提高综放面煤炭采出率的途径.pdf

煤矿现代化年第期总第期 提高综放面煤炭采出率的途径 中国煤炭工业环保安全培训中心 辽宁工程技术大学 孙洪章 王文 摘要 通过确定合理的综放面放煤工艺和工作面 一设 计参数 、 采前强制放项和利 用老 项周期垮落形成的搭桥式结构以及在采空区中报巷 等途径提高综 采放顶煤开术闷收率 。 关键词综放面项煤回收率放煤 步距采放比无煤柱护巷 综采放 顶煤开采在我国已进行了于三个年头的 实践 , 初步摸索出一条高产 、 高效 、 低耗 、安全和经 济 效益显著的新路 子 , 但目前放 顶煤开采还存在着工 作面回采率偏低 , 有自然发火危险 、 一 作面煤尘超标 严重 、 瓦斯局部超限等问题 。 就综放面煤炭回收率而 言 , 目前仅能达到乡 书一 , 和国家要求的还千 近十个百分点 。 造 成综放面煤炭回采率偏 低的囚系 主要有三力 一 面 一 是综放而放煤工艺造成的损 失 , 此 项损失约占丁作面损失的左右一是 设备不配 套 , 两端头各有架支架不放彩、煤造 成的损失 , 此项 损失约 占工作面损失的 艺 左右 三足工作面没 十 参数不合理 引起的损夫 , 此项损失 约 占工积面损 火 的左 右 , 为解决上述 问题 , 提高综 放面煤炭采 出率 , 可考虑以下途径 。 改进放煤工艺提高工作面顶煤回收率 放煤工艺的选 择与煤 层赋存状态 、矿 山 犷 、 直 接顶岩性 、 顶煤断裂状 态 及顶煤冒放性等因索有关 。 为降低放煤工艺损失 , 最簇本 的条件之 一 是直饭顶 是易冒的 , 而且顶煤冒放性要 好 , 就是说 冒落的顶煤 与垮落的直接顶能在放煤过程中形成统一的松动胃 落体 , 冒落的顶煤可以遵循松 散 介 质的运动规律 , 从 放煤 「 」放出 , 万能保证较高的煤炭问收率 和较低厂 勺 含侧 一 率 二 如果直接顶 不能随采随 冒 , 即使顶煤洲放仕 好 而直接顶不冒落形成悬顶状志 , 则冒落的顶煤在 放落过程中就小遵循松 散煤岩的 放落规律 , 此 时 松 散顶煤 一不是 以 伊一 “ 角向下流动 , 而是以 。左 石 的安 自 、角 向下流动 , 则大量 的松 散顶煤流入采空 区 为减少放煤工艺损失 , 必 须采取以下措施 。 确定合理 的放煤步距 根据矿压观测表明 , 在周 期来压或初 次来压 时 , 老顶断裂位置一般在作面前方一范围 内 , 厄顶煤则在工作面前方一时产生裂 隙变 形 。 在矿山压力及支架推移时反复支撑的双重作用 下 飞始产生位移 , 并成块度较大 的破碎状态 。顶煤经 过几个阶段 的变化到支架尾部 , 成块度较小 的松散 体 。 为了彬之利地将顶煤全部 放出 , 必须根据顶煤活动 规律及支架页梁长度确定合理的放煤步距 。 放煤步距的确定与顶煤塌落角 、 顶煤厚度和放 煤 「位置有关 , 高位升 一 天窗支架由于支架尾梁长度 短 , 窗 口离梁端距离小 , 允许顶煤的塌落空间小 , 顶 煤 的 喝落步距较大 , 一股为 一 左右 , 塌落 角在 了尸 犷之间 〔, 根据现场观测 高位开天窗支架 放顶煤步距 可确定为 , 即割两刀煤一放 。 低位 插板式支架允许顶煤塌落空间大 , 而顶煤的塌落角 。一 了左右 , 则开 后 窗 和插 板式支架放煤步距可 选择 。 加 , 即割 一 刀煤一放 。 放煤 步距过大过 小都不利于顶煤回收 , 只有顶 例环十石和采空区侧研石同时到达放煤口时 , 即放出 体侧甘与义架上部及采空区侧石于 石相 切时的放煤步 距才是最佳放煤步距 。 确定放煤步距时要考虑两方 面因索 一方面是考虑支架结构 、 放煤口位置和 顶煤 塌落角的影响 , 另一方 面要考虑采煤胡滚筒截深及 顶谋和 直接顶的胃落情况 。 当顶煤的 冒放性与放顶 煤步距大小无关 , 则确定放顶煤步距 时应满足 下列 条 件与所选择 的支架放煤口的纵问水平投影尺寸 相一致 与采煤机的滚筒截深成整数倍关系 , 即在选 择放顶煤支架架型时 , 放煤日的尺寸应与采煤机的 哀简截深统筹考虑 。 目前放煤日的纵 向实际尺寸 一 提高综放面煤炭采出率的途径 般在一左右 , 故 当选 用 的支架放煤口尺司 ’ 较大时 , 可选 择滚筒 截深为一的采煤机 , 放煤步距可为割两刀煤 一 放若选 用 的支架放煤口 尺寸较小时 , 可选用 滚筒截深为或的采 煤机 , 放煤步距为割一刀煤一放 。 确定合理的放煤方式 放煤方式有单轮顺序放煤 、 多轮顺序放煤 、 单轮 间隔放煤及单轮顺序折返补放等方式 。 工作面放煤 时 , 每个支架放煤 仁方都产生放煤椭球体 , 相邻两 放煤口间产生的放煤椭球 体相互重 叠 , 如不能很好 地掌握放煤方式 , 放 出的煤混歼将很严重 , 使回采率 降低 。 为达到较高的煤炭回收率 、 较低的含研率 , 对 顶煤厚度较 大或顶煤不 能 一 次性全垮 时 , 就要求采 用多轮顺序均匀放煤 。 一般放轮 , 这样可使支 架上部煤岩分界 面均匀 下落 , 防止 过早混研 。 而且 当 顶煤未能全垮时 , 采用 多轮放煤可使上位顶煤有充 分的垮落空间和时间 , 促使顶煤全部垮落 , 不至造成 上位顶煤丢失在采空区 。 当单 「放煤量不能满足产 量要求时 , 可采用多口同时 放煤 。 多口同时放煤 有两 种 方式一种是 相邻一架同时进行放煤 , 各架放 煤速度是 递减的 , 即第一架放煤 口全打开 , 全 量放 ⋯ 煤 , 第二架放煤可稍 小 些打开 , 第三架打开 更小 些 , 使煤岩分界线呈倾斜状 均 匀下落 。 但第 一 架放煤 口的开启速度不宜过快 , 以免大块煤突然 冒落 。 第二 种 是工作面两端 各有一放煤同时 放煤 , 或工作面 下端有一放煤口 、 一工作 面中间有一个放煤 口 , 同时 向 工作面上端放煤 。 确定合理的采放比 合理 的采放比应使顶煤冒落充分 , 囚收率较高 。 若 采放比过人 , 斑层煤开采后上覆顶煤不能充分松 散 放出煤量有限 , 顶煤损失较大 , 回收率较低 。 采放 比过小 , 放 顶煤开采的效 益得不到充分发挥 ,一 般合 理的采放比应为一 。 优化放煤口横向边缘尺寸 , 降低架月脊背煤损 在放煤过 程中 , 相邻两放煤 「间将残存部 分松 散顶煤 , 即移架后架 间脊背煤 , 将遗弃在采空区 。 由 于支 架结构不同 , 在放煤过程 中除产生架间脊背煤 , 即横向脊背煤损外 , 还有纵 向脊背煤损 。 如翼板和天 窗式放煤 支架在放煤过程 中将产生横向脊背煤损和 纵 向脊背煤损 , 组合式和抽 板式支架 在放煤过程 中 只 产生纵 向脊背煤损 。 纵 向脊背煤损与放煤步距有 关 , 如果欣煤步距确定 的合理 , 此项脊背煤损可基本 消失 。 而横 向脊背煤损与支架放煤口尺寸大小及放 煤口横向边缘尺寸大小有关 , 如果加大放煤口尺寸 , 减少放煤口横 向边缘尺寸 , 即减少 开天窗支架放煤 日横向支架顶梁宽度 , 即可降低架间脊背煤损 , 提高 工作面顶煤回收率 。 采前强制放顶提高初采顶煤回收率 初采损失主要是工作面开始推进后至直接顶初 次垮落前这段 ’煤包括开切眼上方顶煤 难以放出 造成的损失 。 因这段 顶煤老顶和直接顶对其都没有 产生 压力或产生压力很 小 , 顶煤靠其 自重难以自动 塌落 。 为使这部分顶煤塌落下来 , 必须采取措施迫使 直接顶提前垮落 , 为此 , 应在开切眼上方沿顶板掘一 条挑顶巷道 , 如 图所示 。 在工作面开始推进前 , 将 挑顶巷道的顶板崩落下来 , 如果顶煤较厚且较硬可 在挑顶巷道内向顶煤打眼 , 放松动炮 。这样 工作面从 开切 眼开始推进后直接顶和顶煤即可随工作面推进 及时垮落 , 使工作面初采损失减少到最低限度 。如果 工作面从采空区或断层附近开始回采 , 当采空区无 积水或断层 水不大 时 , 可 一 将工作面开切 眼贴近采空 区或断层 面布置 , 其间可 留一的狭 小煤柱 , 在 工作面开始推进时将此狭小煤柱崩落 。 这样 , 工作面 开始推进后顶煤 和直接顶即可及时垮 落 , 顶煤可顺 利得到回收 且 二 ⋯ 州州斗洲 、、 兑 , , , , ’ ‘‘ 图开切眼及挑顶巷布置图 一开切眼一挑顶巷一松动饱孔一挑项炮孔 采取措施提高末采顶煤回收率 作面回采结束时 , 为使工作面的支架和其它 设备拆除时安全 , 目前基本有两种方法 , 一种是工作 面到停采线前左右开始不放顶煤另一种是工 作面到停采线前左右 , 工作面开始爬坡至停采 线 顶板 , 开始回撤工作面设备 。 这两种方法都将造成 一定量的末采损失 。 为此 , 可采取下列措施 才七学力 。 固法 当工作面用高位放煤支架时 , 工作面顶煤一直 煤矿现代化年 第期总第期 可放到工作面停采线位置 , 工作而停采后将顶煤用 化学加固法聚氨酷等 进行加 固 , 然 后在 加 固的顶 煤下拆除工作面支架及其它设备 , 可使工作面末采 损失基本消除 。 缩短工作面收尾不放顶煤长度 当直接 顶较厚 垮 落后基本能充满采空区时 , 则 老 顶垮落后 一端可支撑在工作面煤壁 上 , 另一端支 撑在采空区冒落歼 石匕形 成 搭 桥式结构 。 此条件 下 一 , 在工作面停采线前老 顶 最 后一次垮落后开始不 放 顶煤 , 这样工作面停 采线处 于 老顶搭桥式结构下 , 用锚网支护工作面顶板顶煤 , 即可回撤工作面设 备 , 这样可缩短 工作面收尾不 放 顶煤的长度 , 减少末 采损失 。 确定合理的工作面设计参数 工作面设计参数主要是 工作面走向长度和倾斜 长度 , 其设计合理与 否直接影响工作面回采率 。 目 前 , 综放 面端头基本都有架支架不放顶煤 , 工作而 长度愈小 , 端头 顶煤的损失量在工作面损失率中所 占比率就愈高工作面长度愈大 , 端头顶煤损失 量在 工作面损失率中所占比率就愈少 。但 是 , 工作面长度 过大 , 系统可靠性降低 , 影响 正常生产 , 使工作面产 量下降 。 综合目前机械 设备情况 , 管理水平及地质条 件 , 工作面 长度 左 右为宜 。 对工作面推进 长度在不受地质条件影响的情况 下 , 加大其长度无疑是 有 益的 。 它 可减少工作面搬家 次数增 长工作面均衡生产时 间 , 降低初采和末采损 失量在 工作面损失率中占的比重 。但其 长度过大 、增 加了巷道维 护和 通 风管理等方 面 的 困难 , 所以工作 面推进 长度一般在一左右 为宜 。 另外顺槽间煤柱大 小对综放 开采回采率的影响 也是 较大 的 。 如图所示 , 顺槽间煤柱 、 顺槽宽 , 如果端头 再有架不放顶煤 , 则 两工作面 间 至少有 宽的煤带被损夫掉 , 相 当于丢掉一个饭 壁工作而 。 所以 , 对综 放开采急需研究解决无煤柱护 巷 问题 , 若此项损失解决可提高综放开采回采率约 占左右 。 采用无煤柱护巷提高综放开采回收率 无煤柱护巷不外乎有以 一厂 月种沿空留巷 、 沿空 掘巷和在采空区中掘巷 , 沿空掘巷又分完全沿空掘 巷 和 留狭小煤柱 沿空掘巷 。 这四种无煤柱护巷形式 对采区和工作而煤炭回收率影响程度各不相 司 。 煤 炭损失 由人到小的顺序是留狭小煤杜 二 专空 掘巷 完个沿空掘巷沿空 留巷 一 采至 区中掘巷 。 在采空 区中掘巷既消除了顺槽上部顶煤又消除了上区段工 作面的下端头顶煤不放 的损失 , 且增加了 卜区段土 作面长度 其次是沿空留巷 , 此种形式消除了狭小煤 柱损失 , 但顺槽部顶煤及土区段工作面下端头顶 煤不放的损失并 没解除再者是完全沿空掘巷 , 此种 形式比沿空留巷多一条顺槽仁部顶煤不放 的损失 最差者是留狭 小煤柱沿空掘巷 , 此 种形式将存在狭 小煤柱 、 两条顺槽卜部 顶煤及卜区段「作而下端头 顶煤不放的损 大 , 如图所示 。 口口口 。 图上下区段 间顺槽及煤柱布置图 一下顺槽一上顺糟一上工作面下端头项煤魂 一下 一亡作面上端头项煤 图下区段工作面上顺槽位置 图 一采空区中掘卷一沿空留巷一完全沿空掘巷一留抉小煤柱沿空 掘巷 从适 用条件看 , 沿空 留巷承受 二下两 工 作面回 采时 的两次采动影响 , 巷道 压 力大 , 维护时 问 长维 护 困难 , 向采空区漏 风难以控制 , 不利于采空区防 火因此应采用沿空掘巷和在采空区中掘巷的形式 对于完全沿 空掘 巷和 留伙 小煤柱 沿空掘巷 , 在煤层 倾角不万大 、 采空区无 积水 、 瓦斯不大的情况 下 应采 用完全沿空掘巷 。 在采空区中掘巷 , 生产 中使用不 多 , 但放顶煤开采采用此种掘巷形式 , 对提 高采区和 工作而回采率是极为有利的 。 因此任只 一 备下列条件 者应积极研究试验 采用直接顶岩层含有泥质成 分 , 且 遇水不泥化直接顶厚度李, 。 一直 接顶厚 度 、 一煤层厚 度 、 一直接顶岩石碎胀系 数直接顶宕石硬度中等及以下 , 侧易破碎 注水或泥浆后在顶板压力下易胶结成整体 。