特厚煤层大采高综放开采顶煤放出率研究

朱子良，刘国庆，纪明男，薛俊龙

(1.安徽省福乐定工业有限责任公司，安徽 淮北 235025；2 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083)

采高综放开采，即割煤高度大于3.5m的综放开采[1]。大采高综放开采是随着我国综放开采技术的深入发展与大功率、大采高、高可靠性重型综采设备发展而发展起来的，结合了综放开采和大采高综采的优势，是一种针对特厚煤层新型的高产高效的采煤方法[2-5]。目前，大采高综放开采顶煤放出率的研究仍处于探索阶段，本文基于大采高综放工作面为工程背景，采用研制的顶煤运移跟踪仪器，进行了顶煤放出率的实测，得出了一些认识。

1 试验工作面概况

8105工作面东邻8104工作面，西邻8106工作面，南邻1070回风巷，以北为口泉铁路保护煤柱，上覆为侏罗系14、15#煤层同煤麻地湾煤矿采空区。工作面走向长度2722m，倾斜长度207m，为一进一回一抽三巷布置，2105皮带巷、5105回风巷沿3～5#煤层底板布置，8105顶板高抽巷沿3～5#煤层顶板布置。

工作面沿煤层倾向上山回采，煤层赋存稳定，厚度为9.42～19.44m，平均14.50m，煤体容重为14kN/m3，煤层倾角在3～5°，平均4°，普氏系数在2.7～3.7之间。煤层结构复杂，普遍含4～14层夹矸，夹矸岩性为褐灰色高岭岩等，单层厚度0.05～0.83m，总厚度0.56～3.89m，平均1.75m。

直接顶平均8.79m，主要由灰黑色炭质泥岩、高岭质泥岩、岩浆岩组组成。老顶成分以石英长石为主，厚度11.8～39.55m。直接底平均4.87m，灰褐色、浅灰色高岭质泥岩。割煤高度4.2m，采用一刀一放，即放煤步距0.8m，双轮顺序放煤。

2 顶煤运移跟踪仪及测站布置

2.1 顶煤运移跟踪仪原理

顶煤运移跟踪仪主要由信号接收仪(机站)、RF射频标签和射频标签编码器组成。其基本原理就是将RF射频标签埋入顶煤中的不同位置，随着顶煤放出而放出，将信号接收仪(机站)放置在运输顺槽的运输胶带上方，自动记录放出射频标签的数量和埋设在顶煤中的原始位置，到地面后进行数据处理，可以获得放出的射频标签的数量和在顶煤中的位置，以此进行顶煤放出煤量和位置计算。图1是顶煤运移跟踪仪的基本原理图。

图1 顶煤运移跟踪仪踪仪原理

2.2 测站的布置

通过多次现场调研论证，根据煤矿工作面煤质硬度及顶煤厚度，为了提高顶煤运移跟踪仪的安装效率及测试效果，最终确定在工作面煤壁顶端位置，煤壁完整无片帮的区域，架设钻孔临时平台，选取距煤壁1.0m处(架间)采用φ50钻头的注水钻垂直向上施工钻孔，共3个且在同一平面内，分别在且工作面支架29～30，59～60，90～91的间架，1号孔安装顶煤运移跟踪仪的垂距为0.8m， 2号孔和3号孔安装顶煤运移跟踪仪的垂距为0.5m。钻孔指标如表1所示。

表1 钻孔指标

各孔柱状图及孔内安装的顶煤运移跟踪仪放出顺序如图2所示。从图2中可以看出，1～3号钻孔探测到的工作面可放顶煤厚度分别为10.3m、8m、9.6m，平均厚度为9.3m。

图2 1号、2号、3号钻孔柱状图及Marker放出顺序

3 现场实测结果与分析

顶煤(顶板)中不同层位共在安设了48个射频标签，不同层位Marker放出情况统计如表2所示。从表2可以看出，8m以上的顶煤放出率远低于8m以下的顶煤放出率，8m以下的平均顶煤放出率为18/21=85.71％；8～14m顶煤平均放出率为10/27=37.03％，其中8～10m安装10个射频标签，共放出4个，回收率为40％，结合8105工作面柱状图及现场测试记录的数据可以看出在工作面煤层8～10处有0.3～0.5左右厚的夹矸，其中2号钻孔和3号钻孔夹矸上面放置的射频标签全部没有放出，10～12m安装的11个射频标签，共放出3个，回收率为27.3％，其中2号钻孔和3号钻孔放置的8个射频标签均没有放出，12～14m以上顶板中共安设了6个射频标签，共放出来3个，其中2号孔没有放置，3号孔放置的3个全部没有放出，放出率为3/6=50％。

表2 不同层位Marker放出情况统计

1号孔Marker安装数量为13，顶煤中安装的数量为12，其中有1个Marker未放出，放出率为92.30％；2号孔Marker安装数量为16，其中有9个Marker未放出，放出率为43.75％；3号钻孔Marker安装数量为19，其中有9个Marker未放出，放出率为61.5％；各钻孔中Marker放出率如表3所示。顶煤平均回收率为28/48=58.3％。

表3 各钻孔顶煤中Marker放出率

4 结论

1) 研制的顶煤运移跟踪仪器能够进行顶煤不同层位的放出率现场观测，实测出顶煤的平均放出率为58.3％。

2) 距顶板高度6m以下的基本都能放出，8m以下的顶煤放出率85.71％，远大于8～14m的顶煤放出率37.03％，即上分层顶煤的放出率低于下分层，中分层。

3) 接受到探头的先后顺序表明，顶煤冒落顺序与支架放煤顺序基本一致，顶煤的放出顺序一般为下、中、上部，但中部煤层存在反转进入煤流系统的现象。

4) 该生产条件下仍需要采取一些技术手段进行顶煤弱化及改进放煤工艺来提高8m以上顶煤放出率同时保证较少的混矸率。

[1]毛德兵,康立军.大采高综放开采及其应用可行性分析[J].煤矿开采,2003,8(3):11-14.

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[5]李艳.大采高综放与普通综放采出率统计分析[J].煤,2011,19(8):80-81.

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