特厚煤层大采高综采技术的应用研究

2019-08-01焦张雄

山西化工 2019年3期

焦张雄

(山西煤炭运销集团沁水鑫基煤业有限公司，山西晋城 048400)

引言

随着煤矿勘探技术的不断进步，近年来厚煤层及特厚煤层探明量不断提升，据统计截止目前在我国已探明的地下煤炭储量中，厚煤层以上的煤炭含量占了煤炭总量的40%以上。为了适应对厚煤层的开采，大采高综采技术应运而生，但在长期应用中发现，大采高综采技术主要适用于煤层稳定性好、巷道顶板矿压地质条件稳定、煤层分布斜角小且煤层厚度不超过7m的综采作业，无法适应越来越多的特厚煤层的综采技术要求，因此本文提出了新的适应于特厚煤层的大采高综放开采技术，对其成套的开采技术进行了分析，力求在满足井下安全开采的基础上大幅提升特厚煤层的综采作业效率[1]。

1 特厚煤层巷道顶板运移规律研究

为确保特厚煤层在综采作业时的安全性，需首先对特厚煤层巷道顶板的运移规律进行研究，本文以某矿特厚煤层为研究对象，通过向顶煤顶板内安装锚抓并布置顶煤位移跟踪器的方案对顶板的移运规律进行研究，在进行钻孔时，设置与巷道的倾斜角为60°[2]，分别对顶煤和顶板的位移量进行分析结果如图1所示。图中h表示顶煤深基点相对于液压支架底板的高度。

由测量结果可知，顶煤深基点起始动点工作时最大超前了约47 m，最小超前了约33 m，平均超前量约为37 m。顶板的深基点起始动点的最大位置超前了约34 m，最小超前量为21 m，平均超前量约为27.4 m，顶煤的深基点的始动点始终超前于顶板的深基点的始动点。由此可知在特厚煤层中巷道顶板从始动点就受到来自于综采面的超前的支撑压力的作用，使顶煤顶板进入到支架的控顶区域的顶部，进而造成顶板破断产生垂直与巷道顶板的沉降。由于顶煤顶板受到纵向的约束显著，因此其移运规律主要表现为在承压作用时候的水平方向上的挤压变形。

图1 测量位置顶板位移和顶煤位移变化曲线

2 大采高综放开采放煤步距研究

煤矿井下综采作业中，煤炭的采出率、采出煤炭煤矸石的含量与综采作业时的放煤步距有直接的联系。当放煤的步距过小时容易导致煤矸石容易堵塞放煤窗口，造成煤炭含矸率上升，同时也容易造成丢煤，当放煤的步距过大时，煤层的煤极易落入采空区，导致大量的丢煤。同时综采作业中的放煤步距也对煤矸的流动形态有巨大影响，因此要提升特厚煤层的综采效率，首先需要合理确定综采作业时的放煤步距，本文分别对“一刀一放”及“两刀一放”不同放煤步距[3]情况下的煤矸的流动形态变化进行了分析，结果如图2、图3所示。

图2 一刀一放情况下的煤矸边界变化曲线

图3 两刀一放情况下的煤矸边界变化曲线

由分析结果可知，随着放煤步距的不断增加，在放煤后的煤矸的边界曲线有效显著的变化，顶煤的始动点显著前移，并且在放煤后的边界线和放煤前的边界线之间的距离也随着放煤步距的增加而加大，这表明了随着放煤步距的增加，每次的放煤量随着加大。

不同放煤步距情况下，放煤后的残渣形态如图4所示。

图4 不同放煤步距情况下的残渣形态

由分析可知，当采用“一刀一放”时，煤矸石和顶煤能够同时到达放煤口处，煤矸石分界线略落后于尾梁下部边界，而当采用“两刀一放”时顶煤先与采空区的矸石到达放煤口，导致矸石与煤炭混合降低了煤炭的质量，因此采用“一刀一放”的放煤步距方案，能够获得更高的顶煤出采率。

3 高效综采放煤机构研究

液压支架的放煤机构也直接关系到顶煤出采率，现有的液压支架放煤机构的前支架是一组双连杆结构，后支架是单连杆的结构，其位于液压支架的中间位置，极大影响了放煤作业时的操作难度和对放煤效果的观察。同时因后连杆位于支架中间位置，对前后的联通巷道形成了一定的阻碍[4]，给井下综采作业人员的移动造成了极大影响。因此为进一步提升井下综采作业效率提高顶煤的出采率，本文提出了一种新的四连杆液压支架结构，优化了各液压支架支撑结构的步距，将后侧的单连杆结构优化为了双连杆结构，极大提升了综采放煤作业时的操作便利性，其结构如图5所示。

图5 新型四连杆液压支架结构

4 厚煤层综采作业放煤方式的研究

综采作业的放煤方式主要是指放煤口煤层放煤的放煤量以及放煤次数，目前常用的放煤方式主要包括单轮顺序放煤、多轮顺序放煤、单轮间隔放煤以及多轮间隔放煤方案，在特厚煤层条件下煤层单次出煤量大，采用单轮放煤方案容易造成煤炭积压，因此易采用多轮放煤的方案。本文以某矿特厚煤层为研究对象，其煤层厚度约为10.7 m～13.2 m，分别对多轮间隔放煤以及多轮顺序多口放煤方案进行了验证，结果表明采用工多轮顺序多口放煤方案能够在最短的时间内将采集的煤炭进行放煤，效率最高。