浅谈塔山煤矿3# 5# 煤层放顶煤开采难度大原因

陈祚晖 陈晓伟 满建军

中煤大同公司塔山煤矿

浅谈塔山煤矿3# 5# 煤层放顶煤开采难度大原因

陈祚晖 陈晓伟 满建军

中煤大同公司塔山煤矿

综采放顶煤技术起源于20世纪50年代的欧洲，但真正获得发展并逐步成熟则归功于我国。由于综采放顶煤掘进率低、产量高、吨煤成本低、工作面搬家次数少、安全系数高等显著优势，尤其是近十年来大采高、高可靠性设备的研制发明，使得其已成为我国厚煤层、特厚煤层的主要开采方法。但是，综采放顶煤技术也有其局限性，本文主要根据综采放顶煤技术局限性，分析塔山煤矿3#～5#煤层首采30501工作面开采难度大原因。

放顶煤开采 难度大 原因

一、研究背景

中煤塔山煤矿3#～5#煤层首采工作面为30501工作面，其走向长1873m，倾斜长154m。根据T2006-1、T2006-2、白20#地面勘探钻孔及井下地质钻孔10217-1-10#孔，工作面煤层总厚为12.70～18.50m，平均厚度为15.96m，煤层普氏系数3.0～4.0，煤层中普遍含5～9层夹矸，夹矸单层厚度为0.07～0.85 m，局部夹矸大于0.85m，夹矸总厚2.39～4.60m，平均3.47m，夹矸岩性为褐色高岭岩、灰黑色炭质泥岩为主。直接顶厚度4.20～4.85m，平均4.57m，褐色铝土质泥岩，致密，硬度小，易碎，有滑感，局部地段顶部有褐色高岭质泥岩，性脆，易碎，底部有少量的炭质粉砂岩。

地面标高为1360～1528m，平均1444m，煤层埋藏深度498～374m，平均埋藏深度为436m。30501工作面向上4.20～4.85m(平均4.57m)，为本矿2#煤层10201工作面采空区；30501工作面向上267～280m为四老沟矿开采的侏罗系大同组14#煤层采空区；30501工作面向上299～317m为侏罗系大同组11#煤层采空区。

二、3#～5#煤层开采难度大原因

1、2#煤采空区下开采影响

30501工作面向上4.20～4.85m(平均4.57m)为本矿2#煤层10201工作面采空区，该工作面于2008年8月～2009年10月回采完毕。由于2#煤层的开采，使得2#煤层直接顶已经垮落，基本顶已经破断失稳，基本顶上覆岩层已经弯曲下沉(如上图)，矿压得到释放。30501工作面在开采过程中出现来压步距不规律(初次来压步距26.6m，周期来压步距平均29m，周期来压最大步距达到39.3m)、压力不明显等特点，主要表现在来压时只有局部支架(以工作面中间段为主)阻力增大，安全阀自动开启；煤壁片帮情况少且片帮量少；煤炮现象少且不严重。

根据地表下沉理论及工程经验，30501工作面开采后，地面下沉约(0.2-0.3)h，h为实际采高，h=16m时的下沉量为3.2-4.8m，经过对胶带顺槽地表的实测，发现地表地表未下沉且没有明显的裂缝，说明围岩变化情况不大，老顶下沉不充分，这也侧面证实了2#煤层的开采基本释放了矿压，围岩较稳定。矿压的释放导致3#～5#煤层所受支承压力小且不均，无法实现完全松散破碎，从而大块煤多，无法顺利从放煤口放出。

2、地表标高不一影响

3#～5#煤层30501工作面地表为低山丘陵、沟谷、冲沟及黄土台地，标高为1360m～1528m，地势不平，最大高差达168m，导致不同区域煤层受力大小不同，破坏程度不同，从而使得局部煤层松散破碎，局部煤层大块多，不利于放煤。

3、煤层硬度大影响

3#～5#煤层硬度普氏系数(f)达到3.0～4.0，是顶煤冒放性差的最重要因数。

当f＜1时，可放性好，顶煤强度低，能自行垮落，垮落块度较小(一般小于300mm)；

当f=1～2.5时，可放性较好，煤层强度中等，放煤容易，偶尔会出现大于1.5m的大块；

当f=2.5～3时，可放性一般，冒落顶煤块度较大，放出流动性较差，为使顶煤顺利放出，虽不需进行顶煤预破碎的辅助工作，但必须加强放顶煤支架的二次破碎功能；

当f=3～4时，可放性差，顶煤强度较大，需采取预破碎等措施方能使顶煤顺利放出；

当f＞4时，顶煤难放，顶煤强度大。

通过对3#～5#煤层煤样进行物理力学实验分析，发现顶煤抗压强度为9.83Mpa～21.47Mpa，平均16.6Mpa，抗压强度大，在生产过程中发现，使用支架后尾梁、后插板、单体液压支柱均无法破碎大块煤。

4、采放比大影响

采放比超规定是顶煤冒放性差的主要原因。

采放比，是指放顶煤工作面采煤机机采高度与顶煤高度之比。顶煤放出前破碎松散需要一定空间，采高小、顶煤高度大将出现顶煤破碎不充分，放煤困难；采高大、顶煤高度小将出现顶煤无规则冒落、混矸严重。

煤矿安全规程规定，采放比超过1：3的，严禁使用放顶煤开采，因为采放比超过1：3容易造成资源回收率低、顶板难以管理、瓦斯等有毒有害气体涌出、发生冲击低压以及矿震等安全问题。

3#～5#煤层30501工作面采高3.8m，l理论放煤高度不应该超过11.4m，但实际顶煤放出厚度在13.2m～15.8m(生产过程中打探孔所得数据)，采放比平均为1：3.8，远远超过煤矿安全规程规定的1：3，放煤高度过大，拉架过程中升架、降架无法充分挤压上部顶煤使顶煤松散破碎，导致顶煤难放。

5、夹矸影响

夹矸层数多是冒放性差的又一主要原因。3#～5#煤层中普遍含5～9层夹矸，夹矸单层厚度为0.07～0.85 m，局部夹矸大于0.85m，夹矸总厚2.39～4.60m，平均3.47m。根据生产过程中打探孔实测，顶煤中含夹矸3～7层，单层夹矸最厚1.2m，夹矸多为褐色高岭岩、灰黑色炭质泥岩，偶尔有白砂岩，硬度系数大，影响顶煤放出。

塔山煤矿3#～5#煤层的首个放顶煤开采工作面虽然遇见很多问题，但是只要我们工程技术人员在生产过程中及时记录并分析矿压显现规律，不断总结存在的问题，不断优化工作面长度、放煤步距、放煤方式、采放比等各项参数，就能逐渐摸索出一套适合现场的完善的管理制度及技术管理体系，在以后的工作中就能化被动为主动，企业就能实现安全高效，和谐发展。

[1]杜计平，孟宪锐.采矿学