朱子良，劉國慶，紀(jì)明男，薛俊龍

(1.安徽省福樂定工業(yè)有限責(zé)任公司，安徽 淮北 235025；2 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

采高綜放開采，即割煤高度大于3.5m的綜放開采[1]。大采高綜放開采是隨著我國綜放開采技術(shù)的深入發(fā)展與大功率、大采高、高可靠性重型綜采設(shè)備發(fā)展而發(fā)展起來的，結(jié)合了綜放開采和大采高綜采的優(yōu)勢，是一種針對(duì)特厚煤層新型的高產(chǎn)高效的采煤方法[2-5]。目前，大采高綜放開采頂煤放出率的研究仍處于探索階段，本文基于大采高綜放工作面為工程背景，采用研制的頂煤運(yùn)移跟蹤儀器，進(jìn)行了頂煤放出率的實(shí)測，得出了一些認(rèn)識(shí)。

1 試驗(yàn)工作面概況

8105工作面東鄰8104工作面，西鄰8106工作面，南鄰1070回風(fēng)巷，以北為口泉鐵路保護(hù)煤柱，上覆為侏羅系14、15#煤層同煤麻地灣煤礦采空區(qū)。工作面走向長度2722m，傾斜長度207m，為一進(jìn)一回一抽三巷布置，2105皮帶巷、5105回風(fēng)巷沿3～5#煤層底板布置，8105頂板高抽巷沿3～5#煤層頂板布置。

工作面沿煤層傾向上山回采，煤層賦存穩(wěn)定，厚度為9.42～19.44m，平均14.50m，煤體容重為14kN/m3，煤層傾角在3～5°，平均4°，普氏系數(shù)在2.7～3.7之間。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普遍含4～14層夾矸，夾矸巖性為褐灰色高嶺巖等，單層厚度0.05～0.83m，總厚度0.56～3.89m，平均1.75m。

直接頂平均8.79m，主要由灰黑色炭質(zhì)泥巖、高嶺質(zhì)泥巖、巖漿巖組組成。老頂成分以石英長石為主，厚度11.8～39.55m。直接底平均4.87m，灰褐色、淺灰色高嶺質(zhì)泥巖。割煤高度4.2m，采用一刀一放，即放煤步距0.8m，雙輪順序放煤。

2 頂煤運(yùn)移跟蹤儀及測站布置

2.1 頂煤運(yùn)移跟蹤儀原理

頂煤運(yùn)移跟蹤儀主要由信號(hào)接收儀(機(jī)站)、RF射頻標(biāo)簽和射頻標(biāo)簽編碼器組成。其基本原理就是將RF射頻標(biāo)簽埋入頂煤中的不同位置，隨著頂煤放出而放出，將信號(hào)接收儀(機(jī)站)放置在運(yùn)輸順槽的運(yùn)輸膠帶上方，自動(dòng)記錄放出射頻標(biāo)簽的數(shù)量和埋設(shè)在頂煤中的原始位置，到地面后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以獲得放出的射頻標(biāo)簽的數(shù)量和在頂煤中的位置，以此進(jìn)行頂煤放出煤量和位置計(jì)算。圖1是頂煤運(yùn)移跟蹤儀的基本原理圖。

圖1 頂煤運(yùn)移跟蹤儀蹤儀原理

2.2 測站的布置

通過多次現(xiàn)場調(diào)研論證，根據(jù)煤礦工作面煤質(zhì)硬度及頂煤厚度，為了提高頂煤運(yùn)移跟蹤儀的安裝效率及測試效果，最終確定在工作面煤壁頂端位置，煤壁完整無片幫的區(qū)域，架設(shè)鉆孔臨時(shí)平臺(tái)，選取距煤壁1.0m處(架間)采用φ50鉆頭的注水鉆垂直向上施工鉆孔，共3個(gè)且在同一平面內(nèi)，分別在且工作面支架29～30，59～60，90～91的間架，1號(hào)孔安裝頂煤運(yùn)移跟蹤儀的垂距為0.8m， 2號(hào)孔和3號(hào)孔安裝頂煤運(yùn)移跟蹤儀的垂距為0.5m。鉆孔指標(biāo)如表1所示。

表1 鉆孔指標(biāo)

各孔柱狀圖及孔內(nèi)安裝的頂煤運(yùn)移跟蹤儀放出順序如圖2所示。從圖2中可以看出，1～3號(hào)鉆孔探測到的工作面可放頂煤厚度分別為10.3m、8m、9.6m，平均厚度為9.3m。

圖2 1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)鉆孔柱狀圖及Marker放出順序

3 現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果與分析

頂煤(頂板)中不同層位共在安設(shè)了48個(gè)射頻標(biāo)簽，不同層位Marker放出情況統(tǒng)計(jì)如表2所示。從表2可以看出，8m以上的頂煤放出率遠(yuǎn)低于8m以下的頂煤放出率，8m以下的平均頂煤放出率為18/21=85.71％；8～14m頂煤平均放出率為10/27=37.03％，其中8～10m安裝10個(gè)射頻標(biāo)簽，共放出4個(gè)，回收率為40％，結(jié)合8105工作面柱狀圖及現(xiàn)場測試記錄的數(shù)據(jù)可以看出在工作面煤層8～10處有0.3～0.5左右厚的夾矸，其中2號(hào)鉆孔和3號(hào)鉆孔夾矸上面放置的射頻標(biāo)簽全部沒有放出，10～12m安裝的11個(gè)射頻標(biāo)簽，共放出3個(gè)，回收率為27.3％，其中2號(hào)鉆孔和3號(hào)鉆孔放置的8個(gè)射頻標(biāo)簽均沒有放出，12～14m以上頂板中共安設(shè)了6個(gè)射頻標(biāo)簽，共放出來3個(gè)，其中2號(hào)孔沒有放置，3號(hào)孔放置的3個(gè)全部沒有放出，放出率為3/6=50％。

表2 不同層位Marker放出情況統(tǒng)計(jì)

1號(hào)孔Marker安裝數(shù)量為13，頂煤中安裝的數(shù)量為12，其中有1個(gè)Marker未放出，放出率為92.30％；2號(hào)孔Marker安裝數(shù)量為16，其中有9個(gè)Marker未放出，放出率為43.75％；3號(hào)鉆孔Marker安裝數(shù)量為19，其中有9個(gè)Marker未放出，放出率為61.5％；各鉆孔中Marker放出率如表3所示。頂煤平均回收率為28/48=58.3％。

表3 各鉆孔頂煤中Marker放出率

4 結(jié)論

1) 研制的頂煤運(yùn)移跟蹤儀器能夠進(jìn)行頂煤不同層位的放出率現(xiàn)場觀測，實(shí)測出頂煤的平均放出率為58.3％。

2) 距頂板高度6m以下的基本都能放出，8m以下的頂煤放出率85.71％，遠(yuǎn)大于8～14m的頂煤放出率37.03％，即上分層頂煤的放出率低于下分層，中分層。

3) 接受到探頭的先后順序表明，頂煤冒落順序與支架放煤順序基本一致，頂煤的放出順序一般為下、中、上部，但中部煤層存在反轉(zhuǎn)進(jìn)入煤流系統(tǒng)的現(xiàn)象。

4) 該生產(chǎn)條件下仍需要采取一些技術(shù)手段進(jìn)行頂煤弱化及改進(jìn)放煤工藝來提高8m以上頂煤放出率同時(shí)保證較少的混矸率。

[1]毛德兵,康立軍.大采高綜放開采及其應(yīng)用可行性分析[J].煤礦開采,2003,8(3):11-14.

[2]閆少宏,尹希文.大采高綜放開采幾個(gè)理論問題的研究[J] .煤炭學(xué)報(bào),2008,33(5):481-484.

[3]祝凌甫,閆少宏.大采高綜放開采頂煤運(yùn)移規(guī)律的數(shù)值模擬研究[J].煤礦開采,2011,16(1):11-13.

[4]黃炳香,劉長友,牛宏偉，等.大采高綜放開采頂煤放出的煤矸流場特征研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2008,25(4):415-419.

[5]李艷.大采高綜放與普通綜放采出率統(tǒng)計(jì)分析[J].煤,2011,19(8):80-81.

[6]毛德兵.大采高綜放開采頂煤冒放性及煤壁穩(wěn)定性研究[D].北京：煤炭科學(xué)研究總院,2010.