提高综采放顶煤回采率的方法探究

常 华

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西 霍州 031412）

0 引 言

综采放顶煤开采具有产量大、效率高、顶板管理简单、巷道掘进率低、节约成本等明显优点而被越来越多的采用，是一项非常具有发展前景的实用采煤技术，然而由于工艺本身及粗放管理、设计滞后等问题造成了综放开采的回采率不高的问题。国家规定：对于厚煤层，采区回采率不得低于75%，工作面回采率不得低于93%，回采率既能反映技术管理水平，又能评价综放工艺水平，如何提升综放工作面回采率意义重大。本文以山西焦煤霍州煤电辛置煤矿10-422工作面为研究对象，通过大量的数据分析及前期设计，探究提高工作面回采率的方法，并投入生产实践。

1 工作面概况

表1 煤层顶底板情况

山西焦煤霍州煤电辛置煤矿10-422工作面平均煤厚 6.9m，煤层倾角 2～9°，埋深 301m～395m，工作面走向长537m，倾向长96～210m，采用综采放顶煤开采，全部垮落法管理顶板。

工作面所采10#煤层厚度不稳定，瓦斯相对涌出量为0.46m3/t，为低瓦斯煤层，爆炸性煤层。煤层结构复杂、含两层或三层夹矸，煤层顶底板情况如表1所示。

2 煤炭损失因素分析

2.1 工艺损失

综采放顶煤采煤方法因其存在大面积顶板垮落来压的危险，不得不采用留煤的方式控制顶板垮落，主要表现在初采、末采、端头支护等位置。

1）初采损失。在工作面回采初期，为防止大面积空顶造成的大面积来压，上部煤炭不能立即放出，而是在工作面推进10m左右之后才开始放顶煤，这部分不能放出的煤构成了初采损失。

2）末采损失。在接近工作面停采线的10～20m范围内，需要为工作面拆除做准备，此时移架后需要铺设金属网，不再放顶煤，这部分损失量构成了末采损失。

3）端头支护损失。为了维护区段巷道的稳定，保证安全出口，工作面两端各两架端头支护部分不能放顶煤，约为3m，回风巷、运输巷宽度分别为3.8m、4.3m不能放顶煤，合计14.1m，即沿工作面走向有一条宽为14.1m的条带顶煤无法放出，这部分构成了端头支护损失。

图1 综采放顶煤工作面煤炭损失平面示意图

综上，如图1所示，工艺损失中的初采、末采损失量在综采放顶煤工作面总损失量的占比中几乎是固定的，端头支护损失量宽度也是固定的，由体积推算损失率，可得工艺损失回采率计算公式如下：

式中：η为工艺损失回采率，%；L为工作面走向长度，m；N为工作面倾向长度，m；H 为煤厚，m；Lc为初采长度，m；Lm为末采长度，m；hf为放顶煤厚度，m。

经计算，10-422工作面工艺损失回采率η为5.3%。

2.2 放顶煤损失

放顶煤损失是综放过程损失量占比最大的环节，可以达到总损失量的75%以上。

1）安息脚减小。研究显示，煤炭自然滑落时的安息脚为40～45°，但支架前移后，煤矸石的冲击造成安息脚减小，中间夹角区域形成一个混合了煤矸的损失区。

2）煤层难冒放的问题。部分顶煤因硬度较大，无法随工作面推进而自由冒落，必须加以人工弱化松动，而弱化实施不到的地方就有可能造成煤炭损失。

3）放顶煤步距。放煤步距是指采煤机循环次数与放顶煤次数的关系，在回采过程中，放顶煤步距使煤炭的损失量在工作面走向上呈现出波浪型的周期性变化，在工作面倾向上呈现出条带状。

2.3 煤柱损失

在设计工作面巷道布置时，采区、上下山都要保留部分隔离煤柱、护巷煤柱等，这些煤柱的留设增加了回采率的损失。

2.4 施工管理

主要体现在，操作时不按照规程规定严格执行割煤工序造成底煤损失、不按照放顶步距操作造成煤炭遗留等。

3 提高回采率的方法探究

1）降低工艺损失回采率。辛置煤矿在工艺方面的损失量较大，其原因是因为工作面布置不合理，由公式（1）可知，当工作面走向长度、倾向长度均增大时，分子增大幅度远小于分母增大幅度，工艺损失回采率η变小，因此，在设备及地质条件允许的条件下，尽可能增大工作面长度有利于提高回采率。

2）弱化顶煤。在工作面前方，使用深孔爆破、水力压裂等方式弱化顶板，增加煤体裂隙发育程度。实践表明，采用注水方式弱化顶板的方法，在减小顶煤冒放难度的同时增加了煤体含水率，降低采煤过程中的工作面粉尘浓度。

3）放顶煤步距参数确定。10-422工作面采用MGD150-NW型采煤机割煤，截深0.6m，分别考察放煤步距为0.6m、1.2m、1.8m（即“一采一放”“两采一放”“三采一放”）对回采率的影响，数据统计见表2。

表2 不同放顶煤步距对回采率的影响统计表

经对比，“一采一放”时虽然回采率较高，但灰分、含矸率较高，煤质差；“两采一放”与“三采一放”回采率相近，但“三采一放”双轮顺序放煤方式放煤时间短、回采率高，是最优选择。

3）优化巷道布置。在工作面布置的设计初期，综合考虑矿压显现与煤柱留设问题，尽可能的减小煤柱留设，降低煤炭损失。

4）加强施工管理。严格控制工作面推进速度，以保证支架后顶煤有充足的时间破碎、垮落，根据现场情况决定是否组织采放平行作业。加强采煤司机培训，割煤时，要加强现场管理，保证沿底板割煤，提高工序质量；放煤时，严格执行放煤步距和顺序，降低底板煤炭损失。

4 结 语

1）由公式（1）可知，当工作面走向长度、倾向长度均增大时，分子增大幅度远小于分母增大幅度，工艺损失回采率η变小，因此，在设备及地质条件允许的条件下，尽可能增大工作面长度有利于提高回采率。

2）在综合考虑煤质、操作简便性、放煤时间等因素的基础上，合理选择放煤步距有利于提高回采率。

3）采用注水方式弱化顶板的方法，在减小顶煤冒放难度的同时增加了煤体含水率，降低采煤过程中的工作面粉尘浓度。

4）在设备及地质条件允许的条件下，尽可能增大工作面长度有利于提高回采率。