孫 邈，董合祥，趙海兵

(同煤國電同忻煤礦有限公司， 山西 大同 037001)

隨著回采工藝的發(fā)展，放頂煤開采已逐漸取代分層開采，尤其是大采高綜放支架的出現(xiàn)，基本解決了在放煤過程中大小周期來壓的問題。但是，隨著開采深度的加大，地質(zhì)條件更加復(fù)雜，采用何種放頂煤生產(chǎn)工藝才能保證工作面的安全高效生產(chǎn)，是困擾廣大工程技術(shù)人員的一大技術(shù)難題[1-3].

大同礦區(qū)目前主采石炭系3#—5#煤層，平均厚度達(dá)21.43 m，屬特厚煤層，通常開采此類煤層最有效的方法是放頂煤開采，放煤過程中，煤巖體會(huì)在頂板壓力作用下破碎，若放煤工藝不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生大塊煤矸憋住后溜，也會(huì)使大部分頂煤放不下來，造成資源浪費(fèi)。同時(shí)有可能造成采空區(qū)懸板面積增大，對井下安全生產(chǎn)造成一定的影響。為此，以同忻礦8201工作面為試驗(yàn)對象，開展了放頂煤工藝優(yōu)化研究。

1 8201工作面概況

同忻礦8201工作面可采走向長度2 028 m，傾斜長度217.5 m，主采石炭系3#—5#煤層，煤層傾角1°～5°，平均厚度21.43 m，工作面直接頂為13.6 m的砂質(zhì)泥巖，直接底為5 m的炭質(zhì)泥巖和7.6 m的砂質(zhì)泥巖，頂板硬度不高，賦存較不穩(wěn)定。該工作面自2018年2月22日開采，截至2019年11月23日停采。鉆孔柱狀圖見圖1.

圖1 鉆孔柱狀圖

2 配套技術(shù)設(shè)備

8201工作面采用壁式放頂煤法進(jìn)行開采，工作面回采率為93%. 結(jié)合本工作面煤層和圍巖的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)確定選用ZF15000/27.5/42型低位放頂煤液壓支架，支架支撐高度為2.75～4.20 m，中心距1.75 m，工作阻力15 000 kN，支護(hù)強(qiáng)度1.46 MPa. 與中部支架相適應(yīng)，選擇ZFG13000/27.5/42H型低位放頂煤過渡支架和ZTZ20000/30/42型端頭支架。工作面布置128個(gè)中部支架、9個(gè)過渡支架(頭部布置4個(gè)過渡支架，尾部布置5個(gè)過渡支架)；工作面頭部布置1組端頭支架，布置方式為兩架一組。工作面平面布置圖見圖2.

圖2 8201工作面布置平面圖

3 頂煤冒落性分析

1) 開采深度。煤層開采深度對頂煤冒放性的影響實(shí)質(zhì)上是支承壓力對頂煤的壓裂影響，頂煤冒放性隨著開采深度的增大而加強(qiáng)。當(dāng)開采深度小于100 m時(shí)，頂煤冒放性差，當(dāng)開采深度大于400 m時(shí)，頂煤易冒落。8201綜放工作面煤層蓋山厚度最大517 m，最小377 m，平均447 m，從開采深度來看，其冒放性較好。

2) 煤層強(qiáng)度。煤層強(qiáng)度是影響頂煤冒放性的關(guān)鍵因素。一般來說，軟煤(普氏硬度系數(shù)f≤1)最易冒落；中硬煤(普氏硬度系數(shù)f=1～2)次之；硬煤(普氏硬度系數(shù)f>2)的冒放性最差。8201綜放工作面所采3#—5#煤層普氏硬度系數(shù)f=1～2，頂煤冒放性較好。

3) 煤層厚度。8201綜放工作面機(jī)采高度3.9 m，放煤厚度17.53 m，采放比約為1∶4.5. 采用放頂煤液壓支架支護(hù)，反復(fù)移架、支架過程中，對頂煤有一定的壓裂、松動(dòng)作用。從煤層厚度來看，8102工作面3#—5#煤層較適合放頂煤開采。

4 優(yōu)化前后的放頂煤工藝

4.1 優(yōu)化前的放頂煤工藝

同忻礦綜采放頂煤工藝優(yōu)化前，按“一刀一放”正規(guī)循環(huán)作業(yè)，放頂煤方式采用“單輪順序”放煤，該工藝具體為：放煤工分前后兩組，每組2人，一組從工作面頭部開始放支架頂煤(5#、6#、7#…57#、58#、59#)，另一組從工作面尾部開始放支架頂煤(122#、121#、120#…62#、61#、60#)。每組放煤工依次對支架尾梁進(jìn)行反復(fù)升降動(dòng)作，將頂煤放出，直至見到矸石，即停止該支架放煤，并轉(zhuǎn)至下一個(gè)支架進(jìn)行放煤，待工作面全部支架頂煤放盡后，即完成本輪放煤工藝。該放煤工藝速度快,但容易出現(xiàn)混矸嚴(yán)重或者丟煤太多的現(xiàn)象。

4.2 優(yōu)化后的放頂煤工藝

2019年3月該礦采用“多輪追機(jī)順序+間隔分層放煤工藝”，該工藝分粗放、精放、細(xì)放3個(gè)步驟。1) 粗放。放煤工分前后兩組，每組2人，一組從工作面頭開始放單號(hào)支架頂煤(5#、7#、9#…115#、117#、119#)，另一組從工作面尾開始放雙號(hào)支架頂煤(122#、120#、118#…10#、8#、6#). 第一輪放煤主要通過反復(fù)動(dòng)作支架尾梁，配合伸縮梁，使頂煤充分破碎，放煤量約為頂煤的2/3. 2) 細(xì)放。第一輪放完后，兩組放煤工折返進(jìn)行第二輪細(xì)放。第二輪放煤過程要求反復(fù)伸縮尾梁放煤，放掉余下的1/3頂煤。3) 精放。兩輪放煤過后，在班組長巡查工作面過程中，依次對支架尾梁再次升降動(dòng)作，將最后的余煤放出，真正做到見矸關(guān)窗[4-8]. 放煤作業(yè)循環(huán)圖見圖3.

圖3 放煤作業(yè)循環(huán)圖

5 放頂煤工藝優(yōu)化成果

5.1 工人勞動(dòng)強(qiáng)度

8201面每個(gè)生產(chǎn)班由2個(gè)放煤工增加至3個(gè)放煤工，并每人配備一個(gè)放煤燈，做到架架放盡頂煤。同時(shí)采用“多輪追機(jī)順序+間隔分層放煤工藝”，使矸石的放出量大大減小，大塊矸石也得到了很好地控制，加強(qiáng)對自移尾拉出片矸石的處理，明顯減少了機(jī)電事故率，使得工人在提高放煤產(chǎn)量的同時(shí)，也減少了處理事故的次數(shù)與時(shí)間，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

5.2 產(chǎn) 量

自2019年3月優(yōu)化放煤工藝以來，現(xiàn)采8201面與相鄰8202面(2016年7月14日停采)在相同地質(zhì)條件、相同推進(jìn)度的情況下，工作面回收率平均提高了6%，具體見表1. 對8201工作面2019年3—11月份的采煤進(jìn)尺、精煤產(chǎn)量、單米精煤產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，月推進(jìn)進(jìn)度平均為99.46 m，平均單刀產(chǎn)量為4 576 t,單米精煤產(chǎn)量為5 720 t.

表1 8201面與8202面精煤回收率表

6 結(jié) 語

經(jīng)過7個(gè)多月的試驗(yàn)，對8201工作面產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)分析，確定同忻礦綜放面合理的放頂煤工藝。采用多輪間隔和單輪順序放煤工藝，8201工作面的平均單刀產(chǎn)量為4 576 t，單米精煤產(chǎn)量為5 720 t，與鄰近8202工作面相比，回收率平均提高了6%，效果顯著。

在今后的生產(chǎn)過程中，同忻礦根據(jù)探測頂煤的厚度，不斷優(yōu)化回采和放煤工藝，如放慢機(jī)組速度，嚴(yán)格控制一次走架數(shù)量，從而增加放煤時(shí)間，給頂煤回收創(chuàng)造有利條件。此次優(yōu)化使同忻礦放頂煤工藝、頂煤回收率處于集團(tuán)公司領(lǐng)先水平，具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。