浅谈如何提高放顶煤工作面回收率_张亚夫.pdf

2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月2 0 2 0年发布的世界能源统计评论显示，尽管全球煤炭消费量有所下降，但煤炭仍在一次能源中占主要地位。中国能源以“富煤、缺油、少气”为特点，煤炭的地位不可动摇。随着社会、科技及现代化建设的快速发展，人们对煤炭资源的需求量逐渐增大。这就需要煤矿企业不断提高产能来更好地满足社会生产对能源的需求。煤炭资源属于不可再生资源，在开采或使用的过程中都应该尽量避免损失，保障煤炭资源的回收率。现阶段，煤矿开采工艺和设备水平都有了很大的提升，然而在煤炭实际开采过程中仍存在着很多问题，例如工作面煤炭资源回收率低。因此，如何更好地提高煤炭资源的回收率成为煤矿企业需要重点关注的问题。1放顶煤开采技术放顶煤开采属于一种煤炭回采技术，主要对象是中厚层煤炭，在开采中将采高控制在3 4m 范围内，以煤层底板为掘进工作面，工作面壁侧通过采煤设备将掉落的煤炭收集到运输设备中1；对于上方煤层，借助矿山压力作用使煤层完全破碎并塌落，同时采用支架将煤炭收集到后方的刮板输送机上。利用综采液压支架设备进行放顶煤开采，简称“综放”。放顶煤开采是将单体支柱与滑移支架相结合。这种技术主要有以下优势：a)产量高。应用这种技术，相当于两个工作面并行运行，即采、放同时进行，工作面的出煤点有两个，相当于一个工作面开采两次，因此，在一定程度上能显著提高开采效率。b)成本降低。采用这种技术开采的工作面，由于受到自身重力的影响，顶煤自行落下，与分层开采技术相比成本较低，减少了电能、金属网等方面的开销。c)工作面搬移少。应用这种技术的工作面开采程度相当于分层方法的两个或三个开采工作面的程度2-3，使工作面搬移次数减少，不会因为搬移而造成机械等设备损坏问题。图1所示为放顶煤开采工艺图。2放顶煤回收率的影响因素放顶煤开采技术的优点有很多，为了进一步提高采煤工艺的开采效能，需找出开采过程中影响放顶煤回收率的因素。影响放顶煤回收率的因素大体可以分为地质因素和技术因素。2.1地质因素地质因素主要包括煤矿中煤层厚度、煤体硬度、煤体裂隙程度、开采深度、煤层中夹石层的位置等。将煤层开采的厚度控制在5 1 2m 的范围内，采厚过小，容易导致冒顶，采厚过大，则不易掉落。将煤体的硬度系数f控制在1 3之间，若f小于1，容易使顶煤在支架收稿日期：2022-09-16作者简介：张亚夫，1992年生，男，山西浑源人，助理工程师，主要从事综采掘进方面的工作。浅谈如何提高放顶煤工作面回收率张亚夫（山西焦煤山煤国际铺龙湾煤业有限公司，山西 左云0 3 7 1 0 0）摘要：放顶煤开采工艺技术具有很多优势，这项技术已经被广泛应用。为了进一步提高开采效能，具体分析了影响放顶煤回收率的因素，主要包括地质因素和技术因素，在了解了影响因素的基础上提出一些改善措施，使煤炭资源的回收率大大提高，进而减少资源的浪费，确保煤矿可以高产、高效能开采，为煤矿企业创造更好的经济效益。关键词：放顶煤；工作面；回收率；影响因素中图分类号：T D 8 2 3文献标志码：A文章编号：2 0 9 5-0 8 0 2-(2 0 2 3)0 3-0 0 8 6-0 3How to Improve Recovery Rate of Top Coal Caving FaceZHANG Yafu(Pulongwan Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Coal International Energy Group,Shanxi Coking Coal Group,Zuoyun 037100,Shanxi,China)Abstract:Top coal caving mining technology has many advantages,and the technology has been widely used.In order to furtherimprove the mining efficiency,this paper analyzed the factors affecting the recovery rate of top caving coal in detail,includinggeological factors and technical factors.On the basis of understanding the influencing factors,some improvement measures wereput forward to greatly improve the recovery rate of coal resources,and then reduce the waste of resources,to ensure that the coalmine can be high yield and efficient mining,and to create better economic benefits for coal mine enterprises.Key words:top coal caving;working face;recovery rate;influence factor（总第2 1 0期）能源产业8 6 DOI:10.16643/ki.14-1360/td.2023.03.0432 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月的反复作用下超前垮落，同时支架受力不均匀，无法起到支护的作用；若f大于3，支架移动以后，顶煤不能自行且及时掉落3，如果煤炭块度太大，依靠支架尾梁进行二次破碎也无法破碎掉落，顶煤卡在上方形成悬顶，进而导致回收率降低。1.采煤机；2.工作面前部输送机；3.液压支架；4.工作面后部输送机；5.皮带机；6.放煤口；.截面。图 1 放顶煤开采工艺图2.2技术因素技术因素主要包括框架类型、采放比、工作面长度和放煤方法。这些因素所代表的指标参数主要有底采高度、顶控距离、放煤步距等。a)初采放煤。在开采区域内，煤矿作业工作面的煤层上方出现塌落现象，为了防止老顶突然垮落而对工作面造成威胁，在老顶初次垮落之前，选择不放顶煤，从而造成初采损失，初次垮落步距与损失量成正比。通常来讲，初采放顶煤的损失约为回收的1%4。b)末采放煤。在综采工作面的最后阶段，需要提前铺网控制顶板，以便支架及仪器可以撤回，同时确保矿井巷道稳定，所以一般会保留一些煤炭，保障后续的施工安全且为后续施工提供一定的便利。通常情况下，这部分的损失约为回收的2%4-5。c)放煤方式。放煤方式有两种，分别是单轮放煤和多轮放煤。在开采的过程中，煤层中含有矸石，如果选择的放煤方式及放煤步距不合理，会导致大量矸石增加，出现顶煤无法放出的现象，进而使回收率出现很大程度的降低。d)架型、底层采高。支架的类型通常制约底层采高，架型的确定就代表底层采高的确定，如果架型选择不正确，就容易造成采空区遗留大量的煤炭。e)采放比。采放比是指放煤厚度与采煤厚度之比，采放比过低，顶板的煤层无法开采；采放比过高，不但存在重大安全隐患，而且会使放顶煤失败6。图2所示为不同采放比情况下超前支承压力的变化图。从图2中看出，当采放比增加后，顶煤支承压力峰值不但增大，而且还向煤层开采方向前移，使破坏变形范围扩大。因此，采放比过低或过高都不利于保证煤矿开采的回收率。图 2 不同采放比情况下超前支承压力变化图3提高放顶煤回收率的措施为了保障煤矿顺利进行放顶煤开采，在前期勘查时，需要详细地了解地质环境，例如煤层的强度、厚度等，同时编制考察报告，制定符合该煤矿的实施方案，促使放顶煤开采具备有效性条件。煤矿开采的重点是生产条件，需要结合地质因素和技术因素最大限度地提高回收率。3.1减少工作面内顶煤损失的措施a)减少初采损失。大多数煤矿企业选择开切眼初采后5 1 0m 不放顶煤的方案，但是近年来的实践表明，这种措施的效果不是很明显。实践中人们发现，综采面推进后在顶板垮落之前，只需在掩护梁上留一些散煤垫层，防止顶板大块矸石落下，进而对掩护梁造成破坏，最后再放出部分冒落的煤。对于难以掉落的顶煤，在工作面推进3 5m 后4，采用钻孔、爆破顶煤的方法，迫使顶煤塌陷垮落、回收，从而达到减少初采损失的目的。这种措施通常可以使初采损失减少5 0%左右。b)减少末采损失。终采线和收尾方法的选择是减少末采损失的关键。通常情况下，在距离停采线1 0m左右的位置停止放煤并铺网，若顶煤稳定性较好且工人技术娴熟，可根据实际情况将停采线煤柱缩短，从而达到减少末采煤炭损失的目的6。同时，合理的收尾方法也可以提高工作面的回收率，目前常用的收尾方法有直接跟底收尾法和爬坡找顶收尾法等。c)减少端头损失。由于端头支架上方顶煤较难放下，容易造成端头顶煤损失，在工作面上铺设刮板输送机和安装支架时，安装一组额外的支架，便于维护工作面的端头7。工作面开采时，及时将上、下端头退锚剪网，不仅能把端头支架上的顶煤放出，还能把巷1 23 4123645剖面1采放比增加后采放比增加前张亚夫：浅谈如何提高放顶煤工作面回收率8 7 2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月图 3 不同的放煤步距下顶煤的放落情况道顶板上的部分顶煤放出，很大程度上提高了资源的实际回收率。3.2合理选择放煤工艺放煤工艺损失也是影响放顶煤工作面回收率的一个重要因素，在进行工艺参数选择时，要充分考虑放煤的方向、工艺、方式等，严格按照程序和相关的顺序操作。在选择放煤方式时，需要结合实际情况，一般根据煤层的厚度选择，如果煤层较厚，则选择多轮放煤方式；反之，选择单轮放煤方式。对于多轮放煤方式，操作工艺复杂且对技术要求高；而单轮放煤方式的工艺及操作都较为简单7。同时，顺序放煤与间隔放煤相比较，后者效果更好。在煤层条件及放出条件相同的情况下，顺序单轮放煤效果没有间隔单轮放煤效果好，而且顺序多轮放煤效果最好，回收率最高。3.3合理选择支架类型选择合适的支架类型，能够有效地提高顶煤的回收率。根据放煤口的位置，液压支架可分为三种，分别是高位放煤液压支架、中位放煤液压支架和低位放煤液压支架。高位放煤液压支架具有稳定性高、结构简单、维修方便等优点，但是煤易流失，回收率较低；中位放煤液压支架煤洞、煤尘多，丢煤现象严重，实际放煤效果差；对于低位放煤液压支架，煤口具有连续良好的排煤效果，无脊煤损失，排煤率高，唯一的缺点是必须严格控制矸石8。因此，每个煤矿必须根据矿山煤层的实际赋存情况和顶底板的岩石性质，选择适合煤矿自身生产的支架类型。3.4合理选择放煤步距在回采工作面的掘进方向，两次放顶煤之间的距离称为“放煤步距”。在选择放煤步距时，需结合溜槽型号和放煤支架选择。若放煤步距太小，很可能形成大量的混合矸石，冒落矸石将占住放煤口，顶煤无法放出；若放煤步距太大，则放煤口上方的上层煤容易塌陷，塌陷的上层煤容易流入采空区，造成脊煤损失严重，回收率低。不同的放煤步距下顶煤的放落情况如图3所示。可以根据以下公式计算放煤步距：L=0.1 8h，(1)式(1)中，L为放煤步距，m；h为顶板到放煤口的垂直距离，m。若放煤步距选择得合理，不但能提高放顶煤回收率，减少资源浪费，而且能降低含矸率，保证煤质。3.5改善煤体特征提高冒放性在开采煤炭时，需要把顶煤打碎再放出，但有时会遇到煤层过硬无法完全打碎的情况，通过采用高压注水的方式对煤层进行水力致裂软化，水可以与煤层充分接触，使煤层硬度降低而破碎，在放煤时煤炭能很好地落入后溜槽，回收率大大提高。由于进行了高压注水，煤尘浓度大幅度降低，施工环境得以改善。4结语煤炭的回收率是煤矿企业发展的重点关注对象，放顶煤工艺具有高效性、安全性等优势，可以满足不同环境及工作条件的开采要求，不仅可以为企业生产效益提供保障，还可以响应国家绿色生产、安全生产的相关政策。通过采取一系列措施可以有效地提高煤矿放顶煤工作面回收率，减少资源的浪费，使煤炭资源被充分利用。参考文献：1 牛刚强.提高综放工作面顶煤回收率工艺技术 J.煤炭科技，2021，42(3)：96-98.2 申磊.提高放顶煤工作面顶煤回收率工艺技