特厚坚硬煤层综放工作面顶煤回收率提高综合措施

坚硬厚煤层综放工作面顶煤回收率提高综合措施

殷培东

彬县水帘洞煤炭有限责任公司，陕西彬县 713500

摘要：坚硬厚煤层条件下放项煤开采，顶煤在矿山压力作用下破碎不够充分，这给放煤工艺带来困难。本文主要从优化放煤工艺、合理选择顶煤弱化方式、加强回收率管理等措施综述提高放煤回收率方法。

关键词：坚硬煤层，放顶煤，回收率

综采放顶煤是在厚煤层中沿煤层布置一个长壁工作面，用常规方法进行回采，利用矿山压力的作用或辅以人工松动方法，使支架上方的顶煤破碎成散体后由支架后方（或上方）放出，并经由刮板输送机运出工作面。综采放顶煤开采安全、高效，在我国厚煤层开采中得到广泛应用并取得了巨大成功。顶煤能否顺利冒落并有效放出，是决定放顶煤开采能否成功的关键，也直接影响工作面的煤炭回收率。水帘洞煤炭有限责任公司（以下简称水煤公司）主采4#煤层f 为3.5～4.0，属坚硬煤层，顶煤在矿山压力作用下破碎不够充分，顶煤放出困难，选用超前预裂方式弱化顶煤。另外，合理确定放煤步距，选择合适的放煤方式，加强回收率管理等措施对提高放煤回收率也有着非常重要的作用，ZF3802工作面是水煤公司开采的第四个综放工作面，从以上几个方面入手，实现了对厚煤层的高产高效高采出率的安全开采。

1 煤层特征和工作面概况

煤层为侏罗系延安组下含煤段的4煤层。4煤为全区可采、赋存稳定的厚煤层，煤层厚度5.45～10.45m，平均厚度7.5m；煤层结构简单～较复杂，煤层上部含夹矸1层，岩性为泥岩，夹矸厚0.05m。煤层普氏系数3.0-3.9，属坚硬煤层，难以自行充分破碎，煤体破碎块度大，给放煤带来困难。

ZF3802工作面采用单一走向长壁综合机械化放顶煤采煤方法开采，工作面长度160m，走向长度2120m，采用单向截煤方式，循环进度为800mm，机采高度为3.5m，放煤厚度为3m，平均采放比1.17:1，工作面选用ZF11000/20/38型低位放顶煤液压支架，放煤方式“一刀一放”为一个循环，采用多轮顺序放煤，机头机尾各3架过渡支架不放煤。

2 顶煤弱化

2.1 弱化方式

采用深孔控制预裂爆破技术预裂顶煤。从切眼向外50米开始爆破，到撤切眼以西100米为预裂爆破段，爆破孔设计间距为3m，两顺槽设计为单层孔，两顺槽爆破孔错开布置。爆破孔设计长度为80米，爆破孔每孔装药100节，每节0.6米，共计长度为60米，封孔长度为20米。

2.2 爆破材料：

2.2.1 炸药品种的选择

选用“三级煤矿许用型乳化炸药”。

2.2.2装药工艺的研究及装药结构设计

由于乳化炸药形态多为膏状，黏度系数一般在3×105厘泊以上。因此，采用以往的压风散装药是行不通的，根据矿用乳化炸药的特点，研制了可连接式塑料被筒。被筒采用塑料作为材料，加入阻燃抗静电剂，被筒前后端有螺纹，两节之间可连接。通过设计金属模具，生产了多种规格的抗静电可连接式被筒，包括直径60mm、直径45 mm，长度0.7～1m的多种规格的被筒，采用较大直径较大被筒，装药量大，爆破力强，而直径较小的被筒装药量较小，可减小对顶板的破坏，根据煤层及钻孔直径及所需装药量等情况，选择不同规格的被筒。

在炸药厂直接将炸药灌装到塑料被筒里，将封盖拧紧，装药时将封盖拧开，用其自身的螺扣一节一节连接在一起，边向孔内装送，边连接，直至装完为止。试验证明，这种方法装药速度快，结构完整合理，有利于安全传爆；可以根据孔径改变被筒的的直径，将不耦合系数控制在合理的范围内，有利于提高爆破效果。因此装药方法采用可连接式塑料被筒。见图1。

图1 可连接被筒示意图

为了提高深孔传爆安全性，克服深孔爆破中存在的管道效应等不可预知的因素引起的拒爆、爆燃现象，采用孔内敷设导爆索、双炮头正向起爆的装药结构，如图2。

图2 装药结构示意图

2.2.3封孔工艺及装备

由于深孔爆破封孔长度15m ，采用常规的炮棍推送黄泥封孔不仅封孔速度慢，封孔强度难以达到要求，因而影响爆破质量和爆破安全。为克服上述缺点，采用压风封孔器进行喷泥封孔，封孔材料采用黄泥。压风装药器有两道风路可以控制，又有出料阀门控制出料，在封孔过程中，可以根据风压情况随时打开底风阀门、关闭出料阀门，以提高罐内压力。待罐内压力提高后继续喷泥封孔，用压风装药器进行压风喷泥封孔，不仅提高了封孔质量，而且提高了工艺效率。压风封孔器见图3、图4。

图3 压风封孔器示意图

图4 压风封孔器及阻燃抗静电封孔用胶管

2.2.4护壁套管的研究 受应力影响，钻孔初段10m 以内易发生变形，造成装药困难，为解决该问题，为此设计了护壁套管（被筒滑道），以缩短装药时间和装药质量。套管采用可连接白钢管，每节长1.5m ，套管直径75mm 或60mm ，分别对应60mm 和45mm 的被筒。见图5。

图5 孔口段护壁套管

2.2.5装药方法和放炮方法

由于炮孔内有煤渣，同时又受地应力的影响，在炮孔钻杆刚拨出时，立即用空被筒探成孔深度，按探孔后实际能够装药深度，将专用被筒炸药按其自身螺纹一管一管对接地装入炮孔中，在最后两节被筒炸药中各装入一发煤矿许用电雷管，作为起爆药包，雷管为瞬发电雷管或同段位毫秒延期电雷管，联线方式为孔内并联，孔间串联的方式。其雷管脚线剪掉只留10cm长，其余脚线用于母线（又称胶质导线）与管壁的固定。其接头用绝缘胶布裹紧，防止断路和短路。尤其注意母线附于管壁侧面，并用上述雷管脚线固定，以防管与孔壁的摩擦使雷管脚线与母线脱落，导致雷管断路和短路。

2 确定合理放煤步距

放煤步距是影响工作面回采率和含矸率的重要因素，选择放煤步距时，首先应保证放煤窗口上都能充满松散的冒落顶煤，脊背煤损失大；如果步距太小，采空区矸石先于顶部矸石到达放煤口，矸石易混入放煤口，影响煤质，并误认为煤已放完而停止放煤，造成丢煤，只有合理确定放煤步距才能取得煤炭回采率高、含矸率低的效果。

放煤步距主要取决于放煤口的长度，合理的放煤步距应与放煤口水平投影长度基本一致。按下式计算，即：

L≈L f cosα°

式中：

L——放煤步距，m；

L f——支架放煤口长度，m；

α——支架排斥梁与水平面夹角。

本工作面选用的低位放顶煤支架，其尾梁长度为1220mm

L≈1220×cos43.7°≈841mm

该工作面选用MG500/1200-WD采煤机的截深为800mm，根据放煤步距与采煤机截深成整数倍的关系，确定工作面的放煤步距0.8m，放煤采用一刀一放，循环进尺0.8m。

3 选择合理放煤方式

根据该工作面的煤层实际赋存情况，多轮顺序放煤能够达到回采率高、灰分低的开采要求，它能够使顶煤均匀下沉，避免因邻架矸石下降过多而引起的过早混矸，使顶部煤矸分界线均匀下降，而且多轮放煤也给顶煤一个再破碎的时间，增加顶煤放出前的破碎程度，使顶煤易于放出，减小脊背高度，尤其适合我矿ZF3802工作面所采的4#煤煤层厚的特点。同时参照ZF3801和ZF3807工作面的开采经验，确定采用多轮顺序放煤的放煤方式。

5 回收率管理

工作面回采率的高低是评价放顶煤开采成功与否的重要指标，为此我矿主要从以下几方面加强回采率管理工作：

a 工作面回采时，区队每天探顶底煤并如实记录，并交调度室、技术科，对工作面的回采率情况实行班班监督管理。

b 每周组织技术科、调度室人员到工作面验收一次，监测顶底煤探查情况，同时对放煤口的放煤状况进行动态检查，防止不放或少放顶煤。

c 工区对班组则实行底煤计分，顶煤计资的管理办法，工作面底煤平均厚度不超过0.3米,移架后采空区侧见矸量不低于1/3，防止班组撇底煤或不放顶煤。

d 严格控制机组割煤高度，确保控制在支架设计最大高度。

f 工作面严格按设计停采线进行停采。

采用深孔爆破预裂技术，逐步优化放煤工艺，ZF3802综放工作面回收率已达到80%以上。

参考文献

[1]商铁林. 综放工作面顶煤采出率研究

[D]. 西安: 西安科技大学

, 2009. [2]张立其, 李志军. 坚硬厚煤层综采放

顶煤工艺巷预裂爆破开采技术[J]. 中

国煤炭, 2011, 37(10): 50-52.

[3]李斌. 坚硬顶煤预裂弱化爆破在大佛

寺矿井的应用[J]. 陕西煤炭, 2008,

27(5): 63-64.

[4]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州:中国矿