式放炮器，正向裝藥放炮。待工作面支架頂梁全部進入煤體后，如此再施工一排切頂深孔、同上進行裝藥、放炮。深孔切頂預(yù)裂爆破利用相鄰炮孔炸藥爆轟時瞬間產(chǎn)生的應(yīng)力和爆生高壓氣體的氣楔作用，使得頂板巖石沿相鄰炮孔的軸線形成一條裂縫，從而起到切頂、加速頂板冒落的效果，同時使煤層和巖層的層節(jié)理增強，煤巖裂隙增加，增強了煤體可放性，提高了煤炭采出率。

2.3 減少工藝煤損

1）確定合理的放煤步距。放煤步距一般采取一采一放，與采煤機截深和支架推移步距一致；當(dāng)?shù)V山壓力作用不明顯、頂煤散碎程度較差，頂煤難以隨采放出時，采取兩采一放或三采一放。確定合理放煤步距原則是，應(yīng)使放出范圍的頂煤能夠處分的破碎和松散，并做到提高煤炭采出率，降低含矸率。8407工作面放煤高度為5.5 m，煤層裂隙發(fā)育，屬于中硬煤層。由于該面采取煤層注水后頂煤散碎程度較好，故采取一采一放，放煤步距為0.8 m。

2）科學(xué)合理確定放煤方式。多輪順序放煤、單輪間隔順序放煤、多輪間隔放煤需要往返操作，工藝較為復(fù)雜，工作面推進速度較慢，不利于實現(xiàn)綜采機械化高效生產(chǎn)，通過對放煤工藝比較，根據(jù)該礦地質(zhì)特點，8407工作面采用單輪順序放煤，即按支架號依次順序放煤。實踐證明，這種放煤方式操作簡單、放煤速度快，采出率高、混矸較少。

3）嚴格放煤管理。建立有效的生產(chǎn)管理制度和放煤制度，設(shè)專門放煤質(zhì)量監(jiān)督員，加強現(xiàn)場檢查，嚴格監(jiān)督放煤情況，做到工作面頂煤放凈，不丟底煤，沒有浮煤，從而提高放頂煤采出率；加強儲量管理，正確計算采出率；加強對放煤工的思想教育和業(yè)務(wù)培訓(xùn)，增強放煤工責(zé)任心，提高放煤工對設(shè)備的熟練度及操作技能；應(yīng)建立有效地激勵機制和政策，充分調(diào)動職工的積極性，使之多放煤，放好煤。

2.4 近采工作面階段采出率比較（見表1）

表1 近采工作面階段采出率比較

3 結(jié)語

根據(jù)8407工作面煤層賦存條件及頂煤的冒放性，通過對放煤工藝原理和煤損進行的分析，因地制宜采取了優(yōu)化設(shè)備選型、煤層注水、深孔預(yù)裂爆破、合理確定采煤工藝等一系列針對性的提高采出率的途徑，并與8411工作面進行了階段比較，采出率明顯取得提高。