大倾角特厚煤层综放开采顶煤冒放性评价

2022-01-21李春光

煤 2022年1期

李春光

(山西寿阳潞阳瑞龙煤业有限公司，山西寿阳 045400)

通过综放开采工艺可以大大提高矿井生产能力，实现安全高效生产，顶煤的冒放性是影响综放工作面生产效率的重要因素。若综放工作面顶煤冒放性差，会造成采煤机截割之后，顶煤难以垮落，影响煤炭资源的回收率，必须采取强制放顶煤的技术措施。而各煤矿综放开采实际工程地质条件千差万别，因此必须根据其工程地质条件的情况，对影响顶煤冒放性因素进行综合分析，进而对顶煤的冒放性进行综合评价。

1 矿井及工作面基本情况

庞庞塔煤矿地处山西省临县县城以东，井田南北长20 km、东西宽3 km，面积60.731 km2，保有储量约12亿t，产能1 000万t/a。9-301工作面位于三采区，工作面走向长1 327 m，倾斜长247 m，北侧与采区暗斜井相邻，其南侧与井田边界相邻，西侧与已回采的9-101工作面相邻，东侧煤炭资源未开采，部分地段上覆5号煤层5-108、5-101采空区。盖山厚度为320～500 m，平均埋深460 m。9号煤层厚度10.8～12.4 m，平均11.8 m；倾角4～30°，平均20°。机采高度、放煤高度分别为3.2 m、8.6 m，采用一采一放的方式，割煤步距0.8 m。

2 影响顶煤冒放性的因素及其评价函数

大倾角特厚煤层综放开采顶煤冒放性的影响因素如图1所示。

图1 大倾角特厚煤层综放开采顶煤冒放性的影响因素

如图1所示的各项影响因素，根据综放采场顶煤冒放性控制理论等相关文献的研究成果，综采放顶煤冒放性模糊评定因素的隶属函数如下[1-2]:

2.1 煤层强度

1) 煤层硬度。一般情况下，对缓倾斜煤层f=0.8～2.0时,放顶煤效果较好。在大倾角煤层中，对软煤性质的顶煤冒放较为有利，当f=0.3～1.0时，顶煤的冒放性最好。煤层硬度的评价函数为：

(1)

式中：p11为煤的硬度系数。

2) 煤层节理裂隙发育程度。为一项定性的影响因素，若煤层节理裂隙发育程度较高，则顶煤冒放性较好，反之亦然。通过如表1所列的分类情况对其分析评价。

2.2 开采深度

当开采深度较大时，受矿压作用顶煤尚未放出前已发生较大程度的变形破坏；相反地，当其开采深度较小时，在工作面推采几个月后矿压显现仍不显著。开采深度的评价函数为：

(2)

式中：p2为工作面的开采深度，m。

2.3 煤层厚度

近水平、缓倾斜煤层综放开采条件下，若煤层越厚，其顶煤的冒放性越好；但对于大倾角煤层综放开采，若煤层厚度太小，则直接顶岩层和顶煤可能会出现超前破碎被一同放出，若煤层厚度太大，在矿压作用下顶煤的充分松动效果不明显，其冒放性也不理想。煤层厚度的评价函数为：

(3)

式中：p3为煤层厚度，m。

2.4 煤层倾角

通常情况下，煤层倾角越大，受重力的作用顶煤越易于变形垮落，然而此时顶板对于煤层的作用力也越小。煤层倾角的评价函数为：

(4)

式中：p4为煤层倾角，(°)。

2.5 煤层顶、底板条件

在大倾角煤层条件下，底板稳定性对顶煤冒放性尤为显著，在底板稳定性较差时，易导致底板出现滑脱，将会造成顶煤难以垮落的情况。煤层顶、底板条件的类别划分及评价值见表1。

2.6 煤层夹矸

通过目前综放开采现场情况统计反映，在夹矸厚度≤0.3 m时，对顶煤的冒放性影响不大；在夹矸厚度>0.3 m时，易堵塞放煤通道。并且夹矸强度较大时，其放煤效果也就越差。煤层夹矸厚度、强度的评价函数分别为：

(5)

(6)

式中:p61为夹矸总厚度与煤层厚度的比值；p62为夹矸的抗压强度，MPa。

2.7 其他定性影响因素

其他定性影响因素的类别划分及评价值见表1。

表1 定性因素的类别划分及评价值

3 灰色-模糊评价模型

应用灰色决策方法中的灰色统计方法及模糊数学理论建立大倾角特厚煤层顶煤可放性评价模型。令V={V1，V2，V3，V4，V5}={好，较好，一般，较差，差}为评价灰类，根据综放采场顶煤冒放性控制理论等相关文献的研究成果[3-4]，对应V1～V5有图2(a)～(e)表示的标准函数。

图2 评价集的标准函数

根据上述评价程序进行分析评价，将大倾角特厚煤层综放开采顶煤冒放性划为5个评价类别：冒放性好的第Ⅰ类，在无强制放顶技术措施的前提下，顶煤能够顺利冒放；冒放性较好的第Ⅱ类，在采用松动爆破等技术措施的前提下，顶煤才能够顺利冒放；冒放性一般的第Ⅲ类，在采用煤层注水、放震动炮等技术措施的前提下，顶煤才能够顺利冒放；冒放性较差的第Ⅳ类和冒放性差的第V类，顶煤很难冒放，不适合采用综放开采工艺[5]。