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【摘 要】放顶煤工作面回采率是评价开采技术措施的重要指标之一,要提高放顶煤工作面的回采率,必须从技术、装备和管理上深入研究,加以提高。
【关键词】采矿；放顶煤；煤炭损失量；回采率
放顶煤开采工艺可以减少生产布局，降低生产工程量，提高单产，降低巷道掘进率,降低生产成本,提高采煤工效。它是一项具有发展前途的实用采煤技术。如何提高放顶煤开采回采率，其意义十分重大。现结合生产实际情况，对提高放顶煤开采回采率的主要途径做以下探讨。
由于该工作面储量较大，煤层层理节理发育，易冒落，使用放顶煤支架能提高工作效率，因此支护方式选择支掩式低位放顶煤支架。工作面布置采用走向长壁后退式一次采全厚采煤法，顶板管理全部跨落法。支护方式工作面支护采用64组ZF2800/16/24B型支撑掩护式低位放顶煤支架支护，工作面上下端头各采用3组ZFG3000/17/26 型过渡支架支护。
一、工作面开采及回采率情况
某矿山综采一队于2010年6月5日投入西一区18层四分段底板层综放面进行生产,至2010年12月17日工作面收尾,走向采330m,实际采出煤量391440t,工作面回采率达93.2%,基本符合国家规定的,厚及特厚煤层工作面回采率≥93%的要求。工作面回采率计算基础见表1。
二、提高回采率措施
(1)为保顶煤充分破碎而放煤,超前对煤层进行打钻孔注水,采用高压泵向煤层高压注水,使高压水渗透到煤体中,达到软化煤层的作用。
(2)充分利用支承压力破碎顶煤机理,使顶煤压裂压碎。
(3)反复支撑支架进一步使顶煤破碎。因为顶煤破碎是靠支承压力、顶煤回转(活动)及支架支撑共同作用的结果,其中支承压力是前提,但支架的反复支撑相当是对煤体的不断压缩与拉伸作用,从而提高煤体破碎度。
(4)采用合理的放煤方式,工作面软帮坚持一刀一放煤,放煤步距为0.6m。采用多轮、顺序、间隔的放煤方式,放煤顺序由下而上依次分组进行放煤。第一组放奇数号架子(1、3、5...),第二组放偶数号架子(2、4、6...),一、二组相距>20m，每个放煤口放煤时间3min～5 min,当上一轮由下端放煤到上端后,再由下头进行一下轮次放煤,从而使顶煤均匀下降, 特别要强调顶煤放净后方准移架。
(5)保证放煤口畅通。如有大块卡堵放煤口,应操纵后尾梁摇板千金顶和插板千斤顶将大块挤碎,或者配合使用单体液压支柱将大块挤碎。
(6)加强对工作面上下两端头的放顶煤管理。
(7)按(作业规程)要求及时清扫浮煤。
三、煤炭损失分析
3.1放煤工艺煤量损失
(1)初采和末采煤量损失。为防止顶板垮落对采煤工作面造成的威胁,我国一般切眼至工作面走向5～10m范围内不放煤。为确保工作面收尾支架稳定,工作面安全,收尾时一般距停采线5～10m不放煤。
(2)放煤步距不合理造成煤量损失。放煤步距太大,上部的矸石首先到达放煤口,在采空区侧将留有较大的三角煤,放不出来;若放煤步距太小,后方矸石易混入放煤口,影响煤质,并容易误认为煤已放尽, 停止放煤,造成上部顶煤丢失。
(3)放煤方式不合理造成煤量损失。放煤方式主要包括放煤顺序和一次顶煤的放出量。放煤方式不合理, 将造成脊背煤煤量损失。
(4)端头放煤煤量损失。端头放煤工艺较复杂,易造成工作面两端维护困难,为维护工作面两端出口处的顶煤稳定性,普遍采用工作面两端头3～5m不放顶煤。
3.2管理不善煤量损失
(1)选择可放性较差的煤层放顶煤造成煤量损失。适合放顶煤开采的煤层普氏硬度系数f=018～114。如煤层层节理发育,煤层软化工作到位,煤层硬度范围可扩大至f=1.8。如为提高单产,主观臆断把煤层层节理不发育, 煤层普氏硬度系数f>1.8的煤层也进行放顶煤开采, 势必造成软帮形成大煤块, 放不出煤,造成煤量损失。
(2)工作面丢失底煤,丢浮煤造成煤量损失。工作面有时无标志层,管理不到位,工作面造成漂底,丢底煤;工作面浮煤扫不净,丢浮煤,从而造成煤量损失。
提高回采率,就是降低煤炭损失率。国家规定:厚及特厚煤层的采区回采率≥75%,工作面回采率≥93%。综采放顶煤工作面的煤炭损失量主要由如下构成:①上下两巷掘进时丢底煤、②顶煤放煤效果不好，③面内浮煤，④上下两端头不放煤⑤工作面遇断层时局部丢煤。
有资料表明:工作面外区段煤柱损失量达30%～35%;工作面内放煤工艺的损失量可达40%～45%。某礦综采一队采面回采率达到93%, 主要是顶煤回采得较干净彻底,当然在工作的初采时,第一刀割煤就开始放顶煤,不留10m～15m的尾巴。末采时也尽量使割煤与放煤一起到达停采线。
四、加强放顶煤工艺管理
根据矿区对综放工作面煤炭损失的统计和分析,放顶煤工艺造成的煤炭损失占采区总煤量损失的44%,居第一位。因此,加强放顶煤工艺管理,最大限度地提高工作面内顶煤采出率,是提高煤炭回采率的主要途径。
(1)加强初采和末采放煤管理。综放工作面或放工作面应做到工作面推出切眼后,即做到及时放煤,这样做不仅有效地提高了煤炭采出率,而且对顶煤的冒落也是有利的。例如:矿区开采三水平北11层三区二段,三水平北11层四区二段。对于末采,在保证采场支架稳定的情况下,最大限度地缩小不放顶煤范围,一般距停采线3m不放煤。
(2)确定合理的放煤步距。确定循环放煤步距的原则是,应使放出范围内的顶煤能够充分破碎和松散,并做到提高采出率,降低含矸率。放煤步距的大小应根据顶煤厚度、煤层硬度而定。顶煤厚度一般以6～10m为宜,通常以一采一放较为合理。采用一采一放,放煤步距为0.6m;P放采用一采一放,放煤步距为1.0m。
(3)科学合理地确定放煤方式。放煤方式不仅对工作面煤炭采出率、含矸率影响较大,同时还影响到总的放煤速度、正规循环的完成及工作面能否高产,它是放煤工艺的关键因素。鹤岗矿区采用低位、隔口、多轮往复均匀放煤,放煤口高度距工作面底板为0.2～0.6m。实践证明,这种放煤方式丢煤少,混矸少,易产生高产高效。
(4)采用端头支架。综放要解决端头不放顶煤,必须采用端头支架。在兖州矿区推广使用ZTF5400-22/32型端头放顶煤支架,使工作面煤炭采出率提高2～3个百分点。
五、建议与商讨的问题
(1)如何提高工作面外的回采率,是保证采区回采率的关键之一, 然而从上述煤炭损失量上分析知,采区煤柱占损失量的30%～35%,因此应采取沿空护巷或沿空掘进的方式,不留10m～15m的区段煤柱。
(2)在采面端头应进行放煤,这样增加回采率。煤矿综采一队采用端头支架放煤方法,收到了良好的效果。
(3)为了确保放煤效果,提高煤炭回收率,降低矸石混入量,建议预采顶分层铺金属网。预采顶分层时尚有沿工作面底板打孔放震动炮的有利条件,提前破碎将要采取放顶煤开采的顶煤,这样做是科学有效的。
(4) 要结合实际采用合理的采放比,一般讲合理的采放比应是1：3的范围为宜,超过这个范围则不宜。煤矿综采一队的放顶煤工作面煤厚13.6m沿底板先采出2.2m,还有顶煤11m之高,其采放比为1：5。放煤效果好的原因在于煤体预先注水、煤的硬度较小,故易破碎放煤。另外这个煤层上部无伪顶,直接顶为灰白色细砂岩,稳定,煤与直接顶较易分离。否则, 其采放比不合理必然丢顶煤。
六、结束语
只有根据煤层赋存条件、可放性、地质构造、直接顶的岩性和结构,以及矿山压力、冲击地压等情况,进行科学论证,科学管理,具体情况具体分析,采取适宜可行的措施,才能做到减少煤炭损失,提高回采率。
【关键词】采矿；放顶煤；煤炭损失量；回采率
放顶煤开采工艺可以减少生产布局，降低生产工程量，提高单产，降低巷道掘进率,降低生产成本,提高采煤工效。它是一项具有发展前途的实用采煤技术。如何提高放顶煤开采回采率，其意义十分重大。现结合生产实际情况，对提高放顶煤开采回采率的主要途径做以下探讨。
由于该工作面储量较大，煤层层理节理发育，易冒落，使用放顶煤支架能提高工作效率，因此支护方式选择支掩式低位放顶煤支架。工作面布置采用走向长壁后退式一次采全厚采煤法，顶板管理全部跨落法。支护方式工作面支护采用64组ZF2800/16/24B型支撑掩护式低位放顶煤支架支护，工作面上下端头各采用3组ZFG3000/17/26 型过渡支架支护。
一、工作面开采及回采率情况
某矿山综采一队于2010年6月5日投入西一区18层四分段底板层综放面进行生产,至2010年12月17日工作面收尾,走向采330m,实际采出煤量391440t,工作面回采率达93.2%,基本符合国家规定的,厚及特厚煤层工作面回采率≥93%的要求。工作面回采率计算基础见表1。
二、提高回采率措施
(1)为保顶煤充分破碎而放煤,超前对煤层进行打钻孔注水,采用高压泵向煤层高压注水,使高压水渗透到煤体中,达到软化煤层的作用。
(2)充分利用支承压力破碎顶煤机理,使顶煤压裂压碎。
(3)反复支撑支架进一步使顶煤破碎。因为顶煤破碎是靠支承压力、顶煤回转(活动)及支架支撑共同作用的结果,其中支承压力是前提,但支架的反复支撑相当是对煤体的不断压缩与拉伸作用,从而提高煤体破碎度。
(4)采用合理的放煤方式,工作面软帮坚持一刀一放煤,放煤步距为0.6m。采用多轮、顺序、间隔的放煤方式,放煤顺序由下而上依次分组进行放煤。第一组放奇数号架子(1、3、5...),第二组放偶数号架子(2、4、6...),一、二组相距>20m，每个放煤口放煤时间3min～5 min,当上一轮由下端放煤到上端后,再由下头进行一下轮次放煤,从而使顶煤均匀下降, 特别要强调顶煤放净后方准移架。
(5)保证放煤口畅通。如有大块卡堵放煤口,应操纵后尾梁摇板千金顶和插板千斤顶将大块挤碎,或者配合使用单体液压支柱将大块挤碎。
(6)加强对工作面上下两端头的放顶煤管理。
(7)按(作业规程)要求及时清扫浮煤。
三、煤炭损失分析
3.1放煤工艺煤量损失
(1)初采和末采煤量损失。为防止顶板垮落对采煤工作面造成的威胁,我国一般切眼至工作面走向5～10m范围内不放煤。为确保工作面收尾支架稳定,工作面安全,收尾时一般距停采线5～10m不放煤。
(2)放煤步距不合理造成煤量损失。放煤步距太大,上部的矸石首先到达放煤口,在采空区侧将留有较大的三角煤,放不出来;若放煤步距太小,后方矸石易混入放煤口,影响煤质,并容易误认为煤已放尽, 停止放煤,造成上部顶煤丢失。
(3)放煤方式不合理造成煤量损失。放煤方式主要包括放煤顺序和一次顶煤的放出量。放煤方式不合理, 将造成脊背煤煤量损失。
(4)端头放煤煤量损失。端头放煤工艺较复杂,易造成工作面两端维护困难,为维护工作面两端出口处的顶煤稳定性,普遍采用工作面两端头3～5m不放顶煤。
3.2管理不善煤量损失
(1)选择可放性较差的煤层放顶煤造成煤量损失。适合放顶煤开采的煤层普氏硬度系数f=018～114。如煤层层节理发育,煤层软化工作到位,煤层硬度范围可扩大至f=1.8。如为提高单产,主观臆断把煤层层节理不发育, 煤层普氏硬度系数f>1.8的煤层也进行放顶煤开采, 势必造成软帮形成大煤块, 放不出煤,造成煤量损失。
(2)工作面丢失底煤,丢浮煤造成煤量损失。工作面有时无标志层,管理不到位,工作面造成漂底,丢底煤;工作面浮煤扫不净,丢浮煤,从而造成煤量损失。
提高回采率,就是降低煤炭损失率。国家规定:厚及特厚煤层的采区回采率≥75%,工作面回采率≥93%。综采放顶煤工作面的煤炭损失量主要由如下构成:①上下两巷掘进时丢底煤、②顶煤放煤效果不好，③面内浮煤，④上下两端头不放煤⑤工作面遇断层时局部丢煤。
有资料表明:工作面外区段煤柱损失量达30%～35%;工作面内放煤工艺的损失量可达40%～45%。某礦综采一队采面回采率达到93%, 主要是顶煤回采得较干净彻底,当然在工作的初采时,第一刀割煤就开始放顶煤,不留10m～15m的尾巴。末采时也尽量使割煤与放煤一起到达停采线。
四、加强放顶煤工艺管理
根据矿区对综放工作面煤炭损失的统计和分析,放顶煤工艺造成的煤炭损失占采区总煤量损失的44%,居第一位。因此,加强放顶煤工艺管理,最大限度地提高工作面内顶煤采出率,是提高煤炭回采率的主要途径。
(1)加强初采和末采放煤管理。综放工作面或放工作面应做到工作面推出切眼后,即做到及时放煤,这样做不仅有效地提高了煤炭采出率,而且对顶煤的冒落也是有利的。例如:矿区开采三水平北11层三区二段,三水平北11层四区二段。对于末采,在保证采场支架稳定的情况下,最大限度地缩小不放顶煤范围,一般距停采线3m不放煤。
(2)确定合理的放煤步距。确定循环放煤步距的原则是,应使放出范围内的顶煤能够充分破碎和松散,并做到提高采出率,降低含矸率。放煤步距的大小应根据顶煤厚度、煤层硬度而定。顶煤厚度一般以6～10m为宜,通常以一采一放较为合理。采用一采一放,放煤步距为0.6m;P放采用一采一放,放煤步距为1.0m。
(3)科学合理地确定放煤方式。放煤方式不仅对工作面煤炭采出率、含矸率影响较大,同时还影响到总的放煤速度、正规循环的完成及工作面能否高产,它是放煤工艺的关键因素。鹤岗矿区采用低位、隔口、多轮往复均匀放煤,放煤口高度距工作面底板为0.2～0.6m。实践证明,这种放煤方式丢煤少,混矸少,易产生高产高效。
(4)采用端头支架。综放要解决端头不放顶煤,必须采用端头支架。在兖州矿区推广使用ZTF5400-22/32型端头放顶煤支架,使工作面煤炭采出率提高2～3个百分点。
五、建议与商讨的问题
(1)如何提高工作面外的回采率,是保证采区回采率的关键之一, 然而从上述煤炭损失量上分析知,采区煤柱占损失量的30%～35%,因此应采取沿空护巷或沿空掘进的方式,不留10m～15m的区段煤柱。
(2)在采面端头应进行放煤,这样增加回采率。煤矿综采一队采用端头支架放煤方法,收到了良好的效果。
(3)为了确保放煤效果,提高煤炭回收率,降低矸石混入量,建议预采顶分层铺金属网。预采顶分层时尚有沿工作面底板打孔放震动炮的有利条件,提前破碎将要采取放顶煤开采的顶煤,这样做是科学有效的。
(4) 要结合实际采用合理的采放比,一般讲合理的采放比应是1：3的范围为宜,超过这个范围则不宜。煤矿综采一队的放顶煤工作面煤厚13.6m沿底板先采出2.2m,还有顶煤11m之高,其采放比为1：5。放煤效果好的原因在于煤体预先注水、煤的硬度较小,故易破碎放煤。另外这个煤层上部无伪顶,直接顶为灰白色细砂岩,稳定,煤与直接顶较易分离。否则, 其采放比不合理必然丢顶煤。
六、结束语
只有根据煤层赋存条件、可放性、地质构造、直接顶的岩性和结构,以及矿山压力、冲击地压等情况,进行科学论证,科学管理,具体情况具体分析,采取适宜可行的措施,才能做到减少煤炭损失,提高回采率。