浅析提高综采放顶煤工作面采出率的措施

马延滨

（榆林神华能源有限责任公司工程部，陕西 榆林 719000）

浅析提高综采放顶煤工作面采出率的措施

马延滨

（榆林神华能源有限责任公司工程部，陕西 榆林 719000）

分析了造成综合机械化放顶煤存在回采率低的主要原因，针对这些原因结合工作面布置、推进距离并结合支架选型及工艺参数的优化，提出改善放顶煤回采率低的相应措施，对于提高综放工作面采出率具有一定的意义。

综采放顶煤;回采率;煤炭损失

目前，我国综采放顶煤开采现状在世界居于前列，从引入该项技术至今已近30年不但解决了不稳定厚煤层和急倾斜特厚煤层的机械化开采难题，而且实现了缓倾斜较稳定特厚煤层的高产高效开采，但放顶煤工作面的采出率能否达到国家要求，一直是困扰该技术进一步应用的难题。

据2003年统计，我国综放工作面平均采出率为81%～83%，低于国家对厚煤层回采工作面采出率必须达到93%以上的要求，综采放顶煤开采的工作面顶煤损失一般由4部分组成：初采损失、末采损失、上下端头损失和落煤损失。作者根据顶煤损失类型，分析提高原煤回收率的措施。

1 初末采损失

根据综放工作面开采特点，工作面开始回采时，支架顶部有5m左右的顶煤不能放出；工作面回采结束时，有10 m左右不能放煤[1]。初末采损失造成的回采率损失可按下式计算：

式中：η1为初末采损失率；a1为初采不放煤距离，m；a2为末采不放煤距离，m；H为煤层总厚度，m；h为采煤机采出部分厚度，m；L为工作面推进长度，m。综采工作面采放比为：

式中：λ为综放工作面采放比。代入式（1）得：

根据煤矿生产经验，当a1=5 m、a2=10 m、λ=2.5时，工作面推进长度与初末采损失率间关系见图1。

图1 初末采损失与工作面推进长度关系

从我国较为常见的工作面推进长度2 000 m左右考虑，初末采大概造成的损失占0.2%左右。

2 巷道及端头不放顶煤损失

大多数综放工作面都没有解决端头架、排头架的放煤问题。考虑到端头设备布置集中，放煤会给端头顶板管理带来困难，综放工作面回采过程中，不仅两回采巷道不放顶煤，而且上下两端一般会留2架不放煤，因此造成的煤量损失较大，可按下式计算：

式中:b为两巷的平均宽度,m；n为端头不放顶煤支架个数，个；L为工作面长度，m。

工作面回采巷道宽度一般为3 m～5 m，这里按平均4m考虑，综采放顶煤支架宽度一般为1.5m。

由公式（4）可以看出，加大工作面长度即可提高工作面回采率，或者在有效保证正常回采条件下，增加机采高度。目前，综放工作面长度存在着从80m到300 m的实践，借鉴公式（4）假设煤厚为5 m的条件，不放顶煤的端头支架按4架考虑，机采2.5 m，80m长工作面此部分损失比率为8.75%，而如果工作面长度增加至300 m，采高增至3 m，则此部分损失比率降低至1.9%，因此可以看出增加工作面长度及机采高度对于解决端头及巷道顶煤回采率问题是有利的。

3 放煤损失

3.1 煤的冒放性

顶煤在采动支承压力的作用下要经过变形、压裂、松动和冒落四个过程，其主要影响因素有煤层盖山厚度、煤体强度、顶煤厚度、夹矸层厚度和裂隙发育程度等[2]。

盖山厚度和煤体强度是影响煤冒放性的两关键性因素。实践表明，顶煤冒放性随着采深加大而提高，对于采深小于100m的煤层，顶煤几乎无压裂，冒放性差；煤体强度越大，压裂效果越差，冒放性也随之变差。此外，裂隙发育程度也对冒放性有重要影响。强度较高的煤层不易压裂，弱面的存在可以相对降低煤层强度，支承压力可以将已有裂隙面贯通，促使顶煤及时冒落。

3.2 放顶煤支架

支架对顶煤采出率的影响主要表现为：窗口位置造成的顶煤丢失和支撑力小造成的顶煤损失。

放顶煤支架按窗口位置可分为高、中、低位三种，其中高、中位放煤窗口处在支架的顶梁或掩护梁上，窗口互不连续，所以窗口间必然存在脊背煤损失。脊背煤经落矸压实后，形状接近顶边不确定的梯形，损失率可近似按下式计算：

式中：a为脊背煤上边长，m；b为放煤口间距，m；l为放煤步距，m；d为脊背煤厚度，m；γ为煤的容重，t/m3。

脊背煤损失一般占整个工作面顶煤损失的5%～8%。目前综放应用中，在条件可以的情况下尽量采用轻型支架，这种支架不存在脊背煤损失。

支架初撑力对顶煤采出率的影响主要表现在如下两个方面。其一，当顶煤硬度较小时，起到高强度支护作用，保证采场正常作业，从而间接地提高了工作面顶煤的采出率。现场实测表明，当顶煤采出率超过70%时，若支护强度不足，顶煤会提前断裂而出现严重的架前冒顶漏矸，迫使工作面中断放煤，影响顶煤的采出率，见图2。第二，当顶煤硬度f＞3时，支架初撑力对顶煤起挤压破碎作用。顶煤从机道到放煤口一般要经过3次～7次反复挤压，期间顶煤受到的挤压应力及顶煤振幅都与支架的支撑强度有关。实践表明，顶煤的采出率与支架的初撑力正相关。采用有足够初撑力和工作阻力的放顶煤支架，可提高顶煤采出率2.0%～3.5%。

图2 f=1时采出率与顶煤断裂关系

3.3 工艺参数

对控顶距、采放比、放煤步距等参数进行优化可以提高顶煤回采率。

控顶距直接影响着顶煤松散范围的宽度。对于软煤和压裂效果好的煤层，要减小控顶距，预防支架前漏顶；对于压裂效果差的硬煤层，要将控顶距调整到最大,使顶煤在反复支撑过程中松动和破碎，从而提高采出率。

硬煤的采放比要小，即多采少放，有利于顶煤充分压裂和松动；软煤区采放比要大，少采多放，充分利用放顶煤开采成本低的优势。

放煤步距是影响放煤效果的重要参数，必须同时考虑顶煤采出率和含矸率。放煤步距太大会在采空区侧留下三角煤，导致大量煤炭丢失。放煤步距太小，则靠近采空区方向的矸石先于顶部的煤到达放煤口。若按见矸关门的原则，这部分煤将被关在放煤口以外而丢失；若不关放煤口，则大量矸石会涌入工作面。因此放煤步距应结合煤质硬度及顶煤厚度综合考虑。

开滦某矿生产实践表明，一采一放的回采率81.68%，采出原煤含矸率3.06%；两采一放的回采率为85.24%，采出原煤含矸率为2.58%。由此可见，优化放煤步距的效果明显。

4 结论

针对综放回采率低的特点，文中分析主要丢煤分析，分别从技术和设备的角度进行探讨，得出如下结论：

初末采损失可以通过适当延长工作面推进距离来降低相对比；巷道及端头支架上方不放顶煤可以采取增加机采高度及工作面长度来解决；在条件允许的情况下，尽可能提高支架的初撑力和工作阻力，取的良好的破煤效果，并且尽可能采用轻型放顶煤支架，这样可以减少脊背煤损失；

在控顶距、采放比以及放煤步距三个方面进行技术优化，根据不同的煤质及煤厚确定最佳工艺参数，从而得到理想的回采率。

[1]廉国华，李品辉，薛秀军.提高综采放顶煤工作面采出率措施浅析[J].科技纵横，2009，4：98.

[2]张有龙.提高顶煤采出率的探讨[J].煤，2001，10（4）：39-41.

Analysis on the Measures for Increasing the Recovery Ratio of Fullymechanized Top-coal Mining

MA Yan-bin
(Engi neeri ng Depart ment,Shenhua Energy Co.,Yul i n Shannxi719000，Chi na)

The paper analyzes the main reasons of low recovery ratio in the fully-mechanizedtop-coal mining. Then, the working face distribution, advance distance, support selection and techniqueparameters are optimized; corresponding measures are provided. All are important to increase the recoveryratio.

fully-mechanized top coal;recovery ratio;coal loss

TD823.4+98

A

1672-5050（2010）12-0076-03

编辑：徐树文

2010-09-10

马延滨（1980—），男，黑龙江依兰人，本科，助理工程师，从事工程造价工作。