提高放頂煤開采采區(qū)回收率的措施

1、提高放頂煤開采采區(qū)回收率的措施Chapter1 提高綜放采區(qū)回收率要從提高工作面頂煤放出率和減少護(hù)巷煤柱損失兩個方面同時入手。對于厚度超過10m的厚煤層，特別是在直接頂板堅(jiān)硬的條件下，應(yīng)采用在開切眼處強(qiáng)放直接頂，先采頂分層網(wǎng)下放頂煤的方案。這樣既發(fā)揮了網(wǎng)下綜放回收率高的優(yōu)勢，又能避免整層放頂煤綜采老頂?shù)谝淮蝸韷浩陂g高的頂煤損失。在減少護(hù)巷煤柱損失方面的關(guān)鍵措施是改變開拓準(zhǔn)備布置，實(shí)現(xiàn)在穩(wěn)定的內(nèi)應(yīng)力場中掘進(jìn)和維護(hù)回采巷道。1 從前述“綜放采場結(jié)構(gòu)模型”的特點(diǎn)可知，同一煤層“綜放”條件下，支承壓力影響范圍和其中的寬度，都要比分層開采條件下大得多。這一結(jié)果說明，如果采用在原始應(yīng)力區(qū)開掘巷道的煤柱護(hù)巷

2、布置，“綜放”條件下的煤柱損失，將會比同一煤層分層開采大得多。相反，由于“內(nèi)應(yīng)力場”范圍擴(kuò)大.采取在穩(wěn)定的內(nèi)應(yīng)力場中開掘和維護(hù)巷道，就有了更加可靠的條件。2-5提高綜放工作面回收率可從以下幾方面抓起：減小順槽護(hù)巷煤柱和順槽寬度，提高巷道支護(hù)質(zhì)量。加強(qiáng)端頭支護(hù)，兩端頭支架剪網(wǎng)放煤。減小工作面頂板初次來壓步距。加強(qiáng)綜放工作面工藝管理，尤其是放頂煤工藝管理，加強(qiáng)放煤工的技術(shù)培訓(xùn)，提高放煤技能和責(zé)任心。建立健全放煤管理制度，嚴(yán)格執(zhí)行提高煤炭回收率的各項(xiàng)規(guī)定。強(qiáng)化計(jì)量管理和煤質(zhì)管理，提高回收率統(tǒng)計(jì)的科學(xué)性、可靠性Chapter2綜采放頂煤開采是厚煤層開采的發(fā)展方向，它具有三高（高產(chǎn)、高效、高塊率）、三簡

3、（巷道布置簡單、輔助運(yùn)輸簡單、通風(fēng)簡單）、二低（低掘進(jìn)率、成本低）、二好（經(jīng)濟(jì)效益好、安全好）、一少（設(shè)備投資少）等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)采煤方法相比優(yōu)點(diǎn)較為明顯。因此，綜采放頂煤技術(shù)在我國得到了迅速發(fā)展，但是瓦斯、煤塵、工作面自燃發(fā)火及頂煤回收率等問題是制約綜放開采發(fā)展的重要因素，因此進(jìn)一步提高頂煤回收率是綜放開采所面臨的最主要問題。1 綜放開采煤炭損失分析6放頂煤開采，煤炭回收率偏低主要是由兩個方面的因素引起的：一方面是放頂煤開采設(shè)計(jì)決定的損失，另一方面是放煤工藝造成的煤炭損失，而這些損失有的是可以避免和減少的，有的則是不可避免的。1.1 放頂煤開采設(shè)計(jì)造成的損失 護(hù)巷煤柱損失。其中包括區(qū)段煤柱、上

4、（下）山煤柱和采區(qū)隔離煤柱等，如采用無煤柱開采，該部分煤炭損失將明顯減少。開采參數(shù)的影響。如工作面寬度、工作面推進(jìn)距離（工作面走向長度）等，增大工作面寬度可使順槽煤柱損失的比率減少，而加大工作面推進(jìn)長度則可降低首、末采煤炭損失的比率。首末采損失。為了7確保回采空間及支架撤除時的安全，工作面首末采時都是人為地留有部分頂煤不放，從而造成煤炭的損失。端頭損失。為了保護(hù)工作面兩端的出口，綜放工作面兩端頭通常各留23組支架不放頂煤，這部分損失率隨工作面傾斜寬度的增加而減少。1.2放煤工藝引起的煤炭損失 煤層厚度引起的損失。隨著工作面的推進(jìn)，頂煤的運(yùn)動和破壞一直處于變化之中，而頂煤破壞的發(fā)展在厚度方向是有

5、一定范圍的。因此，當(dāng)頂煤厚度較大時，上位頂煤不能充分松散，不易放出，使頂煤的損失增大；當(dāng)頂煤厚度較小時，放煤的初期就容易造成混矸，從而降低煤炭的放出率。放煤步距的損失。理想的放煤步距應(yīng)是使得頂煤上方的矸石與后方矸石同時到達(dá)放煤口，這樣可取得最好的放煤效果。放煤步距過大則頂煤上方的矸石首先到達(dá)放煤口，使后面的頂煤不能放出，而放煤步距過小則在放煤初期后方矸石就涌入放煤口，使上部的頂煤不能全部放出。放煤方式的損失。合理的放煤方式應(yīng)使得煤矸接觸面均勻下沉，從而使煤矸有效地分開，最大限度的回收頂煤而減少混矸。放煤過程中如不能很好地控制放煤方式，放出的頂煤混矸就會很嚴(yán)重。目前綜放工作面的放煤方式主要有單輪

6、順序、單輪間隔和多輪順序放煤，但無論采用什么樣的放煤方式煤炭損失和混矸是不可避免的。頂煤破壞程度的影響。頂煤的有效破碎是頂煤順利放出的前提，當(dāng)頂煤強(qiáng)度較大、破碎不夠充分時，移架后冒落的頂煤呈大塊，可形成臨時性結(jié)構(gòu)，或移架后不能在切頂線后方及時斷裂，形成懸頂。無論大塊還是懸頂，都會使大量的頂煤丟失而降低回收率。此外，支架的架型、移架速度、放煤速度及放煤工的素質(zhì)等都會對頂煤的損失造成一定的影響，從而造成頂煤回收率降低。1.3煤炭損失構(gòu)成 根據(jù)綜放工作面煤炭損失量的分析，各部分損失的構(gòu)成如下：設(shè)計(jì)造成損失量（49）。其中順槽煤柱（33），采區(qū)隔離煤柱（4），采區(qū)巷道（10），上下山煤柱及其它（2）。

7、工藝造成損失量（51）。其中工作面首末采（4），放頂煤工藝（40），端頭損失（5%），其它（2）。由此可以看出，順槽煤柱和放煤工藝造成的煤炭損失約占77。因此，深入研究綜采放頂煤工作面的設(shè)計(jì)和放煤工藝，是提高綜放開采煤炭回收率的主要途徑。2.1 合理布置工作面 案例說明 東灘煤礦在使用綜放開采初期，工作面沿空側(cè)護(hù)巷煤柱為7.5m。在回采過程發(fā)現(xiàn)煤柱變形較大、起不到支撐作用，且端頭三角區(qū)壓力顯現(xiàn)明顯、維護(hù)困難。通過對巷道頂板結(jié)構(gòu)及應(yīng)力分析，發(fā)現(xiàn)護(hù)巷煤柱需增大到50m以上方可起到支撐作用，或者采用沿空掘巷的方式減小護(hù)巷煤柱。如果留取50m的護(hù)巷煤柱，煤炭浪費(fèi)過多，不符合提高煤炭資源回收率的要求。針

8、對這一狀況，東灘煤礦在東翼一采區(qū)設(shè)計(jì)工作面時，采用沿空掘巷，將護(hù)巷煤柱減小到3.5m，端頭三角區(qū)壓力及巷道變形明顯減小，維護(hù)難度大大降低，同時也降低了因護(hù)巷煤柱過大造成的資源浪費(fèi)。減小巷道寬度，提高巷道頂板支護(hù)強(qiáng)度。巷道頂板上方的頂煤一般無法回收，如果巷道寬度加大，頂煤浪費(fèi)必然增加。東灘煤礦1304綜放工作面將軌順巷道寬度由以前的5.2m減小到3.2m，將原來布置在軌順的移動電站布置到運(yùn)順皮帶機(jī)尾承載段上，軌順巷道只用于通風(fēng)和輔助運(yùn)輸，極大地提高了煤炭回收率。增加工作面傾斜寬度和走向長度。東灘煤礦1304綜放工作面傾斜寬241.5m，走向長2456.43m，延長了綜放工作面的回采時間，減少了搬

9、家換面次數(shù)，降低了因初采和末采造成的頂煤損失。2.2 合理選擇綜放工作面液壓支架架型 液壓支架架型對頂煤回收率的影響主要表現(xiàn)在以下方面：頂煤放出以頂煤得到充分破碎和松散為前提。采用高位放頂煤支架時，頂煤松散的空間較小，因而頂煤的松散高度和松散程度較小，不利于頂煤的放出。而低位放頂煤支架則由于可松散的空間增大，為頂煤的破碎和放出提供了良好的條件，因而頂煤易于放出，使頂煤的回收率相對提高。液壓支架長度的影響。在液壓支架拉移步距相同的情況下，液壓支架對頂煤的反復(fù)作用次數(shù)取決于支架梁端至放煤口的距離，低位液壓支架頂梁較長，頂煤受液壓支架升降作用次數(shù)增加，到達(dá)放煤口時能夠充分破碎成松散煤體，有利于頂煤的

10、放出，有效提高了煤炭回收率；高位放頂煤支架頂梁較短，頂煤受液壓支架升降作用的次數(shù)少，不利于頂煤破碎，影響放煤效果，造成煤炭回收率降低。因此，從提高回收率的角度出發(fā)，應(yīng)首選低位放頂煤液壓支架。東灘煤礦1304綜放工作面液壓支架選用自主研發(fā)的ZFY8500/2.2/4.0D支架，該液壓支架為兩柱掩護(hù)式放頂煤支架，支架頂梁為整體結(jié)構(gòu)，主頂梁長度5.4m，支架總長11.5m。液壓支架支護(hù)距離長，在移架過程中，頂梁上方的頂煤在支架的作用下，到達(dá)放煤口時能夠充分破碎成松散煤體，有效避免了因大塊煤放不下來造成回收率降低的現(xiàn)象。2.3 端頭支架鉸網(wǎng)放煤 東灘煤礦1304綜放工作面端頭支架采用頭3尾4的布置方式

11、（即機(jī)頭3組端頭支架，機(jī)尾4組端頭支架），支架寬1.75m，即端頭支架支護(hù)寬度為12.25m。以往為減小兩端頭三角區(qū)頂板的影響，工作面兩端頭支架不放煤，造成資源浪費(fèi)較大。1304工作面兩端頭支架上鋪設(shè)金屬網(wǎng)，很大程度地改善了兩端頭三角區(qū)的支護(hù)問題，同時在支架后通過鉸網(wǎng)放煤，不但能將端頭支架上的頂煤放出，還能將巷道頂板上的部分頂煤放出，大大地提高了資源的回收率。2.4 初采鉸網(wǎng)放煤 東灘煤礦1304綜放工作面頂板初次來壓步距預(yù)計(jì)約為4050m。工作面切眼為矩形斷面，凈寬8500mm，凈高3200mm，凈斷面積達(dá)到27.2m2，頂板鋪聯(lián)金屬菱形網(wǎng)，按照800mm的間距錨固梯型鋼帶，均勻布置13根2

12、2mm2400mm的右旋無縱筋樹脂錨桿和3排22mm8500mm錨索，錨索間距1600mm。為減小工作面頂板初次來壓步距，1304工作面在安裝支架時提前將頂網(wǎng)鉸開，回采至12m時，工作面出現(xiàn)初次來壓，65#架至機(jī)尾采空區(qū)頂板初次垮落，回采至21m時，工作面采空區(qū)頂板全部垮落，比預(yù)計(jì)提前約20m，減小了初次來壓步距，有效提高了資源回收率。1304綜放工作面通過減小順槽煤柱厚度和軌道順槽寬度、端頭支架鉸網(wǎng)放煤、初采鉸網(wǎng)放煤等措施后，煤炭回收率提高達(dá)7.13%。2.5 放煤工藝的管理 綜采放頂煤的工藝參數(shù)主要包括放煤步距、放煤方式和放煤方向等。頂煤厚度較小時，采用單輪間隔放煤效果較好，頂煤厚度較大時

13、采用多輪順序放煤方式效果較好。放煤步距必須與頂煤厚度、架型、頂煤斷裂角及松散煤巖運(yùn)動規(guī)律等相適應(yīng)。最佳的放煤步距使頂部和采空區(qū)側(cè)的矸石同時到達(dá)到放煤口。經(jīng)過多個工作面的摸索，東灘煤礦1304綜放工作面放煤工藝采用一刀一放，多輪順序放煤，放煤效果明顯提高。1.Xie, Y.-s. and Y.-s. Zhao, Technique of top coal caving with vibration. Procedia Earth and Planetary Science, 2009. 1(1): p. 219-226.2.Xie, Y.-S. and Y.-S. Zhao, Numerical simulation of the top coal caving process using the discrete element method. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2009. 46(6): p. 983-991.3.李新坡 and 何思明, 節(jié)理巖質(zhì)邊坡破壞過程的PFC2D數(shù)值模擬分析. 四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版), 2010(S1): p. 70-75.4.王連慶, et al.,