提高“三软”煤层顶煤回收率的途径及实践

尹发忠

神华宁夏煤业集团金能煤业分公司

提高“三软”煤层顶煤回收率的途径及实践

尹发忠

神华宁夏煤业集团金能煤业分公司

系统分析了“三软”煤层综放工作面煤炭损失，提出了提高顶煤回收率的有效途径和管理方法，总结金能公司提高三软煤层综放工作面顶煤回收率的成功经验。

石嘴山矿区“三软”煤层综采放顶煤技术自1995年至今得到了迅速发展。但是，煤尘、瓦斯、顶板压力、自燃发火、煤质、设备及回收率等问题是制约放顶煤发展的重要因素。而对于石嘴山矿区来说，由于煤层结构及条件复杂，管理难度大，加上各方面的因素，导致产量比较低，回采率一直上不去。因此，进一步提高产能和回采率，实现高产高效，是金能公司目前所面临的主要问题。

三软煤层综采放顶煤开采煤炭损失分析

放顶煤开采回收率的高低是决定放顶煤开采是否有生命力的重要因素。回收率高低是由两个方面的原因引起的。

放顶煤开采设计造成的损失

（1）护巷煤柱损失。包括区段煤柱、上下山煤柱和隔离煤柱。上下山煤柱有的可以回收，损失可以小点。另外采用无煤柱或沿空留巷开采损失将明显减少，但是对于三软煤层放顶煤，因条件复杂，巷道压力大，难以实现。

（2）开采参数的影响。相同条件下，工作面长度加长，将使顺槽煤柱损失率减少，采区走向长度增加，也可使上山和采区隔离煤柱损失减少。对于三软煤层综放工作面的布置是可以实现的。

（3）初采损失。三软煤层综放面初采期间，为防止工作面走出切眼期间，煤帮漏冒顶严重，导致支架上部漏空，支架初撑力不够，造成倒架，在支架没有完全走出切眼前，不允许放煤。这样不放煤，除了增加煤炭损坏外还不利于直接顶冒落。

（4）生产期间的煤炭损失。三软煤层较软，拉架期间，架间漏渣严重。因此正常生产期间，在支架的前梁上铺设小孔金属网，金属网拖到底板时，必须用尾梁内的插板将金属网顶烂后才能进行后放煤，个别地方如架间没有插板的地方，顶煤不容易完全放到后部溜槽上，造成煤炭损失。另外，工作面煤帮有大的片帮漏顶时，为避免支架顶部放空，造成倒架，也要控制放煤量，也可造成煤炭损失。

（5）末采损失。三软煤层综放面在结束收尾期间，为保证设备回收通道的高度和宽度及回收通道和回收通路处在一条直线上，距停采线50m时，工作面要进行调采，调采期间工作面尽量少放或不放煤。为留设通道的质量，提前距停采线20～30m增大采高，不进行后放煤，在顶板铺设双层小孔金属网或柔性树脂纤维网。这样人为的留有部分顶煤，造成煤炭损失。

（6）端头损失。三软煤层综放面和其他综放一样，为保护工作面两端出口有3～5架支架上的顶煤保留不放，这部分顶煤损失率与工作面长度、倾角密切相关。

放煤工艺引起的损失

（1）放煤步距的损失。

（2）放煤方式的损失。放煤方式有三种，多轮顺序放煤、多轮间隔放煤以及单轮间隔放煤。放煤过程中如果不能很好的控制放煤方式，放出的顶煤混矸就会很多。合理的放煤方式就会使煤矸分开，最大限度的回收顶煤而减少混矸。

（3）煤层厚度引起的损失。支架前移后，顶煤冒落是由下向上逐渐发展的，所以下部顶煤破碎膨胀系数大，上部顶煤破碎系数小。如果煤层厚度太大，移架后，上部顶煤没有机会充分破碎。如果顶煤强度不大，只要放煤速度不大，放煤时也能继续破坏，顺利放出。如果强度大，就可能在上部出现大块，放煤后期就会遇到阻拦，同时降低了回收率。如果煤层厚度较小，放煤时容易造成混矸，减低回收率。

此外，煤层上部的岩性及厚度，顶煤夹矸的岩性、层数及厚度，支架的架型，移架速度，放煤口的设计，放煤工的素质等都会对顶煤的损失造成一定的影响。

煤炭损失构成

一般情况下初、末采时，煤炭储量损失约占工作面煤炭储量损失的2％，两端头约占3％，放煤约占10％，其他（如架间残留煤、巷道顶板留煤等）约占2％，共约占17％。

提高综放工作面回收率的主要技术

综放工作面设备优化

（1）综放工作面的液压支架除支撑作用外，还有放煤和松动顶煤的功能，支架上部的顶煤不断处于塌落、流变状态，因“三软”煤层，工作面宜采用低位放顶煤支架，所以工作面刮板运输机通常要与支架相适应。因此采用低位放煤装备是提高回收率的有效手段，对提高回采率具有至关重要的现实意义。

（2）支架顶梁长度的优化。支架对顶煤的反复作用次数支架顶梁的长度，低位支架的顶梁较长，四根立柱全部作用在顶梁上使支架反复对顶板进行升降，使得放煤口上方的煤体能够充分的破碎成松散煤流，流到后部挂板运输机上。因此，提高回采率，应首选低位放顶煤支架。

（3）支架用低位放煤，放煤口采用插板式，口低而尺寸大，适合连续流畅放煤，减少放煤损失。插板尾梁铰接于掩护梁，可以上下+5°至30°的摆动，用于松动顶煤，可破碎大块煤实现连续放煤。同时没有支架脊背损失，回收率高，煤尘较少。

（4）刮板运输机的优化。“三软”煤层综放工作面放煤效果较好，放煤量较大，放出的煤量远远要超出截割的煤量，因此后放刮板运输机的槽宽要比前部挂板运输机槽宽要宽，电机的功率要根据上下端头支架后部空间来定，最好也比前部运输机的电机功率大，至少和前部的一样大，保证后放煤量能放得出拉的走。

（5）刮板运输机采用大马拉小车。“三软”煤层综放工作面因煤层较软，煤机速度比较快，前部刮板运输机上的煤量比较大，另外煤层倾角较小，负荷很大，容易将运输机压死。所以在设备配套的基础上，将功率加大，采用“大马拉小车”，实现运输机连续不间断的拉煤。

放煤工艺参数的优化

放顶煤工艺参数主要包括放煤步距、放煤方式和放煤方向。

最佳的放煤步距是顶部和采空区侧的矸石同时到达放煤口。放煤方向一般是从工作面下端开始放煤。

“三软”煤层综放工作面，为了保证上下端头顶板的稳定，防止下部端头支架顶部因放空造成倒架，上下端头各3个支架不进行放煤。其他地方采用分段自下而上多轮次间隔放煤，一刀一放。

工作面参数的确定

由于端头顶煤的损失及工作面初采及收尾的损失率与工作面长度和推进度有关，因增大工作面长度和推进度可减少这部分煤的损失率。因此要尽可能加大工作面参数，从而提高顶煤的回收率。

金能公司提高“三软”煤层综放工作面放顶煤回收率的主要技术和管理办法

金能公司“三软”煤层综放开采的基本情况

金能公司目前开采的三层煤为“三软”煤层，煤层为南北走向，，东西倾斜，由南向北逐渐变缓。煤层厚度为3.5～10m，平均8.3m，煤层倾角1°～26°平均15°，煤层硬度0.5～1.2。直接顶为泥岩厚度为0～7m，平均厚度为4.2m，上覆老顶为粗砂岩，厚度平均22m。直接底为0.3m厚的泥岩，泥岩以下为1.3m厚的细砂岩，老顶为9m厚的泥岩。该煤层属典型的“三软”煤层。属三分之一焦煤，高瓦斯矿井。煤尘有爆炸性，爆炸指数为35.1％，煤层自燃发火期为3～6月。

金能公司三层煤自1996年采用综采放顶煤以来，经过了不断的改进和创新，产量由最初的年产60万t到2014年实现年产160万t以上。顶煤回收率由60％提高到目前的85％以上，取得了较好的经济效益和社会效益。

采煤的主要技术及管理方法

（1）合理的设备选型。Ⅳ030302综放工作面选用MG300/730-AWD2型采煤机，ZF6800/18/35D电液控低位后放顶煤支架，前、后共两部SGZ800/2×525型刮板运输机，转载机型号为SZZ800/400，破碎机型号为PLM2000，乳化液泵站为BRW400/37X4A，泵箱为 RX2500， 进、回液管采用外径为76mm，内径为65mm的高压无缝钢管。采用低位电液控支架，使顶煤松散空间比较大，同时支架的拉移速度比较快；用大功率的刮板运输机放煤，可使放煤的速度加快，可以多次进行循环放煤。只用大功率乳化泵、大体积泵箱和大直径的进、回液管，可增加支架的工作阻力，保持液压系统进回液的畅通，可使得支架反复动作，使煤体充分破碎成松散状态。为顶煤放出提供良好的条件，因而更容易放出。

（2）合理选用工作参数。工作面长度255 m，走向长度为1425m，工作面采用一刀一放正规循环作业方式，其循环进度和放煤步距都为0.8 m。

（3）优化放煤工艺。采用隔架多轮顺序放煤。根据支护特点，割放平行作业，在煤机往机头割煤时，将支架往前拉移，同时进行放煤，煤机割透下机头时进行提机，提机过程中，再进行放煤。通过支架尾梁拉回运动及插板的收回和反复伸出，将金属网顶破，使煤流落入后部溜槽，直到见到矸石，收起尾梁，伸出插板。

（4）顶板管理。工作面煤层较软，拉架时从架缝中流出的煤渣太多，导致支架底座及电缆槽中全部是煤，给工作面作业人员造成了较大的安全隐患，同时给清煤工造成了很大的工作量。因此从上到下，工作面煤帮铺设小孔经纬铁丝网，杜绝了工作面漏渣现象。

（5）加强放煤管理。

①初次放顶煤管理。综放支架在正常采高为2.6m时，长度为7.6m，采煤机割完第10刀后，即工作面推进8 m，支架尾梁全部离开切眼锚网支护顶板处，开始进行放煤。工作面回采初期切眼煤帮有一定的压力，加上煤层比较酥软，放煤比较容易。初采期间，为防止支架顶部放空，造成支架倒架，生产期间要加快推进速度。

②正常放顶煤。由专职放煤工进行放煤；严格按工序流程进行放煤，密切注意放煤口涌出煤流状况，发现夹矸堵塞放煤口时，要反复伸收尾梁使之破碎；放煤和割煤要保持15～20m的距离；割煤时，采高保持在2.4m～2.6m，采高不得超过2.7m，防止因超高片帮造成倒架。

③结束收尾时顶煤管理。工作面结束时采高达到3 m，同时要求工作面铺双层小孔金属网，一般双层网的铺设自停采线向外13.6 m，也就是最好的17刀开始。在回运顺画好上双层网的位置，13.6 m以往要坚持进行放煤。

存在问题

（1）目前该综放工作面上部有端头支架6架，下部有端头支架3架，端头支架处根据作业规程规定都不进行放煤，造成大量的顶煤丢失，需要进一步探索，在工作面倾角在1°～26°变化过程中，端头支架的放煤工艺。

（2）工作面条件比较复杂，生产过程中，断层、老巷等地质构造带比较多，工作面通过时丢煤也比较严重，在生产过程中探索过构造带时尽量不终止或少终止放煤。

（3）工作面中部沿走向掘有一条抽采巷，为保证巷道不被压垮，在中间巷上下将近10个支架不放煤，也造成顶煤的浪费，在推进过程中，探索根据煤层倾角变化及压力大小进行放煤。

（4）综放工作面回收率的管理还存在一定问题，尤其是顶煤回收率还很不稳定，如何提高顶煤回收率，同时又确保煤炭质量，是一个需要不断研究的课题。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.017