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硬的條件下，應采用在開切眼處強放直接頂，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。在減少護巷煤柱損失方面的關鍵措施是改變開拓準備布置，實現(xiàn)在穩(wěn)定的內(nèi)應力場中掘進和維護回采巷道。1 從前述“綜放采場結構模型”的特點可知，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。這一結果說明，如果采用在原始應力區(qū)開掘巷道的煤柱護巷

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)應力場”范圍擴大.采取在穩(wěn)定的內(nèi)應力場中開掘和維護巷道，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：減小順槽護巷煤柱和順槽寬度，提高巷道支護質(zhì)量。加強端頭支護，兩端頭支架剪網(wǎng)放煤。減小工作面頂板初次來壓步距。加強綜放工作面工藝管理，尤其是放頂煤工藝管理，加強放煤工的技術培訓，提高放煤技能和責任心。建立健全放煤管理制度，嚴格執(zhí)行提高煤炭回收率的各項規(guī)定。強化計量管理和煤質(zhì)管理，提高回收率統(tǒng)計的科學性、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、輔助運輸簡單、通風簡單）、二低（低掘進率、成本低）、二好（經(jīng)濟效益好、安全好）、一少（設備投資少）等特點，與傳統(tǒng)采煤方法相比優(yōu)點較為明顯。因此，綜采放頂煤技術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計決定的損失，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 放頂煤開采設計造成的損失 護巷煤柱損失。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?；夭煽臻g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，頂煤的運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。理想的放煤步距應是使得頂煤上方的矸石與后方矸石同時到達放煤口，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，當頂煤強度較大、破碎不夠充分時，移架后冒落的頂煤呈大塊，可形成臨時性結構，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煤炭損失構成 根據(jù)綜放工作面煤炭損失量的分析，各部分損失的構成如下：設計造成損失量（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計和放煤工藝，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，工作面沿空側護巷煤柱為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、維護困難。通過對巷道頂板結構及應力分析，發(fā)現(xiàn)護巷煤柱需增大到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巷煤柱。如果留取50m的護巷煤柱，煤炭浪費過多，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)設計工作面時，采用沿空掘巷，將護巷煤柱減小到3.5m，端頭三角區(qū)壓力及巷道變形明顯減小，維護難度大大降低，同時也降低了因護巷煤柱過大造成的資源浪費。減小巷道寬度，提高巷道頂板支護強度。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順皮帶機尾承載段上，軌順巷道只用于通風和輔助運輸，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式放頂煤支架，支架頂梁為整體結構，主頂梁長度5.4m，支架總長11.5m。液壓支架支護距離長，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、（即機頭3組端頭支架，機尾4組端頭支架），支架寬1.75m，即端頭支架支護寬度為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，造成資源浪費較大。1304工作面兩端頭支架上鋪設金屬網(wǎng)，很大程度地改善了兩端頭三角區(qū)的支護問題，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計約為4050m。工作面切眼為矩形斷面，凈寬8500mm，凈高3200mm，凈斷面積達到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，比預計提前約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動規(guī)律等相適應。最佳的放煤步距使頂部和采空區(qū)側的矸石同時到達到放煤口。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. 四川大學學報(工程科學版), 2010(S1): p. 70-75.4.王連慶, et al.,