采礦工程本科畢業(yè)設(shè)計(jì)對綜采放頂煤工作面回采率的討論

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1、對綜采放頂煤工作面回采率的討論 摘要：綜采放頂煤工作面回采率一直是制約我國綜放開采進(jìn)一步發(fā)展的問題之一。本文論述了我國綜放開采回采率現(xiàn)狀，研究了綜放開采頂煤損失構(gòu)成和形成機(jī)理，系統(tǒng)地分析了綜放回采工作面的煤炭損失，并在此基礎(chǔ)上，從采煤工藝、設(shè)備等方面提出了提高綜放回采工作面回收率的有效技術(shù)途徑及管理方法，以及回采率的計(jì)算。 關(guān)鍵字：放頂煤 回采率 損失量 措施 一、 引言 我國于1982年引進(jìn)綜采放頂煤工藝技術(shù)以來，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過20年來的不斷探索、研究和試驗(yàn)，我國綜放開采技術(shù)得到了長足的進(jìn)步，每年綜放開采的煤炭產(chǎn)量已占全國重點(diǎn)國有煤礦年產(chǎn)量的1/5~1/4。無疑

2、，綜放開采為我國厚煤層尤其是特厚煤層的開采開創(chuàng)了一條新路子，成為我國開采厚煤層最有效、經(jīng)濟(jì)效益最好的手段，使我國厚煤層開采技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)居于世界領(lǐng)先水平。 現(xiàn)在我國已經(jīng)充分掌握這種針對厚煤層的采煤方法。綜采放頂煤技術(shù)在我國得到了迅速發(fā)展，但是綜放技術(shù)中的瓦斯、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技術(shù)發(fā)展的重要因素。然而統(tǒng)計(jì)資料表明，仍有一些礦井綜放回采工作面的回采率較低，有的還不到50%，造成了一定數(shù)量的煤炭資源損失。采煤方法的改革是技術(shù)進(jìn)步的表現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)集中生產(chǎn)、高產(chǎn)高效的根本保證。但回采率問題是綜放開采工藝必須研究解決的最為重要的問題之一，研究分析綜放開采的煤炭損失的構(gòu)成，

3、計(jì)算回采率以及尋求提高回采率的途徑。 二、放頂煤工作面回采率的計(jì)算 采區(qū)和工作面回采率，是綜采放頂煤的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，也是評價(jià)綜合機(jī)械化放頂煤開采成功與否的重要尺度。在綜采放頂煤工作面，其實(shí)際的開采高度一般難以通過實(shí)測確定。由于計(jì)算參數(shù)難以準(zhǔn)確測量，采出煤量的準(zhǔn)確性也就是很差。因此，在無法測出實(shí)際采高和采出煤量時(shí)，采用改正后的統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量來代替計(jì)算產(chǎn)量是比較切合實(shí)際的計(jì)算方法。 1． 綜采放頂煤工作面回采率的計(jì)算 （1）工作面可采儲(chǔ)量（Qs，t）： 式中 a——工作面走向?qū)崪y長度（不包括切眼），m； b——工作面實(shí)測長度（不包括上、下巷道寬度），m； M——工作面實(shí)測平均厚

4、度，m； γ——煤的容重，t/m3。 （2）工作面采出煤量的計(jì)算 放頂煤綜采工作面的實(shí)際采出煤量，在不能測算實(shí)際采出煤量時(shí)，可以采用統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量代替，但需要進(jìn)行水分、灰分和矸石量改正。 實(shí)際采出煤量（Q1，t）： 式中 Q2——統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量，t； y1——煤樣水分，%； y2——原煤全水分，%； y3——原煤灰分，%； y4——煤樣灰分，%； y5——矸石灰分，%； y6——原煤含矸率，%。 （3）工作面煤量總損失量（Q3，t）： （4）工作面回采率的計(jì)算 工作面回采率（ Sf）： 工作面煤炭損失率（

5、Sf`）： 2．放頂煤綜采采區(qū)煤炭回采率計(jì)算 采區(qū)回采率（Sp，%）： 式中 Q1`——改正后的采區(qū)產(chǎn)量，t； Qs`——采區(qū)可采儲(chǔ)量，t。 采區(qū)煤炭損失率（Sp`，%）： 采區(qū)采出煤量（QT）為采區(qū)內(nèi)各工作面實(shí)測產(chǎn)量與采區(qū)巷道掘進(jìn)煤量的總和，其計(jì)算方法如下： 式中 ∑Q2i——巷道掘進(jìn)出煤量，t； ∑Q1i——采區(qū)工作面改正煤量總和，t。 巷道掘進(jìn)煤量可用下式計(jì)算： 式中 Ai——煤巷斷面積，m2； Li——各煤巷長度，m。 放頂煤綜采采區(qū)的煤炭損失主要有：工作面內(nèi)各類煤炭損失，如工作面初采、末采損失量，工作面端頭、端尾損失量，支架放煤口脊背損失量

6、以及其他各種工藝過程中的煤炭損失量等。還有工作面以外的各類煤柱損失，其他不可預(yù)見的損失。 在實(shí)際統(tǒng)計(jì)煤量時(shí)，往往出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量與計(jì)算產(chǎn)量間有嚴(yán)重差別，即采出煤量出現(xiàn)漲噸現(xiàn)象，漲噸量抵消回采中的各類損失，造成工作面回采率偏高。因此，對統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量一般應(yīng)除以1.1倍的漲噸系數(shù)。 三、綜放開采工藝煤炭損失分析量及其特點(diǎn) 綜放開采時(shí)煤炭回收率偏低主要是由兩方面的因素引起的： （1） 放頂煤開采設(shè)計(jì)決定的損失 （2） 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。 任何井工開采方法都不可能將井下煤炭資源百分之百地采出來，總是有一部分損失。采煤方法不同，其損失量的構(gòu)

7、成也不同。綜采放頂煤是一種特殊的采煤工藝，它的損失量的構(gòu)成與傳統(tǒng)的開采方法不同，有以下幾種： 1.初采頂煤損失量 初采損失為頂煤初次垮落以前頂煤無法回收以及直接頂垮落前頂煤只能回收一部分所造成的損失。初采損失由兩部分組成：一是頂煤在工作面離開切眼后不能及時(shí)垮落而丟失的部分；二是頂煤開始垮落后、直接頂垮落前有一部分頂煤落在采空區(qū)里無法回收而丟失的 部分。 在頂煤初次垮落以前，高度為h1的頂煤全部丟失。當(dāng)頂煤初次垮落步距為s1時(shí)，其損失量按下式計(jì)算： 式中 N1——頂煤初次垮落前的損失量，t； s1——頂煤初次垮落步距，m； l——工作面長度，m；

8、h1——頂煤厚度，m； γ——煤體的容重，t/m3。 在頂煤全部垮落而直接頂尚未垮落的情況下，當(dāng)支架移動(dòng)一個(gè)放煤步距s后，高為h1的頂煤，垮落后其橫截面積可以表示為h1*s。由于直接頂尚未垮落，頂煤垮落后按安息角呈自然堆積，此時(shí)冒落的頂煤尚未形成放落漏斗，只能放出堆積體積線以上的落煤，其下部分全部丟失。其損失量按下式計(jì)算： 式中 N2——頂煤初次垮落后至直接頂垮落前的頂煤損失量，t； s2——直接頂初次垮落步距，m； b——支架掩護(hù)梁長度，m； α——散煤自然安息角。 則工作面的初采損失為： ； 圖1 頂煤初采損失計(jì)算圖 為

9、了給支架安裝創(chuàng)造條件，防止開切眼頂煤冒落，掘進(jìn)時(shí)就鋪設(shè)頂網(wǎng)，其長度等于開切眼的長度，寬度6-7m。這一部分煤由于金屬網(wǎng)的阻擋，不能從天窗放出而丟棄。其損失量占采區(qū)總損失，最大為4.66%，最小為2.48%，平均為4%；占采區(qū)回采率的1%左右。 2.末采頂煤損失量 末采損失量與頂煤的物理特性無關(guān)，只與頂煤的厚度和工作面長度有關(guān)： 式中 s3——工作面停采前不放煤的推進(jìn)距離，m。 工作面到達(dá)停采線以前，為了保證支架拆除時(shí)的頂煤完整性，距停采線12m時(shí)，開始鋪頂網(wǎng)，不放頂煤，直到停采線止，這一部分煤也不能采出。其損失量占采區(qū)總損失的4.01%，占采區(qū)回采率的1%以上。 3．工作面兩端頂

10、煤損失量 綜放工作面兩端一般各有2架過渡支架不放煤，所造成的頂煤損失量可按下式計(jì)算： 式中 s0——工作面走向推進(jìn)長度，； β——頂煤放落角； n1——工作面端頭不放煤支架數(shù)。 為維護(hù)工作面上下端頭和運(yùn)輸設(shè)備的安全，工作面兩端各有兩架不放頂煤。按每端2.5m計(jì)，共有5m不放頂煤，其損失量平均占采區(qū)總損失的7%左右，占采區(qū)回采率的2%左右。 圖2 端頭損失計(jì)算圖 4．工作面上、下順槽頂煤損失量 為了保持巷道頂板的完整性，掘進(jìn)順槽時(shí)，在支架與頂板之間鋪有一層金屬網(wǎng)，為強(qiáng)化工作面端頭支架創(chuàng)造條件。因此，兩巷頂煤全部損失。 5．脊背損失量 在相鄰兩支架的天窗

11、之間，有一個(gè)類似三角狀的煤帶，煤帶大小與支架結(jié)構(gòu)有關(guān)，這部分煤不易從天窗中放出，被遺棄在采空區(qū)中。因放煤工藝，該項(xiàng)損失是不可避免的，其損失量約占采區(qū)總損失的1%左右，占采區(qū)回采率的0.5%。 6．工作面放煤工藝損失量 放煤工藝造成的頂煤損失構(gòu)成比較復(fù)雜，主要有脊背損失、矸石混入過多而失去采出意義造成的損失、大塊煤矸卡口造成的損失等。其影響因素有煤層硬度、采放比、頂煤節(jié)理裂隙發(fā)育程度、煤層上覆巖層結(jié)構(gòu)、工作面仰俯斜角度、選用架型、循環(huán)放煤步距、放煤方式、后部輸送機(jī)高度、放煤工的熟練程度和責(zé)任心等。這一煤量尚無辦法計(jì)算，但在某一個(gè)工作面的實(shí)際回采率確定后，工作面總損失量中減去上述幾種損失為工藝

12、損失。 經(jīng)實(shí)際觀測，頂煤在放出過程中，頂板巖石和煤層接觸面并不總是截然分開的，而是發(fā)生了混合，形成了一個(gè)煤、巖混合段。這個(gè)混合段的厚度現(xiàn)還無法測定，且與頂煤的可冒性、直接頂?shù)暮穸纫约胺琶翰僮鞣椒ㄓ嘘P(guān)。這項(xiàng)損失量是放頂煤的重要損失量，對回采率的影響極大。其損失量平均占采區(qū)總損失量的35%左右，占采區(qū)回采率的11%。因此，如何降低工作面放頂煤工藝損失量是提高放頂煤回采率的關(guān)鍵。 四、提高綜放回采工作面回采率的途徑 1．選擇可放性好的煤層 煤層具有可放性,是實(shí)現(xiàn)綜放開采的先擇條件。一些回收率較低的綜放面都是頂煤冒落滯后或塊度大,即煤層可放性較差。在上綜放以前,應(yīng)對綜放開采的可行性進(jìn)行論證,按

13、煤層可放性分級方法,確定可放性,對可放性較差的煤層,應(yīng)采取輔助落煤措施,如厚煤層可在頂層采一層煤體提前高壓注水軟化切眼頂板爆破,即人工切頂?shù)取? 2．適當(dāng)加大工作面的幾何尺寸 根據(jù)各煤層的地質(zhì)條件、設(shè)備配備、人員素質(zhì)等情況，適當(dāng)加大工作面的尺寸，可以相對減少初、末采及端頭損失率，是提高工作面回采率的有效途徑。一般以工作面長200m，走向長1500m。也可以適當(dāng)擴(kuò)大。 （1）加長工作面長度 在沒有端頭過渡支架的綜放面,上下端頭不放煤的架數(shù)是固定的,加長工作面長度可以減少丟煤比例。 （2）加長工作面走向 工作面走向加長可減少工作面的搬家次數(shù),從增加回采率考慮,可以減小初采和臨采丟煤的比例

14、。大幅度增加工作面連續(xù)推進(jìn)長度綜采工作面搬家一次費(fèi)時(shí)費(fèi)工,因此,在傾斜長壁巷道布置時(shí),應(yīng)積極采用跨越式的往復(fù)式回采,從而大幅度增加工作面連續(xù)推進(jìn)的長度,減少搬家次數(shù)。 3．合理選擇放煤工藝 沿工作面長度方向上任意處都能夠進(jìn)行放煤，因此存在著放煤順序和放煤口同時(shí)開啟的數(shù)目問題。一般常用的方式有：單輪、多口、順序、不等量放煤方法，多輪、分段、順序、等量放煤方法和多輪、間隔、順序、等量放煤方法等幾種。這幾種方法基本上都能使煤巖接觸面保持沉降均勻。最佳的放煤工藝應(yīng)是回采率高、含矸率低，而改進(jìn)放煤工藝使之更合理，可以提高回采率、降低含矸率。 （1）多輪順序均勻放煤 放煤順序按1號、2號、3號、…

15、…支架順序進(jìn)行放煤，每次放出頂煤量的1/2~1/3；第一輪放完后，再從1號支架開始放第二輪，然后放第三輪并把頂煤全部放完。一般情況下，放采比較小時(shí)，即小于3時(shí)，采用雙輪放完煤即可；當(dāng)放采比較大時(shí)，即大于3時(shí)，采用三輪放完的較多。這種放煤順序能使煤巖分界面均勻下降，可得到回采率高和含矸少的效果。這種程序要求操作水平高，放煤速度較慢。從目前情況看，主要應(yīng)用于大采高的急傾斜水平分層放頂煤工作面，而緩傾斜厚煤層放頂煤工作面很少采用，主要原因是放煤速度太慢。 （2）單輪間隔順序均勻放煤 放煤順序是按1號、3號、5號……支架順序進(jìn)行放煤，放完后再以2號、4號、6號……支架順序放煤，見矸關(guān)門。為了加強(qiáng)放

16、煤速度，也可以兩個(gè)放煤工相隔一定距離同時(shí)放煤，一人放單號支架，另一個(gè)人遲后放雙號支架。這種放煤工藝適用于放采比不大的工作面。由于放煤速度快，回采率較高，矸石混入量也較少，所以實(shí)際采用的較多，如陽泉礦業(yè)集團(tuán)的幾個(gè)礦就是采用此放煤工藝。 （3）單輪順序放煤 此放煤工藝是放完第1號支架，再放2號支架，依次順序?qū)⒚總€(gè)放煤口的煤全部放完。這種工藝放煤速度快，但是有一不足，即不是混矸嚴(yán)重就是丟煤太多。解決的辦法是通過使用低位放頂煤支架來改善回采率和矸石的混入狀況，同時(shí)建立洗煤廠來提高煤質(zhì)。如潞安礦業(yè)集團(tuán)的五陽礦和王莊礦就是如此。 （4）單輪順序折返補(bǔ)放式放煤 先放第1號支架，見矸后關(guān)門，改放2號支

17、架，待見矸后折返回頭補(bǔ)放1號支架，將1號支架第一次未放凈的殘留余煤經(jīng)放2號支架活動(dòng)落下的煤補(bǔ)放干凈，然后跳過2號支架而放3號支架，見矸后關(guān)門再折返補(bǔ)放2號支架，將2號支架第一次未放凈的殘留余煤經(jīng)過補(bǔ)放1號和3號左右兩架松動(dòng)下的2號支架架頂余煤補(bǔ)放干凈，之后再放4號支架。這樣依序放4號、5號、6號、……，每向前放一架，即返回補(bǔ)放前一架，使每一架放煤后都進(jìn)行一次補(bǔ)放。如果想加快放煤速度，可兩人或三人分段同時(shí)放煤，這樣做時(shí)有一點(diǎn)需要注意，即輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，否則，由于放出煤量太多壓死輸送機(jī)。這種放煤方式集中了單輪放煤與多輪放煤、順序放煤與間隔放煤的優(yōu)點(diǎn)，從放煤速度、回采率和混矸率來看，效果較好。兗州

18、礦業(yè)集團(tuán)的幾個(gè)綜采放頂煤工作面就是采用這種放煤工藝。 在選擇放煤方式時(shí)應(yīng)根據(jù)具體條件而定，而主要的是應(yīng)根據(jù)煤層的厚度來確定：一般情況下，煤層較薄時(shí)，采用單輪放煤；煤層較厚時(shí)，采用多輪放煤；間隔放煤較順序放煤效果好。單輪放煤工藝簡單，易于操作；多輪放煤工藝復(fù)雜，操作技術(shù)要求較高。放煤工藝應(yīng)采取單輪間隔放煤的方法，這種方法工人既比較容易掌握，脊背損失相對又小。 實(shí)踐證明，綜采放頂煤是一種復(fù)雜的綜合采煤技術(shù)，不是有了放頂煤支架就可以獲得高回采率的高產(chǎn)高效，因?yàn)樵黾拥姆琶汗ば虻囊淮尾扇卟擅悍▽?dǎo)致的回收率、含矸率、煤塵、煤層自燃等問題，使采煤工藝及技術(shù)比一次采全高和分層開采在一定程度上是復(fù)雜化了。

19、總之，應(yīng)把綜采放頂煤當(dāng)做綜合采煤技術(shù)才是正確的。從礦壓觀點(diǎn)出發(fā)，必須解決綜采放頂煤工作面煤巖的可控性、可冒性和可放性，否則將不會(huì)獲得好效果。 4．合理選擇放煤步距 放煤步距是兩次放煤之間綜采工作面向前推進(jìn)的距離。合理地選擇放煤步距，對提高回采率、降低含矸率十分重要。它與頂煤厚度、破碎質(zhì)量、松散程度及放煤口的位置有關(guān)，還與頂煤冒落時(shí)的垮落角有關(guān)。最佳的放煤步距應(yīng)是頂煤垮落后能從放煤口全部放出的距離。若放煤步距太大，遺留在采空區(qū)的脊背煤炭損失就多，回采率低，但煤質(zhì)好含矸率少；若放煤步距太小，則回采率高，混矸嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在頂煤垮落角為60~90度時(shí)的條件下，達(dá)到合理回收率大于80%和含矸率小于

20、15%的最佳綜合效益時(shí)的放煤步距應(yīng)是1.2~1.8m，也就是采煤機(jī)每割2~3刀（截深為0.6m左右）放一次頂煤為宜。所以要根據(jù)煤層條件破碎松散程度、垮落角等有關(guān)因素，通過試驗(yàn)來最終確定合理的放煤步距。另外，在架型確定以后，放煤步距應(yīng)當(dāng)與支架放煤口的縱向尺寸相一致。對于綜采放頂煤工作面而言，放煤步距應(yīng)與移架步距（或采煤機(jī)截深）成倍數(shù)關(guān)系，即割一刀、兩刀或三刀煤放一次頂煤。也就是說，支架放煤口的縱向尺寸亦應(yīng)與采煤機(jī)循環(huán)進(jìn)刀量成倍數(shù)關(guān)系，否則，若放煤步距大于支架放煤口的縱向尺寸，則會(huì)有一部分冒落的頂煤留在支架放煤口的后方而丟到采空區(qū)；如果放煤步距小于支架放煤口的縱向尺寸，則必然有一部分矸石處于放煤口

21、的上方，放煤時(shí)這部分矸石被一并放出，增加了含矸率。 所以放煤步距應(yīng)根據(jù)煤層厚度、放煤窗口的幾何尺寸及選煤、排矸能力確定。煤層較厚、窗口較大時(shí)，放煤步距就可適當(dāng)加大，否則應(yīng)適當(dāng)縮小。選煤系統(tǒng)若采用洗選加工，排矸能力較大，則適當(dāng)縮小放煤步距，可以提高回采率，又不至于影響煤質(zhì)。 從目前綜采放頂煤工作面的情況看，所用采煤機(jī)的截深一般是0.6m，由于一刀一放（放煤步距為0.6m）或三刀一放（放煤步距為1.8m）其放煤步距不是小就是大，因此大部分工作面采用兩刀一放（放煤步距為1.2m）。而從實(shí)際情況來看，放煤步距為1.2m并非對每一個(gè)工作面都是一個(gè)合理值。一般情況下，頂煤高度大時(shí)，放煤步距則偏大，反之

22、則偏小。潞安礦業(yè)集團(tuán)王莊礦的某綜放工作面所采用的采煤機(jī)將0.6m的截深改為0.8m的截深，該工作面采用一刀一放，單輪順序放煤，放煤步距為0.8m，滯后機(jī)組30m追機(jī)放煤，各項(xiàng)指標(biāo)均創(chuàng)好水平。一般情況下，在緩傾斜厚煤層中，放煤步距應(yīng)控制在1.2~1.8m之間。 5．合理選擇液壓支架放煤口的高度 綜采放頂煤開采的放煤口高度由選用的液壓支架決定，不同類型的液壓支架有著不同的放煤高度。放煤口位置低的，放煤量多，回采率高，如插板式低位放頂煤支架；掩護(hù)梁上開天窗的中位放頂煤支架，放煤口位置較高，相對降低了放煤漏斗的高度，使低于放煤口底部邊緣的煤無法進(jìn)入放煤口，從而影響回采率的提高；單輸送機(jī)高位放頂煤支

23、架，其放煤口設(shè)在掩護(hù)梁上，屬于開天窗式，放煤口位置最高，底部邊緣距底板高度1.5m左右，放煤體積減少了三分之一，遺留在采空區(qū)的浮煤太厚，增加了煤炭損失，易造成自然發(fā)火。 6．合理選擇放頂煤的高度 確定合理的放頂煤高度對于順利放落頂煤，提高煤炭的回收率和技術(shù)效益至關(guān)重要。理想狀態(tài)是頂煤充分松散后所增加的高度等于底層工作面采高。因此，放煤厚度與采高之比為3~6.5：1為宜。如采高為2. 5 m，則合理的頂煤厚度為7.5~16m，最佳頂煤厚度可取7.5~10m。我國實(shí)際采放比一般為1：2.6~6.5。在緩傾斜厚煤層中，除了褐煤礦床以外，目前開采的煤層厚度大都在10m以下，在進(jìn)行放頂煤開采時(shí)都是一

24、次采全高，如兗州礦區(qū)、潞安礦區(qū)及陽泉礦區(qū)等。因此，放頂煤高度即為煤層厚度與機(jī)采高度之差，無所謂合理的問題。但是在急傾斜特厚煤層水平分層放頂煤開采中或緩傾斜特厚（超過15m）煤層中，合理的分層高度的確定則是必須要解決的問題。從目前放頂煤的實(shí)踐來看，最大分層高度達(dá)30多米，當(dāng)然，放頂煤高度與煤層硬度、節(jié)理發(fā)育狀況、煤層結(jié)構(gòu)、夾矸的層數(shù)及硬度等有直接的關(guān)系。從特厚煤層水平分層綜采放頂煤開采的實(shí)踐來看，綜合效果較好的分層厚度以10m為宜，若分層厚度太大，回采率降低或混矸嚴(yán)重。若按采放比考慮，則采放比以1：4左右為宜。 7．?dāng)U大端頭放煤范圍 目前，為了保護(hù)安全出口的支架，一般都留有3~5架不放煤，煤

25、量損失比較嚴(yán)重。而且原能源部1990年制定的《煤礦綜采工作面安全技術(shù)規(guī)定》中，有“在工作面上下端頭留5架支架不放煤，以維護(hù)上下兩巷的安全出口”的明確規(guī)定，這樣，其損失將更為嚴(yán)重。就現(xiàn)在的條件，端頭各留一架不放煤即可。盡管如此，研制有效的端頭支架，完善支架配套，實(shí)施端頭全部放煤，仍是亟待解決的問題。 8．搞好工作面的頂板管理 由于管理不善，工作面出現(xiàn)冒頂而迫使局部中止放煤的情況，在放頂煤工作面時(shí)有發(fā)生，對回采率影響甚大。因此，加強(qiáng)頂板管理，對于放頂煤工作面來說，意義更為重大。 9．遇構(gòu)造盡量不終止或少終止放煤 遇構(gòu)造而終止放煤，旨在頂板管理。實(shí)踐證明，這種方式不但造成煤量損失，而且不利于

26、管理頂板。所以，遇類似情況盡量不終止或少終止放煤。 10．實(shí)行綜放無煤柱開采 實(shí)行綜放無煤柱開采是解決綜放開采回采率低的途徑之一。現(xiàn)應(yīng)進(jìn)行綜放無煤柱開采沿空送巷的試驗(yàn),重點(diǎn)研究解決沿空送巷的巷道掘進(jìn)和維護(hù)技術(shù),防漏風(fēng)和防老空區(qū)發(fā)火技術(shù)。 總之，工作面回采率的高低，并不完全決定于放頂煤開采方法本身，而是由其設(shè)備配套、操作程序、工作面布置、管理及放煤工藝等諸多人為因素所決定。事實(shí)證明，就目前的條件，在緩傾斜厚煤層中，放頂煤綜采工作面回采率一般都能達(dá)到80%以上。只要不斷完善其技術(shù)，積極采取各種有效措施，回采率還可得到進(jìn)一步提高。 五、提高綜放回采工作面回采率的幾項(xiàng)措施 1．減少初末采損失

27、 在放頂煤開采中，初采損失不可避免，雖然損失量不大，但也應(yīng)盡量減少之。減少初采損失比較有效的方法就是采用切頂巷技術(shù)和深孔爆破技術(shù)。 （1）切頂巷技術(shù) 切頂巷技術(shù)是采用減少初采期間頂煤的垮落步距來提高初采回收率的。其基本原理是：改變初采時(shí)頂煤的受力狀態(tài)，使其受力狀態(tài)由兩端嵌入梁改變?yōu)橐欢饲度肓硪欢撕喼Ъ?。其中，采取措施后的煤體最大拉應(yīng)力為一般情況下的1.7倍，相應(yīng)地使頂煤破壞的垮度僅為一般情況下的77%。其方法是：在綜采工作面開采前，在切眼外上側(cè)沿煤層頂板施工一條與切眼平行的輔助巷道（取各切頂巷），將頂煤沿頂板切斷，工作面安裝完畢后將巷道內(nèi)支護(hù)材料全部回收，為提高效果，巷道回撤時(shí)在切頂巷靠

28、近工作面一側(cè)的煤幫和底板上打眼放炮，將頂煤全部切斷，形成自由面。這種方法在兗州礦業(yè)集團(tuán)鮑店礦已被采用。實(shí)踐證明，這一技術(shù)措施取得了較好的效果，據(jù)該礦觀測，當(dāng)工作面推進(jìn)3.4m時(shí)，頂煤開始冒落，推進(jìn)7.8 m時(shí)，直接頂垮落，比相鄰工作面的垮落步距減少5.2m，使該工作面回收率提高0.31%；又如鶴崗礦業(yè)集團(tuán)南山礦利用切頂巷技術(shù)解決了特厚煤層放頂煤工作面初次來壓步距增加、壓力集中、頂煤冒落不充分、丟煤嚴(yán)重、工作面回采率低的問題。南山礦放頂煤工作面走向長度為780m，傾斜長度為60m，煤層厚度為13m，傾角為25度，煤的硬度系數(shù)f=0.8~1.5，頂板為3.5m水平層理灰色細(xì)粉砂巖，再加上0.6m的

29、煤頁巖互層，以及灰色細(xì)砂巖，頂板為淺灰色細(xì)砂巖。切頂巷的布置為：在中部一號面沿工作面運(yùn)輸巷外側(cè)開門，按30度坡度掘送切頂巷并與上架子道貫通，考慮到切眼外側(cè)的保護(hù)煤柱留設(shè)及放頂煤后煤層垮落情況，切頂巷比切眼內(nèi)錯(cuò)3m。在切頂巷內(nèi)布置挑頂眼，將老頂切開，布置時(shí)采用楔形對挑方式，沿工作面傾斜方向布置兩排眼，排距為1.2m，傾斜眼距為1.5m，傾角為75度。由下往上逐段裝藥放炮，將老頂切斷，待老頂全部切開后，開始放頂回采。據(jù)觀測，采用此措施后，工作面推過切頂巷后，頂煤全部垮落，而沒有采用切頂巷時(shí)，采出24m后頂煤才全部冒落；采用后，初次來壓步距僅為18m，且來壓不十分明顯，而原來要推進(jìn)70m老頂才初次來

30、壓，且來壓顯現(xiàn)十分明顯。 （a） （b） 圖3 綜放工作面初垮時(shí)的受力狀態(tài)示意圖 （2）提高頂煤冒放性的深孔預(yù)裂爆破技術(shù) 經(jīng)綜放面采空區(qū)殘煤分布形態(tài)的研究結(jié)果表明，綜放面采空區(qū)殘煤的賦存高度與頂煤冒落塊度有如圖4殘煤高度與殘煤粒度的關(guān)系。因此，減少綜放面采空區(qū)殘煤損失，提高工作面回采率，必須改善頂煤的破壞破碎條件，提高頂煤的冒放性，減少頂煤的冒落粒度。深孔預(yù)裂爆破是提高頂煤冒放性、減小頂煤冒落塊度的有效方法之一。 圖4 殘煤高度與殘煤粒度 兗州礦業(yè)集團(tuán)鮑店礦采用如圖5所示爆破方法，使工作面回采率由81.7%提高到86.1%，提高了4.4個(gè)百分點(diǎn)。 2．煤層預(yù)注水，軟化煤體，

31、縮小頂煤塊度，提高回采率 煤層注水對軟化煤體，降低煤層硬度，縮小頂煤垮度的塊度，提高回采率有較為明顯的作用，同時(shí)，又能減少生產(chǎn)過程中的煤塵濃度。因此，在放頂煤工作面，煤層硬度較大時(shí)，應(yīng)實(shí)行煤層預(yù)注水措施： 非采動(dòng)區(qū)靜壓注水或采動(dòng)影響區(qū)內(nèi)注水。 在煤巖層的生成過程中，由于各種地質(zhì)力學(xué)和地球化學(xué)的作用，在煤巖體內(nèi)部產(chǎn)生節(jié)理裂隙等許多弱面。煤巖體注水技術(shù)是通過鉆孔向煤巖體預(yù)注高壓水，壓力水進(jìn)入煤體后沿弱面流動(dòng)，起到壓裂和沖刷作用，以及水對裂隙尖端的楔入作用（水楔作用），使煤巖體擴(kuò)大了原有裂隙，產(chǎn)生了新的裂隙，破壞了煤巖體的整體性，降低了強(qiáng)度，從而改變煤巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，提高綜放工作面頂煤的冒

32、放性。 圖5 深孔預(yù)裂爆破試驗(yàn)鉆孔布置示意 銅川下石節(jié)煤礦某綜放面采用孔間距為20m、注水量為50m2/孔、壓力為16MPa、大流量往復(fù)式注水方式，使工作面單架放煤時(shí)間由原來3.4min下降到2.6min，減少0.8min/架，提高了放煤流暢性，工作面回采率由原來的76.8%提高到79.5%，提高了2.7個(gè)百分點(diǎn)。 3．優(yōu)化放煤工藝 表1是汾西礦業(yè)集團(tuán)柳灣礦24001綜放工作面進(jìn)行的不同放煤步距和放煤方式條件下，工作面回采率和含矸率變化情況的試驗(yàn)結(jié)果，放煤步距較小或較大均造成頂煤損失，工作面回采率降低，目前，潞安、兗州、陽泉、徐州等礦區(qū)在充分試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，采用0.8m放

33、煤步距、一刀一放的放煤方式、不但簡化了工作面生產(chǎn)工序，且使工作面回采率進(jìn)一步提高。 表1 24001綜放面不同放煤方法指標(biāo)對比 時(shí)間 7.1~7.10 7.11~7.20 7.21~7.31 8.1~8.5 8.6~8.7 8.8~8.31 放每步距(m) 1.2 1.2 1.2 0.6 1.8 1.2 放煤方式 單輪順序 單輪順序 雙輪順序 單輪順序 單輪順序 單輪順序 推進(jìn)距離(m) 15.5 21.5 20 8.4 3.6 38 原煤產(chǎn)量(t) 25485 34703 33232 14050 6017 64961

34、 含矸率(%) 4.8 4.56 4.81 7.04 4.04 4.02 回采率(%) 88.62 82.55 83.24 80.12 78.26 86.14 4．工作面幾何尺寸優(yōu)化 由于初、末采損失和端頭損失與工作面幾何尺寸密切相關(guān)，通過加大工作面的走向長度和傾斜長度，可以降低損失率。如兗州礦業(yè)集團(tuán)選用了性能良好的設(shè)備，工作面走向長度由600~1000m普遍加大到1600~2000m，工作面長度由160~200m加大到200~300m，初、末采損失和端頭損失的總和由5%左右降低到3%。 5．加強(qiáng)煤炭生產(chǎn)的計(jì)量工作，強(qiáng)化放煤工藝的管理 在煤炭生產(chǎn)計(jì)量方面，兗州

35、礦業(yè)集團(tuán)鮑店煤礦的做法是：采出量的統(tǒng)計(jì)由調(diào)度室在礦井主膠帶機(jī)頭安設(shè)的核子稱給出；工作面運(yùn)輸巷的膠帶輸送機(jī)安裝的核子稱只作為區(qū)隊(duì)內(nèi)部各班回收率計(jì)算的依據(jù)，礦上只作記錄，不作依據(jù)。所有統(tǒng)計(jì)數(shù)字每天都輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。核子稱的精度由職能科室的有關(guān)人員定期進(jìn)行標(biāo)定，不得隨便調(diào)整。礦煤質(zhì)科按規(guī)定對工作面煤層和采出煤取樣分析，向地測科報(bào)送數(shù)據(jù)。地測科對工作面的煤層厚度用15㎝*15㎝的網(wǎng)孔進(jìn)行鉆探控制，根據(jù)鉆探取得的數(shù)據(jù)，計(jì)算出動(dòng)用儲(chǔ)量，最后根據(jù)采出統(tǒng)計(jì)量、煤質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)和動(dòng)用儲(chǔ)量，計(jì)算出回采率。5天計(jì)算一次，分別送礦有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)職能科室及區(qū)隊(duì)。礦對區(qū)隊(duì)實(shí)行噸煤工資承包與回收率掛鉤，一月一兌現(xiàn)，區(qū)隊(duì)對班

36、組的分配同樣與回收率相結(jié)合。 在放煤工藝的管理方面，潞安礦業(yè)集團(tuán)王莊煤礦的做法是：明確規(guī)定，頂煤放不完，達(dá)不到回收要求則不準(zhǔn)開機(jī)。在生產(chǎn)管理上，認(rèn)真推行噸煤結(jié)算制管理方法，充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)杠桿的作用，礦對區(qū)隊(duì)在實(shí)行崗位工資噸煤計(jì)提的基礎(chǔ)上，還采取了產(chǎn)量臺階加價(jià)、效益臺階加價(jià)、回收率臺階加價(jià)、增人不增資、減人不減資等一系列管理方法。區(qū)隊(duì)對班組實(shí)行以底煤計(jì)分、頂煤計(jì)資的管理方法，頂煤回收越多，工資收入就越高。這樣既保證了回收率，又保證了穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。 六、結(jié)束語 通過對綜放工作面開采丟煤構(gòu)成分析認(rèn)為,綜放開采丟煤由初采丟煤、工作面丟煤和臨近停采丟煤三大部分構(gòu)成。巷道丟煤的合理放煤也可增加回收率。

37、在實(shí)際生產(chǎn)過程中,可以選擇可放性好的煤層,合理確定放煤步距和放煤順序,合理確定采放厚度,增大割煤高度、加大工作面長度和工作面推進(jìn)長度,采用放煤端頭過渡支架,選取低位放煤支架等途徑,提高綜放開采回采率。為高產(chǎn)高效(雙高)建設(shè)兩巷采用大斷面,機(jī)頭、尾在兩巷、采機(jī)自開出口,連續(xù)化生產(chǎn)端頭放煤工藝。實(shí)行綜放無煤柱開采是解決綜放開采回采率問題的根本途徑。 參考文獻(xiàn) [1]徐永圻.采礦學(xué).中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003年. [2]李中偉 孫茂遠(yuǎn) 李紹亮 陳永謙等.放頂煤開采技術(shù)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).煤炭工業(yè)出版社，1996年. [3]趙宏珠.綜采高產(chǎn)高效途徑及其成套設(shè)備可靠性研究.煤炭工業(yè)出版社，1994年. [4]趙宏珠 石平五.厚煤層放頂煤開采設(shè)備與技術(shù).煤炭工業(yè)出版社，199年. 24