特厚煤层综放开采关键技术分析

特厚煤层综放开采关键技术分析
王永富
【摘要】对特厚煤层综放开采关键技术的三个方面(放煤步距设置、放煤方式选择和放煤机构优化)分别进行针对性分析,并对其应用效果进行了介绍.
【期刊名称】《江西煤炭科技》
【年(卷),期】2017(000)002
【总页数】3页(P108-110)
【关键词】特厚煤层;放煤步距设置;放煤方式选择;放煤机构优化
【作者】王永富
【作者单位】山西焦煤汾西矿业两渡煤业,山西晋中031302
【正文语种】中文
【中图分类】TD823.4+.9
我国丰富的煤炭资源中，厚及特厚煤层占据矿井可采总储量的40%以上，选取科学、高质的生产工艺进行特厚煤层的开采，是确保煤炭产业长久可持续发展的必要保障。

而大采高综放开采工艺在增加机采高度的基础上能够更好的确保采放的相对平衡，扩大通风断面，提升顶煤破碎效果，从而确保采出率的进一步提升。

因此，针对特厚煤层综放开采关键技术进行分析有着积极的现实意义。

汾西矿业两渡煤业主采煤层为3#煤，煤层埋深350～460 m，煤层厚度均值14.6 m，倾角均值4°，普氏系数2.4～9.8，内部含有3～6层夹矸，为典型的特厚煤层。

煤层上部直接顶为灰色泥岩及泥浆岩，厚2.5～4.9 m；基本顶为厚11～21 m的
粉砂岩和砂质泥岩。

煤层直接底为褐色泥岩，性脆、易碎，厚1.5～2.1 m；基本
底为粉砂岩，厚6.8～9.2 m。

8103综放作业面为特厚煤层试验工作面，倾向长度210 m，瓦斯相对涌出量1.94 m3/t，为低瓦斯矿井。

2.1 放煤步距设置
放煤步距设置的合理与否直接关系着放顶工艺煤炭采出率。

若放煤步距过大，顶煤会流入采空区，引起丢煤；放煤步距太小，会使得矸石混入放煤口，导致煤质下降。

放煤步距的确定原则为：使放出的顶煤能够得到充分的破碎，并尽可能减小矸石混入率。

因此合理放煤步距的选择必须同采煤工艺相匹配，并与采煤机截深正比关系。

特厚煤层的大采高综放作业面，因为采高的增大，使得顶煤破碎冒落的空间进一步提升，矿压破煤效果更加显著，顶煤破裂块度更小，使得其流动性获得提升。

现借助数值模拟软件，分别针对“一采一放”、“两采一放”和“三采一放”三种不同放煤步距的放煤效果进行比对分析，由图1分析可知，随着放煤步距的增加，顶
煤放出前后煤矸分界线形态均存在变化，顶煤始动点逐渐前移，放煤起始与终止边界均逐渐增加，这表明随着放煤步距的增加，煤炭放出量呈现增加趋势。

但其增加的效果并不同放煤步距的增大成正比。

图2 中为不同放煤步距情况残煤形态对比示意图，由图片对比可知，采用“一采
一放”（放煤步距800 mm）的方法所得顶煤采出率最优。

2.2 放煤方式选择
放煤方式指顶煤放出的顺序、各放煤口放煤数量及单次放煤量、同步平行开启的放煤口数量等。

通常依照不同标准可将放煤方式划分为多种形式，诸如顺序放煤和间隔放煤、单轮放煤和多轮放煤等，但在实际操作中由于放煤量控制难度较大，较为常用的放煤方式包括单轮顺序放煤、多轮顺序放煤、单轮间隔放煤、多轮间隔放煤四种。

具体的选择上则需要依据实际煤层赋存条件加以确定，针对汾西矿业两渡煤业煤层赋存与放顶煤支架均保持原始条件，选用FLAC3D数值模拟软件进行模拟
分析，模型中顶煤散体厚度为9.5～12.2 m，割煤高度分别取4 m、4.5 m和5 m，针对单轮顺序放煤、单轮间隔放煤、多轮间隔放煤三种形式进行比较。

其数值模拟运算结果显示，单轮间隔放煤方式顶煤放出率最差，多轮间隔放煤方式的顶煤放出率最佳。

所以，为确保综放作业面顶煤的充分放出，应选用多轮间隔的放煤方式。

2.3 放煤机构的科学设计
综放作业面液压支架放煤机构设计的合理、科学与否也对于顶煤放出率有着至关重要的影响。

通过对比分析传统放煤机构，其普遍存在以下几点问题：
（1）放顶煤支架多为前双连杆，后单连杆结构，后连杆位于底座中部，会对支架操作人员操作视野造成遮挡，增大操作难度，影响放煤效果。

（2）前后通道不畅。

由于后连杆布设于底座中部，行人无法自支架中间穿过，只能自机头或机尾处进出作业面，对设备维修和行人安全有着一定不利影响。

（3）放煤机构尾梁插板在运移时极易出现卡别现象，插板收缩难度大，且运行稳定性差，时常发生由于别卡导致刮板运输机断链现象。

针对以上存在的问题，对液压支架结构进行优化改良，改为四连杆结构同时增设中间通道和放煤观察口，并设计了相应的强扰动式放煤机构。

改良后支架结构见图3。

强扰动式放煤机构是指在尾梁上增设直径180 mm的千斤顶2个，单个作用力可
达1000 kN，从而可以控制尾梁进行上下摆动，通过向上摆动挤压破碎大煤块，
向下摆动松动放出煤流。

放煤作业时，尾梁的持续摆动便可以增加顶煤放出效果，提升放出率。

2.4 应用效果分析
通过针对性的优化改进，8103综放作业面工效均值达到310 t/工，煤炭采出率达89%，超出上一回采面6.1%，实现了煤炭采出效率和生产作业安全性的双重提升，完成了预定改良目标。

大采高综放开采工艺作为特厚煤层开采中一种极为有效的开采工艺，将其更加合理
的应用于特厚煤层的井下回采作业中，能够有效实现在增加煤炭采出率的同时进一步优化回采作业面环境，提升作业安全性。

【相关文献】
〔1〕严红，张吉雄，王思贵，等.特厚煤层巷道顶板离层关键影响因素模拟研究[J].采矿与安全工程学报，2014（5）：681-686.
〔2〕冯宇峰.含夹矸特厚煤层综放开采关键技术研究[D].中国矿业大学，2014.
〔3〕屠世浩，袁永，屠洪盛.大倾角厚煤层综放开采关键技术研究与实践[A].综采放顶煤技术理论与实践的创新发展-综放开采30周年科技论文集[C].2012（8）.
〔4〕马沛林.特厚煤层大采高综放开采关键技术探析[J].机械管理开发，2016（10）：148-150. 〔5〕张子飞，杨俊哲，代贵生，等.7 m大采高综采工作面开采关键技术研究[J].煤炭工程，2015（3）：1-4.
〔6〕刘天富.大采高综采技术关键问题与对策探讨[J].煤炭与化工，2015（6）：75-77.
〔7〕张旭和.不连沟矿巨厚煤层综放开采覆岩运移规律研究[D].河南理工大学，2011.。