麻家梁4号煤层综放开采放煤方法优化研究

2021-05-12张骞

煤 2021年5期

张骞

(晋能控股集团,山西大同 037003)

麻家梁矿位于山西省朔南矿区，是一座年产1 200万t的特大型矿井，采用立井双水平开拓方式，现开采一水平，开采煤层为4号煤层，煤层厚度约6.5～7.5 m，布置有两个高产高效放顶煤工作面，年产达到了1 200万t的能力。矿井自投产以来一直采用单轮顺序放煤法，原煤含矸率普遍较高，最高达40%以上，在多出煤的同时，排矸量也显著增加，致使矿井经济效益水平并不高，本文以椭球放矿理论为指导，依据煤层参数，对放煤方法进行优化[1-2]。

1 工程概况

麻家梁4号层一盘区14106综放工作面，工作面倾向长280 m，煤厚6.5～7.5 m，开采深度为520.4～561.3 m，煤层f值为2.5。工作面选用ZF13000/25/38支撑掩护式放顶煤支架，工作面机采高为3.5 m，顶煤厚3～4 m，采放比为1∶0.86～1∶1.14。设计的放煤方法为单轮间隔放煤法，应用此法发现顶煤中的含矸率较高，优化为单轮分组间隔放煤法后，实现了顶煤回收率高、煤炭含矸率低的良好效果。

2 单轮分组间隔放煤法

依据放煤漏斗理论计算可知，在顶煤厚3～4 m，放煤漏斗线与水平方向夹角为52°时，形成两个互不交叉的放煤漏斗，最小间隔3架支架。基于此，沿着工作面每6架划分为一个区段，其中1～3号架为一级，5号架为二级，4号、6号架为三级。为了减少放煤过程中的混矸率，应尽量让煤岩分界面均匀下降，具体放煤过程如图1所示。

图1 放煤工艺示意(m)

放煤步骤如下：

步骤1：三个放煤工紧跟采煤机同时放一级支架(1～3号支架)顶煤。

步骤2：一级支架放煤完成后，三个放煤工间隔三个支架同时再放相邻的一级支架(7～9号支架)顶煤。

步骤3：相邻一级支架顶煤放完后，三个放煤工返回先放二级支(5号支架)顶煤。

步骤4：二级支架顶煤放完后再放相邻的三级支架(4号、6号支架)顶煤。

之后，放煤作业重复2～4步骤的放煤过程。

3 单轮分组间隔放煤工艺优点

单轮分组间隔放煤法与单轮间隔放煤法相比，不仅提高了顶煤的回收率，而且最大限度地降低了顶煤的含矸率。以3～4 m顶煤为例，单轮分组间隔放煤工艺每个循环6架支架只产生一个煤岩分界面，较单轮间隔放煤工艺(见图2)，煤岩分界面降低66%，减少了放煤过程中因相邻支架矸石蹿入而造成的提前见矸的情况。

一级支架放煤过程中，不会有相邻支架矸石的蹿入，矸石主要产生于顶板。三级支架在放煤的过程中，随时会有相邻支架矸石的蹿入。采用单轮间隔放煤工艺时：在“见矸关窗”的情况下，会导致图2中间隔架上方的顶煤无法回收，完全不混矸石的情况下，顶煤的回收率约为50%；允许含矸率为17.5%的条件下，顶煤回收率为62.7%。采用单轮分组间隔放煤法：在“见矸关窗”完全不混矸石的情况下，顶煤的回收率约为75%；若允许含矸率为7.2%时，顶煤回收率可达到97%。

图2 单轮间隔放煤工艺示意(m)

可见，放煤操作实现“见矸关窗”，关系到顶煤中含矸率的多少。因此将一级、二级、三级支架用绿、黄、红三种颜色加以区分，以促进操作工在放煤环节实施 “定量化”“见矸关窗”操作。

4 放煤工艺“定量化”操作试验

应用单轮分组间隔放煤工艺时，为促进操作工在放煤环节精确掌握各级支架放煤时的摆梁角度、放煤时间，进而指导放煤工的现场实际操作，对放煤环节的操作进行了“定量化”试验。试验地点顶煤的厚度为4 m，泵站压力30 MPa，在移支架为6架，分为3组。

试验结果显示：一级支架总放煤时间平均为75 s时，尾梁最大摆动角度为24°；二级支架总放煤时间为48 s时，尾梁最大摆动角度为13°；三级支架总放煤时间为23 s时，不需摆动尾梁(各级支架放煤形态如图3、图4和图5所示)。支架标准形态时后摆梁与水平成38°，向上最大摆动20°，向下最大摆动39°，放煤口的最大宽度为1 048 mm。

图3 一级支架放煤示意(mm)

图4 二级支架放煤示意(mm)

图5 三级支架放煤示意(mm)

通过现场试验发现：一级支架放煤时，若放煤口全部打开时，后溜煤量较大且煤尘较多，不易观察见矸情况。当放煤口开1/2时，大块顶煤无法放下，将放煤口开至3/4(尾梁最大摆动角度24°)摆动两次尾梁，有利于顶煤的下放。二级支架放煤时，顶煤量较少且破碎较充分，将放煤口开1/2(尾梁最大摆动角度13°)，有利于顶煤的下放。三级支架放煤时，顶煤破碎充分，同时顶煤量少，只需收回插板即可。

通过现场“定量化”操作试验，精确确定了单轮分组间隔放煤工艺条件下，放煤时各类支架的摆梁角度、放煤作业时间，实现了现场放煤工实际操作的“定量化”。