特厚煤层工作面顶煤冒放性评价及放煤工艺

邱晓念

（晋能控股煤业集团塔山煤矿有限公司，山西 大同 037000）

长期以来，我国一直以煤炭作为主要消费能源。随着国民经济的快速增长，煤炭需求量和开采强度逐渐加大，赋存较好的煤炭资源已经逐步开采殆尽，厚煤层煤炭资源的开采逐渐发展起来。据相关资料显示，在我国现有的赋存煤炭资源中，厚煤层以及特厚煤层占45%左右。因此，厚煤层以及特厚煤层开采技术得到了快速发展，目前常见的厚煤层开采方法主要有分层开采、放顶煤开采。其中，放顶煤开采具有成本低、效率高等优点，已经得到了广泛应用[1-3]。顶煤冒放性与放顶煤工艺设计密切相关，顶煤冒放性是指顶煤体在矿山压力的作用下，其冒落与放出的难易程度，主要影响因素包括：煤层开采深度、煤层强度、煤层厚度、煤层夹矸、煤层顶板、煤体节理裂隙发育程度等[4-5]。

1 顶煤冒放性评价方法及评价

1.1 顶煤冒放性评价方法

顶煤冒放性采用隶属度评价方法，隶属度评价因素包括开采深度与煤层强度比值（H/RC）、直接顶岩性、基本顶级别、采放比、煤层节理裂隙、夹矸层厚度及强度，按不同因素隶属度对应的权重进行求和，计算得到顶煤冒放性隶属度，根据计算得到的隶属度判断顶煤冒放性[6]。顶煤冒放性隶属度μ采用下式进行计算。

μ=ΣAi·μi

式中：Ai表示不同因素隶属度对应的权重，见表1；μi表示不同因素对应的隶属度值，参考文献[6]。

表1 不同因素隶属度对应的权重

根据公式计算得到的顶煤冒放性隶属度μ，对比表2 中顶煤冒放性分类，对顶煤冒放性进行评价。

表2 顶煤冒放性分类

1.2 顶煤冒放性评价

采用隶属度评价方法对塔山煤矿一盘区8117 工作面、二盘区8209 工作面、8234 工作面以及三盘区8303 工作面进行顶煤冒放性评价，各影响因素对应的隶属度取值及顶煤冒放性隶属度计算结果见表3。

表3 各影响因素对应的隶属度取值及计算结果

根据计算结果，一盘区8117 工作面、二盘区8209 工作面顶煤赋存条件好，顶煤冒放性好；三盘区8303 工作面顶煤中包含较厚矸石，且煤层厚度较小，顶煤冒放性一般；二盘区8234 工作面顶煤厚度较大，顶煤硬度较大，顶煤冒放性一般。

2 放煤工艺选择

2.1 放煤工艺推荐

根据不同工作面的顶煤冒放性评价结果选择放煤工艺，结合塔山矿各盘区综放工作面顶煤冒放性分析报告、放煤过程中煤岩体流动的特征，以及塔山矿生产积累的放煤经验，推荐采用不同的放煤工艺，见表4。

表4 放煤工艺分类推荐表

2.2 放煤工艺的选择

塔山煤矿采用一面一策的放煤工艺，根据放煤工艺分类推荐表，确定一盘区8117 工作面、二盘区8209 工作面、8234 工作面以及三盘区8303 工作面放煤工艺，具体如下：

（1）8117 面放煤工艺

① 工作面的平均煤层厚度12.83 m，采高3.8 m，平均放煤高度9.03 m，采放比1:2.37，循环进度为0.8 m，放煤步距0.8 m；

② 采用单轮三级间隔放煤工艺（Ⅰ1），一刀一放。如图1。

图1 单轮三级间隔放煤工艺示意图

（2）8209 面放煤工艺

① 工作面的平均煤层厚度12.8 m，采高3.8 m，平均放煤高度9.02 m，采放比1:2.38，循环进度为0.8 m，放煤步距0.8 m；

② 采用单轮三级间隔放煤工艺（Ⅰ1），一刀一放。

（3）8234 面放煤工艺

① 工作面的平均煤层厚度11.95 m，采高3.8 m，平均放煤高度8.15 m，采放比1:2.14，循环进度为0.8 m，放煤步距0.8 m；

② 采用多轮顺序放煤工艺（Ⅱ1），一刀一放。如图2。

图2 多轮顺序放煤工艺示意图

（4）8303 面放煤工艺

① 工作面的平均煤层厚度7.4 m，采高3.8 m，平均放煤高度3.91 m，采放比1:1.03，循环进度为0.8 m，放煤步距1.6 m；

② 采用单轮顺序放煤工艺（Ⅱ2），两刀一放。如图3。

图3 单轮顺序放煤工艺示意图

3 8234 工作面放煤效果工业实践

8234 工作面采用SL-500 型采煤机、PF6/1142型前部刮板运输机、PF6/1342 型后部刮板运输机、ZF15000/27.5/42D 型放顶煤支架，工作面的平均煤层厚度11.95 m，采高3.8 m，平均放煤高度8.15 m，采放比1:2.14，循环进度0.8 m，放煤步距0.8 m，工作面采用多轮顺序放煤工艺，工作面回采时统计了顶煤放出率以及支架来压情况。图4 给出了顶煤放出率和工作面支架来压的数量关系图。由图可知，顶煤放出率和工作面来压情况呈现正相关。同时根据统计结果，工作面来压范围小于10%时，顶煤放出率在69%左右；当工作面来压范围在10%～50%之间时，顶煤放出率在74%左右；当工作面来压范围大于50%时，顶煤放出率在84%左右。

图4 顶煤放出率和工作面支架来压的数量关系图

4 结论

采用隶属度评价方法对塔山煤矿工作面进行了顶煤冒放性评价，结果显示，一盘区8117 工作面、二盘区8209 工作面顶煤冒放性好，二盘区8234 工作面和三盘区8303 工作面顶煤冒放性一般。确定一盘区8117 工作面、二盘区8209 工作面采用单轮三级间隔放煤工艺，二盘区8234 工作面采用多轮顺序放煤工艺，三盘区8303 工作面采用单轮顺序放煤工艺。在8234 工作面回采时，进行了放煤效果现场实测，结果显示顶煤放出率和工作面来压情况呈现正相关，当工作面来压范围大于50%时，顶煤放出率在84%左右，精煤产出率增加5%左右（56%→63%），顶煤回收率增加4%（83%→88%）。