邱晓念
(晋能控股煤业集团塔山煤矿有限公司,山西 大同 037000)
长期以来,我国一直以煤炭作为主要消费能源。随着国民经济的快速增长,煤炭需求量和开采强度逐渐加大,赋存较好的煤炭资源已经逐步开采殆尽,厚煤层煤炭资源的开采逐渐发展起来。据相关资料显示,在我国现有的赋存煤炭资源中,厚煤层以及特厚煤层占45%左右。因此,厚煤层以及特厚煤层开采技术得到了快速发展,目前常见的厚煤层开采方法主要有分层开采、放顶煤开采。其中,放顶煤开采具有成本低、效率高等优点,已经得到了广泛应用[1-3]。顶煤冒放性与放顶煤工艺设计密切相关,顶煤冒放性是指顶煤体在矿山压力的作用下,其冒落与放出的难易程度,主要影响因素包括:煤层开采深度、煤层强度、煤层厚度、煤层夹矸、煤层顶板、煤体节理裂隙发育程度等[4-5]。
顶煤冒放性采用隶属度评价方法,隶属度评价因素包括开采深度与煤层强度比值(H/RC)、直接顶岩性、基本顶级别、采放比、煤层节理裂隙、夹矸层厚度及强度,按不同因素隶属度对应的权重进行求和,计算得到顶煤冒放性隶属度,根据计算得到的隶属度判断顶煤冒放性[6]。顶煤冒放性隶属度μ采用下式进行计算。
μ=ΣAi·μi
式中:Ai表示不同因素隶属度对应的权重,见表1;μi表示不同因素对应的隶属度值,参考文献[6]。
表1 不同因素隶属度对应的权重
根据公式计算得到的顶煤冒放性隶属度μ,对比表2 中顶煤冒放性分类,对顶煤冒放性进行评价。
表2 顶煤冒放性分类
采用隶属度评价方法对塔山煤矿一盘区8117 工作面、二盘区8209 工作面、8234 工作面以及三盘区8303 工作面进行顶煤冒放性评价,各影响因素对应的隶属度取值及顶煤冒放性隶属度计算结果见表3。
表3 各影响因素对应的隶属度取值及计算结果
根据计算结果,一盘区8117 工作面、二盘区8209 工作面顶煤赋存条件好,顶煤冒放性好;三盘区8303 工作面顶煤中包含较厚矸石,且煤层厚度较小,顶煤冒放性一般;二盘区8234 工作面顶煤厚度较大,顶煤硬度较大,顶煤冒放性一般。
根据不同工作面的顶煤冒放性评价结果选择放煤工艺,结合塔山矿各盘区综放工作面顶煤冒放性分析报告、放煤过程中煤岩体流动的特征,以及塔山矿生产积累的放煤经验,推荐采用不同的放煤工艺,见表4。
表4 放煤工艺分类推荐表
塔山煤矿采用一面一策的放煤工艺,根据放煤工艺分类推荐表,确定一盘区8117 工作面、二盘区8209 工作面、8234 工作面以及三盘区8303 工作面放煤工艺,具体如下:
(1)8117 面放煤工艺
① 工作面的平均煤层厚度12.83 m,采高3.8 m,平均放煤高度9.03 m,采放比1:2.37,循环进度为0.8 m,放煤步距0.8 m;
② 采用单轮三级间隔放煤工艺(Ⅰ1),一刀一放。如图1。
图1 单轮三级间隔放煤工艺示意图
(2)8209 面放煤工艺
① 工作面的平均煤层厚度12.8 m,采高3.8 m,平均放煤高度9.02 m,采放比1:2.38,循环进度为0.8 m,放煤步距0.8 m;
② 采用单轮三级间隔放煤工艺(Ⅰ1),一刀一放。
(3)8234 面放煤工艺
① 工作面的平均煤层厚度11.95 m,采高3.8 m,平均放煤高度8.15 m,采放比1:2.14,循环进度为0.8 m,放煤步距0.8 m;
② 采用多轮顺序放煤工艺(Ⅱ1),一刀一放。如图2。
图2 多轮顺序放煤工艺示意图
(4)8303 面放煤工艺
① 工作面的平均煤层厚度7.4 m,采高3.8 m,平均放煤高度3.91 m,采放比1:1.03,循环进度为0.8 m,放煤步距1.6 m;
② 采用单轮顺序放煤工艺(Ⅱ2),两刀一放。如图3。
图3 单轮顺序放煤工艺示意图
8234 工作面采用SL-500 型采煤机、PF6/1142型前部刮板运输机、PF6/1342 型后部刮板运输机、ZF15000/27.5/42D 型放顶煤支架,工作面的平均煤层厚度11.95 m,采高3.8 m,平均放煤高度8.15 m,采放比1:2.14,循环进度0.8 m,放煤步距0.8 m,工作面采用多轮顺序放煤工艺,工作面回采时统计了顶煤放出率以及支架来压情况。图4 给出了顶煤放出率和工作面支架来压的数量关系图。由图可知,顶煤放出率和工作面来压情况呈现正相关。同时根据统计结果,工作面来压范围小于10%时,顶煤放出率在69%左右;当工作面来压范围在10%~50%之间时,顶煤放出率在74%左右;当工作面来压范围大于50%时,顶煤放出率在84%左右。
图4 顶煤放出率和工作面支架来压的数量关系图
采用隶属度评价方法对塔山煤矿工作面进行了顶煤冒放性评价,结果显示,一盘区8117 工作面、二盘区8209 工作面顶煤冒放性好,二盘区8234 工作面和三盘区8303 工作面顶煤冒放性一般。确定一盘区8117 工作面、二盘区8209 工作面采用单轮三级间隔放煤工艺,二盘区8234 工作面采用多轮顺序放煤工艺,三盘区8303 工作面采用单轮顺序放煤工艺。在8234 工作面回采时,进行了放煤效果现场实测,结果显示顶煤放出率和工作面来压情况呈现正相关,当工作面来压范围大于50%时,顶煤放出率在84%左右,精煤产出率增加5%左右(56%→63%),顶煤回收率增加4%(83%→88%)。