浅析放顶煤开采的煤炭回收率

陈祚晖 陈晓伟 满建军

中煤大同公司塔山煤矿

浅析放顶煤开采的煤炭回收率

陈祚晖 陈晓伟 满建军

中煤大同公司塔山煤矿

随着国家经济发展不断加速，对能源的需求也日益扩大，煤炭作为中国能源的主要构成要素，国家和人民对其的需求逐年上升，是以发展具有高产高效特点的放顶煤工艺成为煤炭行业发展的必然之路。基于此，本文将着重分析探讨，放顶煤开采的煤炭回收率以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

放顶煤开采；煤炭；回收率

1、放顶煤开采概况与优势分析

放顶煤采煤技术所面对的主要为厚层煤炭，开采过程中把一个采高处在3～4m范围内的工作面顺着底板或顺着煤层某一厚度进行布置，回采过程中引入综合机械化手段，借助于松动爆破与矿山压力两者的作用，来破碎顶煤，然后，把它放出来，紧接着通过刮板运输机把它运出。放顶煤采煤技术主要具有以下优点：(1)产量高。使用这种方法，相当于两个工作面并行作业，也就是实现了采、放的平行作业，两个出煤点处在工作面前后，一面两采，在很大程度上改善了工作效率，使得工作面单产明显增加。(2)巷道掘进率低。整个环节中整开整采，整层开采其中的有效煤层，避开因进行分层开采所造成的回采巷道太多的问题，从而缓解了采掘接替的紧张状况，同时还改善了巷道的维护，很好的节省了维护成本。(3)工作面搬家频率缩减。一个引入放顶煤开采技术的工作面开采程度和两至三个分层开采工作面并行开采的程度大致一样，因此，这样就降低了搬家次数，防止由于搬家而导致设备受损。(4)节省材料、电能：引入该技术的工作面，顶煤受到地压或者由于自身重力的影响而落煤，所以开采费用与分层开采方法对比而言，减少了坑木、电耗、金属网等诸多方面的费用，从而提高了生产效益。

2、放顶煤开采技术

2.1 采放比

顶煤冒放性会随着采放比的增加而增大，尤其在特厚煤层开采中，适当增加采放比有助于提高煤炭回收率。采放比对顶煤冒落性主要是通过超前支承应力进行影响，图1所示为不同采放比情况下超前支承压力变化情况。增加顶煤采放比后，顶煤支承压力峰值增大并向煤层开采方向前移，塑形破坏变形区范围扩大。其形成机理为：随采放比的增加，顶煤内应力弹性区域所受垂直与水平应力差值将会增加，使得弹性区剪切应力值变大并超过煤层承受极限，推动应力峰值前移，从而加速了顶煤的破碎过程。

图1 不同采高情况下顶煤支承压力变化

煤层采高计算可通过式进行：

式中，γ为顶煤塑形破坏系数；Mc为机采高度，m。

顶煤塑形破坏与煤层采高存在着一定的比例关系，其随机采高度增加而变大，因此，增加煤层采高能增加顶煤回收率，但受机械设备条件限制，煤层采高增加幅度有限；且煤层采高增大的同时也增加了顶板控制难度。在确保顶煤冒落效果与顶板安全的前提下，合理确定顶煤采放比，软煤中采放比可适当缩小，中硬煤层可酌情增加。

2.2 放煤步距

放煤步距是确定放顶煤开采工艺中顶煤的落放距离，其对已破碎顶煤的回收率有着直接影响。放煤步距的确定需综合考虑多方面因素，包括支架型号、顶煤厚度、垮落角等。在合理确定放顶煤采放比的前提下，理想的放煤步距是使破碎顶煤和沿着采空区方向的岩石同时到达放煤口，放煤步距过小与过大将对煤炭资源回收造成较大影响。图2所示为不同放煤步距下顶煤放落情况。

图2 不同放煤步距顶煤冒放情况

分析图2可知，放煤步距过大时，上部冒落矸石不能从放煤口放出，其势必会影响下一开采周期中顶煤的冒落与回收；而放煤步距过小，冒落矸石将占住放煤口，顶煤不能放出。放煤步距计算公式为：

式中，L为放煤步距，m；h为顶板到放煤口的垂直距离，m。

2.3 放煤口位置与尺寸

放顶煤工作面液压支架也是影响顶煤的冒放性关键因素之一，尤其是支架放煤口位置与尺寸大小，会对煤层放出形态与速度产生影响。按照在支架放煤口位置的不同，支架可分为高位、中位与低位，放煤工艺设计需根据需求选择适宜的支架类型。支架放煤口形状多为长方形，其尺寸由长、宽决定，而一般单架放煤口尺寸相对较小，放煤口大小可通过2架或多架同时调节实现。

3、放顶煤开采的煤炭回收率

一是灵活运用底分层放顶煤技术，实行厚煤层分层开采。二是推行无煤柱开采，减少煤柱留设。对煤层埋藏浅、瓦斯含量低的地区积极探索，大胆推行无煤柱开采法，采用沿空掘巷技术，回采巷道紧贴采空区布置，工作面之间不留煤柱。为保证开采安全，厚煤层分层开采时，下分层的巷道一般采用内错布置，这样，相邻的两个采煤工作面之间就会留下一个金字塔形的煤柱。通过加强采空区侧支护的办法，下分层巷道布置在上分层巷道的正下方，可以完全实现工作面之间不留煤柱开采。三是调整切眼方向，减少煤炭损失。为便于开采，传统的采煤技术工作面切眼与顺槽一般垂直布置，而工作面的边界与顺槽往往是不垂直的，这必将留下一块三角煤不能采出。然而采用切眼沿工作面边界平行布置的方法旋转推进，虽然增加了削减溜槽等工作量，但却有效地避免了三角煤的留存，提高了资源的回收率。再者要推进矿井装备机械化，为提高资源回收率提供物质保障。多方创造条件，派专业人员去先进单位学习机采工艺，购置先进的设备，提高采煤机械化程度，为资源的充分回收提供物质保障。可通过引进和采用先进技术，使薄煤层得到较好的开采利用。这样既可做到高产高效，又可提高企业的经济效益。实践证明，许多资源利用的难题是可以通过技术进步得到解决的，关键在于我们是不是把资源的可持续开采利用放在企业长远发展、国家资源充分利用、子孙后代能够享用的战略高度来认识。

总而言之，综采放顶煤是近年来发展起来的一种采煤法，在很多中厚煤层及厚煤层的开采中已得到广泛应用。应用综合放顶煤开采法，煤矿产量得到了提高，但也给工作面的正常生产带来了一些新问题，这就要求我们在以后的实际工作中必须对其实现进一步研究探讨。

[1]李杭州.坚硬煤层放顶煤注水弱化研究[D].西安科技大学，2003.

[2]陈辉.放顶煤开采优化参数研究[D].山东科技大学，2005.