影响顶煤放出主要因素的工艺实践与分析

郝 震

（山西华阳集团新能股份有限公司一矿，山西 阳泉 045000）

引言

煤矿综采工作面生产效率、产出煤炭的质量以及产量等指标不仅与工作面所配置综采设备的自动化、智能化水平相关，而且与综采工作面所采用采煤方法和相关采煤参数相关。对于放顶采煤方式而言，虽然与传统采煤方式相比可将产量提高一倍，将工作面生产的安全性提高一倍；但是放顶采煤工艺参数未与工作面地质、煤层等条件结合设计无法发挥该种采煤方式的优越性[1]。因此，本文将结合实际生产实例对影响放顶采煤的主要参数进行分析。具体阐述如下：

1 工程概况及现状分析

本节对所研究矿井工作面的地质、煤层等条件进行简单概述，并对该矿井工作面当前所采用放顶采煤方法所遇到的问题进行分析，为后续开展系列研究奠定基础。

1.1 工程概况

苇湖梁煤矿在设计初期的生产能力为30 万t/a，经过多年的改造和相关智能化、自动化设备的引入，该煤矿的生产能力目前已经达到120 万t/a。该煤矿共包含可开采的煤层为5 层，本文以其中7#煤层的开采为例开展研究。7#煤层的厚度范围为0.1 m～2.3 m，煤层平均厚度为1 m，煤层工作面的地质条件构造简单，煤层中间夹杂着部分矸石，矸石的平均厚度为0.33 m，矸石的最大厚度为1.2 m。7#煤层所属工作面的顶底板地质条件如表1 所示。

表1 7#煤层所属工作面的地质条件

该煤矿的采煤技术经历了传统的仓储式采煤法、中深孔爆破采煤法、滑移顶梁放顶煤开采方式和如今的综合机械化放顶采煤方式。

1.2 现状分析

目前，该煤矿采用综合机械化放顶采煤方式主要面临着如下问题，主要表现在工作面回采率、产量以及所采出煤炭质量等方面。

1）回采率问题：在多年的生产以来，相关技术人员先后通过改进爆破炸药、放煤步距和放煤工艺等方式拟解决回采率低的问题，但是，经过上述改进后放顶采煤工艺下对应的回采率仅为70%。目前，工作面所采用的放煤步距的确定原则为两刀一放，放煤工艺为顺序、多轮、依次、隔架放煤[2]。

2）产量问题：该煤矿采用综合机械化放顶采煤方式对应的每天的产量仅为1 400 t，在当前煤矿的现代化生产中处于相对落后的状态。

3）该煤矿虽然对炸药进行改进，但是，所得原煤中含矸的比例较高，且原煤的灰分高达30%，无法满足市场需求的要求。

因此，本文将通过对放煤工艺参数进行优化重点解决当前面临的回采率低、产量低以及煤炭质量低的问题[3]。

2 不同因素对顶煤放出的影响

本节将对水平分段高度、放煤方式、放煤步距对顶煤放出的影响进行研究，具体阐述如下。

2.1 水平分段高度对顶煤放出的影响

对不同水平分段高度和不同放煤方式、相同放煤步距的放煤工艺参数下，综采工作面推进3 m 后对应回采率和原煤的灰分进行对比，对比结果如表2所示。

表2 不同水平分段高度和放煤方式对顶煤放出的影响

如表2 所示，在相同放煤方式下，随着水平分段高度的增加，对应煤炭的灰分增加，产量增加，回采率率降低；在相同水平分段高度下，多轮间隔的放煤方式对应煤炭产品的灰分降低，产量明显增大，回采率也明显增加。因此，在实际生产中需综合评估煤炭产量和回采率两项因素最终确定水平分段高度的参数值。

2.2 放煤方式对顶煤放出的影响

对相同放煤步距、水平分段高度的参数下，对不同放煤方式下（单轮顺序放煤、多轮顺序放煤、多轮间隔放煤以及多轮间隔控制放煤方式）综采工作面推进3 m 时，所得煤炭的含矸率、灰分、产量、回采率等参数进行对比，对比结果如表3 所示。

表3 不同放煤方式对应顶煤放出的影响

如表3 所示，就煤炭含矸率、灰分而言，单轮顺序放煤方式的含矸率最高；多轮顺序和多轮间隔放煤方式的含矸率相近；多轮间隔控制放煤方式的含矸率最低。就煤炭产量和回采率而言，单轮顺序放煤方式的产量最低；多轮顺序和多轮间隔放煤方式的产量相近；多轮间隔控制放煤方式的产量最高[4]。

综上所述，在实际生产中应采取多轮间隔控制方式进行放煤。

2.3 放煤步距对顶煤放出的影响

对相同放煤方式、水平分段高度的参数下，对不同放煤步距条件下（一刀一放、二刀一放以及三刀一放）综采工作面推进3 m 时，所得煤炭的含矸率、灰分、产量、回采率等参数进行对比，对比结果如表4 所示。

如表4 所示，就含矸率而言，采用一刀一放的放煤步距条件对应的含矸率最高，三刀一放和二刀一放的含矸率均较低，且以三刀一放的含矸率最低，但是二者之间的差距不大；对于灰分而言，三种放煤步距条件的差异不明显，其中二刀一放和三刀一放的灰分相近均低于一刀一放；对于产量和回采率而言，二刀一放的最高，之后依次为一刀一放和三刀一放的放煤步距条件[5]。

表4 不同放煤步距条件对应顶煤放出的影响

综上所述，该工程应采取二刀一放的放煤步距条件进行生产。

3 结语

综合机械化放顶采煤方式为当前综采工作面常见的开采方式，为解决煤矿采用放顶采煤方式在回采率、煤炭质量和产量等方面存在的问题，本文针对性对不同放煤步距条件、水平分段高度以及放煤方式对顶煤放出的影响进行研究，并总结如下：

1）经对不同参数对顶煤放出的影响进行评估，得出本工程应采用二刀一放的放煤步距条件、多轮间隔控制的放煤方式对放煤工艺参数进行改进。

2）结合对比结果，将所优化后的工艺参数应用实例研究中，回采率最高可达到80.5%，产量最高可达到2 318 t，有效解决了产量和回采率低的问题。