馬延濱

（榆林神華能源有限責(zé)任公司工程部，陜西 榆林 719000）

淺析提高綜采放頂煤工作面采出率的措施

馬延濱

（榆林神華能源有限責(zé)任公司工程部，陜西 榆林 719000）

分析了造成綜合機(jī)械化放頂煤存在回采率低的主要原因，針對(duì)這些原因結(jié)合工作面布置、推進(jìn)距離并結(jié)合支架選型及工藝參數(shù)的優(yōu)化，提出改善放頂煤回采率低的相應(yīng)措施，對(duì)于提高綜放工作面采出率具有一定的意義。

綜采放頂煤;回采率;煤炭損失

目前，我國(guó)綜采放頂煤開采現(xiàn)狀在世界居于前列，從引入該項(xiàng)技術(shù)至今已近30年不但解決了不穩(wěn)定厚煤層和急傾斜特厚煤層的機(jī)械化開采難題，而且實(shí)現(xiàn)了緩傾斜較穩(wěn)定特厚煤層的高產(chǎn)高效開采，但放頂煤工作面的采出率能否達(dá)到國(guó)家要求，一直是困擾該技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用的難題。

據(jù)2003年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)綜放工作面平均采出率為81%～83%，低于國(guó)家對(duì)厚煤層回采工作面采出率必須達(dá)到93%以上的要求，綜采放頂煤開采的工作面頂煤損失一般由4部分組成：初采損失、末采損失、上下端頭損失和落煤損失。作者根據(jù)頂煤損失類型，分析提高原煤回收率的措施。

1 初末采損失

根據(jù)綜放工作面開采特點(diǎn)，工作面開始回采時(shí)，支架頂部有5m左右的頂煤不能放出；工作面回采結(jié)束時(shí)，有10 m左右不能放煤[1]。初末采損失造成的回采率損失可按下式計(jì)算：

式中：η1為初末采損失率；a1為初采不放煤距離，m；a2為末采不放煤距離，m；H為煤層總厚度，m；h為采煤機(jī)采出部分厚度，m；L為工作面推進(jìn)長(zhǎng)度，m。綜采工作面采放比為：

式中：λ為綜放工作面采放比。代入式（1）得：

根據(jù)煤礦生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)a1=5 m、a2=10 m、λ=2.5時(shí)，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度與初末采損失率間關(guān)系見圖1。

圖1 初末采損失與工作面推進(jìn)長(zhǎng)度關(guān)系

從我國(guó)較為常見的工作面推進(jìn)長(zhǎng)度2 000 m左右考慮，初末采大概造成的損失占0.2%左右。

2 巷道及端頭不放頂煤損失

大多數(shù)綜放工作面都沒有解決端頭架、排頭架的放煤?jiǎn)栴}。考慮到端頭設(shè)備布置集中，放煤會(huì)給端頭頂板管理帶來困難，綜放工作面回采過程中，不僅兩回采巷道不放頂煤，而且上下兩端一般會(huì)留2架不放煤，因此造成的煤量損失較大，可按下式計(jì)算：

式中:b為兩巷的平均寬度,m；n為端頭不放頂煤支架個(gè)數(shù)，個(gè)；L為工作面長(zhǎng)度，m。

工作面回采巷道寬度一般為3 m～5 m，這里按平均4m考慮，綜采放頂煤支架寬度一般為1.5m。

由公式（4）可以看出，加大工作面長(zhǎng)度即可提高工作面回采率，或者在有效保證正常回采條件下，增加機(jī)采高度。目前，綜放工作面長(zhǎng)度存在著從80m到300 m的實(shí)踐，借鑒公式（4）假設(shè)煤厚為5 m的條件，不放頂煤的端頭支架按4架考慮，機(jī)采2.5 m，80m長(zhǎng)工作面此部分損失比率為8.75%，而如果工作面長(zhǎng)度增加至300 m，采高增至3 m，則此部分損失比率降低至1.9%，因此可以看出增加工作面長(zhǎng)度及機(jī)采高度對(duì)于解決端頭及巷道頂煤回采率問題是有利的。

3 放煤損失

3.1 煤的冒放性

頂煤在采動(dòng)支承壓力的作用下要經(jīng)過變形、壓裂、松動(dòng)和冒落四個(gè)過程，其主要影響因素有煤層蓋山厚度、煤體強(qiáng)度、頂煤厚度、夾矸層厚度和裂隙發(fā)育程度等[2]。

蓋山厚度和煤體強(qiáng)度是影響煤冒放性的兩關(guān)鍵性因素。實(shí)踐表明，頂煤冒放性隨著采深加大而提高，對(duì)于采深小于100m的煤層，頂煤幾乎無(wú)壓裂，冒放性差；煤體強(qiáng)度越大，壓裂效果越差，冒放性也隨之變差。此外，裂隙發(fā)育程度也對(duì)冒放性有重要影響。強(qiáng)度較高的煤層不易壓裂，弱面的存在可以相對(duì)降低煤層強(qiáng)度，支承壓力可以將已有裂隙面貫通，促使頂煤及時(shí)冒落。

3.2 放頂煤支架

支架對(duì)頂煤采出率的影響主要表現(xiàn)為：窗口位置造成的頂煤丟失和支撐力小造成的頂煤損失。

放頂煤支架按窗口位置可分為高、中、低位三種，其中高、中位放煤窗口處在支架的頂梁或掩護(hù)梁上，窗口互不連續(xù)，所以窗口間必然存在脊背煤損失。脊背煤經(jīng)落矸壓實(shí)后，形狀接近頂邊不確定的梯形，損失率可近似按下式計(jì)算：

式中：a為脊背煤上邊長(zhǎng)，m；b為放煤口間距，m；l為放煤步距，m；d為脊背煤厚度，m；γ為煤的容重，t/m3。

脊背煤損失一般占整個(gè)工作面頂煤損失的5%～8%。目前綜放應(yīng)用中，在條件可以的情況下盡量采用輕型支架，這種支架不存在脊背煤損失。

支架初撐力對(duì)頂煤采出率的影響主要表現(xiàn)在如下兩個(gè)方面。其一，當(dāng)頂煤硬度較小時(shí)，起到高強(qiáng)度支護(hù)作用，保證采場(chǎng)正常作業(yè)，從而間接地提高了工作面頂煤的采出率?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，當(dāng)頂煤采出率超過70%時(shí)，若支護(hù)強(qiáng)度不足，頂煤會(huì)提前斷裂而出現(xiàn)嚴(yán)重的架前冒頂漏矸，迫使工作面中斷放煤，影響頂煤的采出率，見圖2。第二，當(dāng)頂煤硬度f(wàn)＞3時(shí)，支架初撐力對(duì)頂煤起擠壓破碎作用。頂煤從機(jī)道到放煤口一般要經(jīng)過3次～7次反復(fù)擠壓，期間頂煤受到的擠壓應(yīng)力及頂煤振幅都與支架的支撐強(qiáng)度有關(guān)。實(shí)踐表明，頂煤的采出率與支架的初撐力正相關(guān)。采用有足夠初撐力和工作阻力的放頂煤支架，可提高頂煤采出率2.0%～3.5%。

圖2 f=1時(shí)采出率與頂煤斷裂關(guān)系

3.3 工藝參數(shù)

對(duì)控頂距、采放比、放煤步距等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化可以提高頂煤回采率。

控頂距直接影響著頂煤松散范圍的寬度。對(duì)于軟煤和壓裂效果好的煤層，要減小控頂距，預(yù)防支架前漏頂；對(duì)于壓裂效果差的硬煤層，要將控頂距調(diào)整到最大,使頂煤在反復(fù)支撐過程中松動(dòng)和破碎，從而提高采出率。

硬煤的采放比要小，即多采少放，有利于頂煤充分壓裂和松動(dòng)；軟煤區(qū)采放比要大，少采多放，充分利用放頂煤開采成本低的優(yōu)勢(shì)。

放煤步距是影響放煤效果的重要參數(shù)，必須同時(shí)考慮頂煤采出率和含矸率。放煤步距太大會(huì)在采空區(qū)側(cè)留下三角煤，導(dǎo)致大量煤炭丟失。放煤步距太小，則靠近采空區(qū)方向的矸石先于頂部的煤到達(dá)放煤口。若按見矸關(guān)門的原則，這部分煤將被關(guān)在放煤口以外而丟失；若不關(guān)放煤口，則大量矸石會(huì)涌入工作面。因此放煤步距應(yīng)結(jié)合煤質(zhì)硬度及頂煤厚度綜合考慮。

開灤某礦生產(chǎn)實(shí)踐表明，一采一放的回采率81.68%，采出原煤含矸率3.06%；兩采一放的回采率為85.24%，采出原煤含矸率為2.58%。由此可見，優(yōu)化放煤步距的效果明顯。

4 結(jié)論

針對(duì)綜放回采率低的特點(diǎn)，文中分析主要丟煤分析，分別從技術(shù)和設(shè)備的角度進(jìn)行探討，得出如下結(jié)論：

初末采損失可以通過適當(dāng)延長(zhǎng)工作面推進(jìn)距離來降低相對(duì)比；巷道及端頭支架上方不放頂煤可以采取增加機(jī)采高度及工作面長(zhǎng)度來解決；在條件允許的情況下，盡可能提高支架的初撐力和工作阻力，取的良好的破煤效果，并且盡可能采用輕型放頂煤支架，這樣可以減少脊背煤損失；

在控頂距、采放比以及放煤步距三個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，根據(jù)不同的煤質(zhì)及煤厚確定最佳工藝參數(shù)，從而得到理想的回采率。

[1]廉國(guó)華，李品輝，薛秀軍.提高綜采放頂煤工作面采出率措施淺析[J].科技縱橫，2009，4：98.

[2]張有龍.提高頂煤采出率的探討[J].煤，2001，10（4）：39-41.

Analysis on the Measures for Increasing the Recovery Ratio of Fullymechanized Top-coal Mining

MA Yan-bin
(Engi neeri ng Depart ment,Shenhua Energy Co.,Yul i n Shannxi719000，Chi na)

The paper analyzes the main reasons of low recovery ratio in the fully-mechanizedtop-coal mining. Then, the working face distribution, advance distance, support selection and techniqueparameters are optimized; corresponding measures are provided. All are important to increase the recoveryratio.

fully-mechanized top coal;recovery ratio;coal loss

TD823.4+98

A

1672-5050（2010）12-0076-03

編輯：徐樹文

2010-09-10

馬延濱（1980—），男，黑龍江依蘭人，本科，助理工程師，從事工程造價(jià)工作。