放顶煤采煤工艺的分析

＊何鹏宇

（山西煤炭进出口集团左云东古城煤业有限公司 山西 037100）

1.工程概况

本次开采的煤层厚度约为4.2～9.5m，整个煤层分布的倾角为4～12°，并且由亮煤与镜煤为主要组成，软硬度适中，同时煤层底部含有0.1m厚度的泥质夹矸层。煤层的老顶为厚度约3.9m的泥岩，质脆，直接顶板为厚度约5.1m的大灰青岩，质密且硬度大；直接底板为厚度约为4.6m的铝土质粉砂岩，质脆，老底为厚度约为8.2m的中心粒砂岩，含有一定的黄铁矿结核。在开采过程中，决定利用综采放顶煤采煤工艺。

2.综采放顶煤采煤工艺简析

（1）落煤方式。此次开采采用双滚筒采煤机，型号为MG200/468-WD，利用交流电进行牵引，同时配合插板与支架尾梁进行放煤。本次工作面开采机械设备配置情况如表1所示。

表1 工作面机械设备配置情况表

（2）进刀方式。本次采用斜切进刀方式，控制进刀深度在0.5m左右。

（3）装煤方式。利用采煤机滚筒螺旋叶片配合溜子铲煤板进行装煤，对于工作面浮煤进行人工局部清理。

（4）运煤方式。在开采工作面前后配备可弯曲刮板输送机，型号为SGZ630/264，在运输巷道安排一台转载机和两台胶带输送机，将煤炭运至主煤仓。

（5）支护方式。采用4架ZFG3400-16/26型支架支撑在工作面端头，在整个开采面安装59架支架支护顶板。

（6）回采顺序。割煤、移架、顶前溜、放顶煤、拉后溜、割煤、移架、顶前溜、放顶煤、拉后溜。

（7）放顶煤的具体方法。在放顶煤采煤工艺中，放顶煤环节是最为重要的一环。一般来说，在进行放顶煤工序时，首先需要结合放煤口位置、尺寸、架型以及煤炭的破碎程度、顶煤煤层厚度等具体参数，选择合适的步距与放煤方式。常见的放煤作业方式有两采一放或者三采一放，放煤顺序大多为沿着工作面一段依次放煤，但是如果顶煤煤层较厚，也可以采用隔组的方式，进行轮换放煤。值得一提的是，在放顶煤过程中，必须见矸关门，降低煤炭含矸量。首先需要利用采煤机对煤层底板进行割煤处理，顶部煤层会在矿山重力与支架的反方向的作用力下松动破碎，然后即可打开插板放出顶煤。随时要合理控制放煤之间的间距，将步距控制在0.5m左右。结合本次开采工作面的实际情况，以单轮连续放煤为放煤方式，具体操作为：对所有支架进行依次放煤，并保证放尽无残煤，同时遵循见矸关闭的原则。在放顶煤过程中一定会遇到很难放出的大煤块，此时可利用伸缩插板与上下尾梁的反复运动，迫使大煤块破碎。如果煤块直径过大，可在2个相邻支架尾梁的共同作用下，通过来回升降将其震碎，然后再利用插板将其破碎至合适大小，然后装入运输机。此时需要特别注意的是对于特大煤块一定不可直接进入运输机，这会造成运输机卡顿，从而损坏设备。

除此之外，放顶煤工艺在运用过程中，对于放煤工有着较强依赖，因此必须要保证放煤工具有强烈的责任心，能够科学控制每次的放煤量。结束每一个放煤口的工作后，需要经由相应负责人验收，确保无误后才能移动运输机，这可最大程度的提高煤炭开采量，降低对煤炭资源的浪费。

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（8）支护强度验算。在综采放顶煤采煤工艺应用过程中，必须要严格计算工作面顶板的支护强度，确保支护稳定。由采高计算公式P=khyg，其中P代表工作面所需要的支护强度，单位为MPa；k代表覆岩厚度与开采高度之间的比例，通常为4～8；h代表工作面的采高，最大为2.6m；y代表顶板岩层的密度，本次工程为2.5×103kg/m3，g为9.8N/kg。代入数据可知本次开采的最大支护强度为P=0.51MPa。在开采过程中所选用的ZFG3400-16/26型支架的最大支护强度为0.55MPa，其主要的技术参数如下表所示，可满足本次施工要求。

表2 ZFG3400-16/26型支架的技术参数表

3.放顶煤开采工艺在应用过程中的注意事金

(1)要明确计算通风量

对于煤矿开采过程中所需要的通风量要进行严格计算，此时需要结合瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量等进行分别计算，然后根据最大值合理设置通风系统。

按瓦斯涌出量计算通风量的公式为：Q采=100××=30m3/min，其中Q采代表工作面所需要的最大风量，单位为m3/min；代表瓦斯涌出的不均匀系数，本次开采面取1.5；代表回采巷中涌出的绝对瓦斯量，本次取值0.2m3/min；按二氧化碳涌出量计算通风量的公式为：Q采=67×40.2m3/min；然后按照风速公式计算数最大风量与最小风量：

通过上述公式我们可知，开采工作面所需要的通风量不得低于424m3/min，因此在施工过程中决定巷道内的实际通风量要至少大于430m3/min。

(2)明确瓦斯防治措施

在每一个通风区域都要配备相应的瓦斯监测人员，定时监测工作面、回风流以及隅角内的有害气体含量，并进行详细记录，在每一轮作业中至少检查两次，一旦发现瓦斯浓度超标，要立即停止作业进行人员的疏散处理。同时要为相关负责人与作业人员配备便携式瓦斯检测报警仪，对于电气设备严禁带电移动。

(3)综合进行防尘处理

要求采煤机必须安装相应的内外喷雾装置，在开采过程中同时进行喷雾作业，同时保证内喷雾水压高于2.0MPa，外喷雾水压高于4.0MPa。液压支架在移架或降柱过程中需要同时进行喷雾作业。在采煤工作面进风巷与回风巷，要结合巷道的实际长度至少设置两道用来净化的水幕，可在距离工作面50m距离处、60～180m处分别设置，实现对巷道的封闭全断面净化。

(4)防火处理

在煤矿井下作业中，要严格禁止一切外界火源，对于所使用的机械设备要明确相应责任人，确保能够做到不带电检修、在移动设备时做到断电处理，防止因产生电火花而导致爆炸。在变电站、油库等位置至少要安置2个灭火器和一个沙箱，并保证沙子无杂物、灭火器处于保质期。在电气设备附近严禁堆放可燃物体，同时要更换设备润滑油，防止设备摩擦生热。同时在放顶煤采煤工艺应用过程中，工作面的推进过程必须沿着低煤进行，并保证放煤彻底，确保采空区域无浮煤。

(5)放煤的注意事项

①在支架离开切眼后即可进行顶煤的放出作业，如果顶煤直径过大，可对其进行破碎处理；②拉架与放煤口之间的间距要大于15m；③在放煤过程中工作人员要严格控制范围速度，并保证放煤口的高度小于0.5m，使得煤块均匀放出；④严禁移架与放煤同时作业，整个工作面的放煤窗口要依次进行，不可同时开放两个以上的窗口；⑤在放煤过程中支架的喷雾装置也要同时作业，同步进行防尘处理；⑥要保证每组支架顶煤全部放尽，工作人员要严格注意顶煤流速，并遵循遇矸关门的原则。

4.结论

综上所述，在我国的煤炭企业中，放顶煤采煤工艺不仅具有较高的适应性，同时也可促使放顶煤采煤环节的生产过程更为集中、成本更为低廉、能源消耗进一步降低等优势，因此是我国现阶段的主要应用工艺。放顶煤采煤工艺在应用过程中，不仅可有效提高产出量，加速采煤进度，同时也可有效降低煤炭的含矸量，进一步提高煤炭质量，所以相关技术人员在实际操作过程中，必须要结合工程的实际情况对放顶煤采煤工艺不断进行深入研究，有效改善工艺弊端与漏洞，促使放顶煤采煤工艺的不断完善与创新，进而不断提高我国煤矿产业的经济利益，为社会发展提供源源不断的煤炭能源。