提高煤炭采出率的技术措施

李 晨，郑志新，李 家

(山西兰花科技创业股份有限公司 大阳煤矿分公司，山西 晋城 048000)

1 概 况

大阳煤矿位于沁水煤田东南部，高平详查区西部，全井田南北长约6.52 km，东西宽约3.36 km，批准井田面积17.797 4 km2，批准可采深度：880～550 m标高。井田开拓方式为斜井、立井综合开拓，批准3#、9#、15#煤层。目前正开采3#煤层，该煤层垂向赋存于山西组中下部，平面上分布于全井田；下距9#煤层52～68.5 m，平均62.5 m. 3#煤层厚度为3.79～7.19 m，平均6.09 m，属全区稳定可采煤层，煤层结构简单-较简单，含0～3层夹矸，煤层顶板大部为泥岩、粉砂岩；底板大部为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩。

3304综放工作面长度为180 m，区段间保护煤柱宽为30 m. 采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤，顶板全部垮落的采煤方法，煤层厚度5.53 m，机采2.6 m,放顶煤2.93 m，采放比为1∶1.13. 采用双滚筒采煤机，双向割煤，截深0.6 m，放煤步距为0.6 m，一采一放,采用多轮顺序式放煤。初采放顶煤在支架顶梁末端推出切眼30 m后放顶煤。正常放煤为采煤机每割一刀煤，放顶煤一次。末采放顶煤为工作面距停采线15 m时停止放顶煤。

2 综放工作面煤炭损失分析

综放工作面煤损主要由初末采不放顶煤损失、两端头不放煤损失、放煤工艺损失、保安煤柱损失等4方面构成[1-4]. 3304工作面切眼长度为180 m，走向长度为1 321 m，煤厚5.53 m，容重1.44 t/m3，资源储量为1 893 489 t. 通过对3304工作面回采情况进行分析，得出工作面煤炭损失主要集中在以下4方面：

2.1 初末采损失

初采时由于顶煤不能及时垮落导致长距离范围内顶煤不能放出，造成煤炭资源损失。根据回采期间实际情况得出，在回采30 m后顶煤才能全部垮落，由此造成了30 m范围内顶煤损失。末采时在距停采线15 m开始铺网，挂设钢丝绳，做撤架通道不放顶煤。期间共45 m长度不放顶煤，煤炭损失为34 175 t，达到了工作面煤炭资源总储量的1.80%.

Q初采损失=180×2.93×30×1.44=22 783(t)

Q末采损失=180×2.93×15×1.44=11 391(t)

2.2 端头损失

回采过程中，根据工作面现场情况，为控制运输顺槽和回风顺槽顶板压力，在两顺槽的端头各3架不放顶煤，共计不放顶煤宽度为9 m，造成煤炭损失为50 162 t，达到了工作面煤炭资源总储量的2.65%.

Q端头损失=9×1 321×2.93×1.44=50 162(t)

2.3 采空区损失

回采过程中煤炭损失主要包括：支架尾部放煤口间的脊背煤损，放煤步距、放煤方式不合适造成的煤损，采空区煤损及矸石窜入停止放煤造成的煤损等3部分。由现场观测可知，遗留在采空区的浮煤达到200 mm，煤炭损失量为68 480 t，达到了工作面煤炭资源总储量的9.04%.

Q采空区=180×0.2×1 321×1.44=68 480(t)

2.4 保安煤柱损失

3304工作面两侧各预留30 m宽的保安煤柱，损失煤炭资源量非常大，单侧煤柱损失为315 581 t，达到了煤炭资源总储量的16.67%.

Q单侧煤柱=1 321×30×5.53×1.44=315 581(t)

以上4类煤炭损失构成表见表1，通过对3304工作面煤炭损失构成进行分析可知，该矿综放开采煤炭资源损失主要集中在初末采不放顶煤煤损、端头不放顶煤煤损、放煤工艺煤损、保安煤柱煤损等。要提高该矿工作面煤炭资源回采率必须从这四个方面下功夫。

表1 各类煤损占工作面煤炭储量比重表

3 提高采出率的技术措施

1) 多措并举，减少初、末采煤炭损失。

a) 深孔爆破，减少初采煤炭损失。初采煤炭损失是由于顶煤没有充分破碎、没有及时垮落造成的。由3304工作面矿压显现监测分析可知，工作面初次来压步距为30 m，这就意味着煤壁前方30 m范围内顶煤不能被放出或放出效果较差，要降低煤炭资源损失可以采取如下措施：工作面形成后在原来的切眼位置打眼放炮进行强制放顶，打眼时必须确保炮眼质量，发现变形或不能装药时要及时补打，以确保爆破效果。爆破能有效破坏切眼内锚杆锚索支护结构，同时从切眼处打破连续的基本顶结构，将基本顶原先受力的简支梁变为悬臂梁，降低基本顶初次垮落步距，对下覆煤层产生较大的力迫使煤体受压破碎变形易于垮落放出。初采时基本顶对煤体压力有限，一般不会损坏煤体的连续性，导致煤体不能被完全放出。为降低初采损失可以采取预裂顶煤措施，将煤体连续性破坏，降低煤体块度大小，结合支架支撑作用使得煤体破碎易于放出。根据相邻矿井地质条件及采取措施后的实际情况，大阳煤矿宜采用深孔预裂爆破顶煤，迫使煤体破碎，提高煤体放出率，预计可提前14 m放顶煤。

b) 缩短挂网长度，减少末采煤炭损失。末采煤炭损失主要是受末采做撤架通道期间挂网造成的煤炭损失。要减少末采煤炭损失必须了解综放开采工作面周期来压规律，回采结束前在确保支架能够安全撤出的前提下，减少末采期间挂网长度。由3304工作面实际可知，周期来压步距为15～18 m，末采时可合理采取让压、调压措施，将末采挂网长度控制在10 m，与15 m相比可增加放煤长度5 m.

2) 延长工作面长度，降低端头煤损比重。

根据3#煤层开采情况，两顺槽端头各3架不放顶煤，共计9 m不放顶煤，原先工作面长度为180 m，延长工作面长度至220 m、260 m后，损失煤炭资源所占工作面资源比例有效降低，见表2.

表2 不同工作面长度端头煤损比例表

3) 优化放煤参数，降低采空区煤损。

放煤步距、放煤顺序等参数的选择将决定顶煤是否能够完全被放出。可通过更新设备、优化放煤参数等措施降低采空区煤损。

4) 应用沿空留巷，实现无煤柱开采。

沿空留巷可以实现无煤柱开采，在提高该矿煤炭资源回收率，延长矿井服务年限的同时，还能够实现Y型通风，消除回风隅角瓦斯积聚，改善高瓦斯矿井安全生产条件。应用沿空留巷将有效降低巷道掘进率，改善矿井技术经济指标，杜绝采掘衔接紧张。

4 应用实践

该矿采取了一系列有效措施提高煤炭资源回收率：

1) 初采时进行深孔预裂爆破。

针对初采期间，前30 m不放顶煤造成的煤炭损失，该矿与太原理工大学合作准备实施3405工作面顶板预裂爆破，爆破后可提前15 m放顶煤，节约煤炭资源。

2) 延长工作面长度。

为减少回采期间端头煤炭损失所占工作面煤损比重，3404工作面长度已延长至220 m，接替的3405工作面长度为260 m，有效降低了端头煤损比重。

3) 优化放煤参数。

接替的3405工作面使用的采煤机滚筒截深为0.8 m，放煤步距为0.8 m，较之前0.6 m有所增大，同时强化了现场管理，严格执行一采一放并探索多轮顺序放煤方式。

4) 实施沿空留巷。

3405工作面实施沿空留巷工程，目前已经成功留巷650余米，节约了煤炭资源。

5 结 论

1) 通过使用初采深孔预裂爆破将节约15 m顶煤损失，节约煤炭资源，提高采出率。

2) 延长工作面长度后将减少工作面搬家次数，回采工作面年限加长，同时端头煤损所占工作面煤炭储量有效降低。

3) 更新设备并加强放顶煤管理有效降低采空区煤损。

4) 推广使用沿空留巷在节约煤炭资源的前提下还有效解决了高瓦斯矿井的隅角瓦斯积聚问题。