提高综采放顶采出率技术措施及工业性实践

燕 军

（忻州市应急管理综合行政执法队，山西 忻州 034000）

煤炭开采率为考核开采工艺效果及成本的主要指标。我国传统的开采方式为分层开采，该种开采方式具有施工成本高、施工效率低以及开采周期长的特点。为解决上述问题，目前世界各国均在采用放顶煤开采工艺，实现一次采全高，降低整个巷道的工程量和维护成本，从根本上减少工作面设备的投资成本、降低煤炭资源的浪费等。经实践表明，我国综采放顶开采工艺普遍采出率仅为82%左右，远低于该开采工艺对应的采出率理论值91%[1]。因此，实现对放顶采煤工艺参数的优化，解决影响顶煤采出率的问题，提高综采放顶采出率迫在眉睫。

1 工程概况

本文所研究11910 工作面煤层的平均厚度为5.2 m，厚度范围为3.2 m～5.8 m；工作面煤层的平均倾角为7°，倾角范围为3°～11°。煤层以镜煤和亮煤为主。该工作面煤层的顶底板情况如表1 所示。

表1 工作面煤层的顶底板情况

目前，该工作面煤层采用走向长壁倾斜后退式综采放顶煤工艺，并采用一次全采高全部垮落法对其顶板进行控制。所配套的采煤机为电牵引双滚筒采煤机，型号为MG200/468-WD，端头采用斜切进刀方式。配套刮板输送机，型号为SGZ630/264，装载机型号为SZZ-730/132，带式输送机型号为SDJ-150；工作面配套的机头液压支架为2 台、机尾液压支架为2 架，普通液压支架59 台。

综采放顶煤工艺顺序如下：截割煤炭—推移液压支架—顶前溜—落放顶煤—拉后溜—截割煤炭—推移液压支架→顶前溜→落放顶煤→拉后溜[2]。放顶煤工艺对应的放顶煤步距为0.5 m，采放比为1∶1.17。

2 提高综采放顶采处理技术措施及效果评估

2.1 影响综采放顶煤采出率的因素分析

从整体上分析，影响综采放顶煤采出率的参数包括采放比、放煤步距、放煤方式以及回采率。

1）采放比参数对采出率的影响：从理论上讲，工作面顶煤的冒放特性与放顶煤采出率成正比。因此，合理确定工作面的采放比保证顶煤的冒放特性尤为重要。结合本文所研究煤层工作面的煤层硬度、平均厚度及倾角等参数，确定该工作面的最佳采高为2.4 m，对应的放顶煤开采工艺下的放煤高度为2.8 m。即，适用于11910 工作面的最佳采放比为1∶1.2。

2）放煤步距对采出率的影响：所谓放煤步距指的是相邻两次放煤操作的间隔工作面推进的距离。当放煤步距设计过大或者过小时会导致一定量的煤炭滞留于采空区，使得煤炭损失率最大，含矸率较高[3]。结合11910 工作面煤层的赋存状况、顶底板情况、地质构造条件、水文地质条件等，结合经验公式得出合理的放煤步距。放煤步距经验公式如式（1）所示。

式中：d 为放煤步距，m；h 为放煤高度，为2.8 m。并综合考虑放顶煤工艺对应煤层的截割深度为0.5 m 确定放煤步距。

3）放煤方式对采出率的影响：所谓放煤方式包括有放煤顺序和一次顶煤的放出量。放煤顺序包括多轮、间隔以及顺序的放煤方式；放煤量分为等量放煤和不等量放煤。

综合分析，保证综采放顶煤工艺中采放比、放煤步距以及放煤方式等参数的最优化设计是确保综采放顶采出率达标的关键。从整体上讲，可通过推行无煤柱开采技术、减少初采和末采损失、减少端头损失、选择合理的综合支架以及选择合理的工作面形式保证综采放顶采出率。

2.2 提高综采放顶采出率的技术措施

综合上述研究，结合11910 工作面的实际情况将通过对工作面顶煤冒放状态进行改善、采用合理的采放比、优化放煤工艺等措施提高综采放顶采出率。

2.2.1 改善工作面顶煤冒放状态的技术措施

顶煤的冒放状态直接影响综采放煤顶煤的顺利放出。在实际应用中，可通过对顶煤的垮落和冒放状态进行控制，从而在一定程度上减少工作面顶煤冒落不充分而导致的煤炭资源浪费[4]。目前，可采用改善工作面顶煤冒放状态的技术主要为采用弱化爆破技术。11901 工作面顶煤冒放状态改善时的爆破孔的分布如图1 所示。

图1 顶煤冒放状态改善爆破孔分布

值得注意的是，在实际操作中要保证液压支架末端的顶煤已经得到充分破碎，同时要求在液压支架前端的顶煤不发生冒落，避免冒顶事故的发生。

2.2.2 选择合理的采放比

针对11910 工作面在2.1 中已经分析，适用于该工作面的最佳采放比为1.0∶1.2。

2.2.3 放煤工艺参数的优化

放煤工艺参数的优化主要是对放煤步距、放煤顺序和放煤方式进行合理确定。结合11910 工作面，一般放煤步距为截割深度整数倍。11910 工作面的顶煤厚度大于3 m，经验表明，此类工作面应优先采用“两采一放”的设置，即放煤步距为采煤机截割深度，均为0.5 m。

放煤顺序的确定主要考虑综采工作面的倾角大小。在三类可选的放煤顺序中首选顺序放煤，并在其中自上而下和自下而上两种放煤方式进行综合确定。同时，对于自上向下的放煤方式而言会导致含矸率增加且造成煤炭资源浪费；而自下而上的放煤顺序对液压支架的要求较高。结合11910 工作面实际情况，综合确定高性能液压支架的基础上采用自下而上的放煤顺序以提升采出率，减少煤炭资源浪费[5]。

2.3 综采放顶采出率提升效果验证

实践表明，对11910 工作面采取上述综采放煤采出率提升措施后，工作面生产的主要效果总结如表2所示。

表2 11910 工作面生产效果改善情况

如表2 所示，11910 采取相应的提出综采放顶采出率的相关措施后，工作面生产情况得到明显改善，尤其是重点关注的采出率这一指标从82%提升至90%。

3 结语

综采放顶开采方式为当前主流应用的采煤方式，该种方式具有巷道布置简单、生产成本低、生产效率高等优势。为进一步提升综采放顶采出率，本文以11910 工作面为例先后采取对工作面顶煤的冒放状态进行改善，对采放比、放煤步距、放煤顺序等参数进行优化的方式提升综采放顶的采出率。实践表明，11910 采取相应的提升综采放顶采出率的相关措施后，工作面生产情况得到明显改善，尤其是重点关注的采出率这一指标从82%提升至90%。