提高综采放顶煤工艺回收率的方法探讨.pdf

2023 年第 8 期2023 年 8 月目前，综采放顶煤工艺是开采厚及特厚煤层的一种高效且成本较低的工艺，在很多煤矿得到了广泛的应用并取得了不错的效果。这项工艺最大的优势在于充分利用了矿山压力，提高了开采高度。然而，在应用中也发现该项工艺存在一些问题，主要是煤炭资源回收率低。根据山西兰花集团东峰煤矿有限公司（以下简称“东峰煤矿”）对回采工作面回收率的统计，这项工艺的资源回收率约为 85%，比普通综采工艺的回收率低 10%左右。显然，这种开采工艺会造成煤炭资源的浪费，不利于煤炭资源的可持续发展。当前，随着中国浅部煤炭资源枯竭，逐步进入到深部开采阶段，煤炭开采的成本增加，提高煤炭资源的回收率具有十分重要的意义1-3。本文参考东峰煤矿布置和综采放顶煤的经验，围绕综采放顶煤工艺回收率影响因素展开分析，重点探讨了提高综采放顶煤工艺回收率的方法。1综采放顶煤工艺概述综采放顶煤工艺是利用矿山压力进行开采的一种采煤工艺。在煤矿开采时，在矿山压力的作用下液压支架上方的煤体发生破碎，通过在液压支架后方增加一个放煤口，就可以放出破碎煤体，从而实现对煤体的高效开采，如图 1 所示。在这项工艺中，采放比（机采高度h1与放顶煤高度h2之比）是一个非常重要的参数。采放比越小，一次性开采的煤层厚度越大，资源回收率越高（煤层开采的厚度为h1与h2之和）。但是，由于矿山压力作用的空间范围有限，放顶煤高度h2不能太大。与普通综采工艺相比，综采放顶煤工艺主要是增加了放煤量。在一些特殊情况，放顶煤高度h2可以达到机采高度h1的 3 倍，也就是说，可以增产 3 倍。2综采放顶煤工艺回收率影响因素分析采用综采放顶煤工艺时，影响资源回收率的因素有很多，有客观因素，也有主观因素。通常情况下，客观因素起着决定性作用，主要有顶煤不能完全放出、预留煤柱和工作面设计不合理等4-6。下面将进行具体分析。收稿日期：2023-01-17作者简介：车育飞袁 1986 年生袁 男袁 山西泽州人袁 助理工程师袁 主要从事综采工作面技术方面的工作遥提高综采放顶煤工艺回收率的方法探讨车育飞（山西兰花集团东峰煤矿有限公司，山西 高平 048400）摘要：综采放顶煤工艺是厚及特厚煤层开采的一种高效工艺遥 然而袁 这项工艺在一些开采条件下存在煤炭资源回收率低的问题遥 煤炭资源是一种不可再生资源袁 其高效回收对于煤矿的可持续发展具有十分重要的意义遥 分析了综采放顶煤工艺回收率的影响因素袁 主要有顶煤不能放出尧 预留煤柱和工作面设计不合理等曰 结合山西兰花集团东峰煤矿有限公司的资源回收情况袁 探讨了提高综采放顶煤工艺回收率的方法袁 主要有加强地质勘探尧 采用无煤柱开采技术和对顶煤进行弱化处理等遥 此次研究可以为煤矿提高综采放顶煤工艺回收率提供一定的参考遥关键词：厚煤层开采曰 综采放顶煤工艺曰 回收率中图分类号：TD823文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)08-0030-03Methods for Improving Recovery Rate of Fully Mechanized Top CoalCaving TechnologyCHE Yufei(Dongfeng Coal Mine Co.,Ltd.,Shanxi Lanhua Group,Gaoping 048400,Shanxi,China)Abstract:The fully mechanized top coal caving technology is an efficient technology for mining thick and ultra-thick coal seams.However,this technology has the problem of low coal recovery rate under some mining conditions.Coal resource is a non-renewableresource,and its efficient recovery is of great significance for the sustainable development of coal mines.This paper analyzed theinfluencing factors of the recovery rate of the fully mechanized top coal caving technology,mainly including the inability to releasetop coal,reserved coal pillars,and unreasonable design of the working face;combined with the recycling of Dongfeng Coal MineCo.,Ltd.of Shanxi Lanhua Group,it discussed the methods to improve the recovery rate of fully mechanized top coal cavingtechnology,mainly including strengthening geological exploration,adopting non-pillar mining technology and weakening top coal.This study can provide some reference for improving the recovery rate of fully mechanized top coal caving technology.Key words:thick coal seam mining;fully mechanized top coal caving technology;recovery rate（总第 215 期）能源产业302023 年 8 月2023 年第 8 期2.1顶煤不能完全放出在采放比合理的情况下，顶煤在理论上是可以完全放出的。然而，在一些特殊情况下，顶煤不能完全放出。顶煤主要依赖矿山压力的作用实现破碎。若顶煤的硬度过大或顶煤中含有矸石层且厚度较大，则顶煤不能完全放出。在夹矸厚度较大时，由于矸石层的硬度较大，在矿山压力的作用下不能破碎，矸石层以上的煤层不能破碎放出。当矸石层分布范围较大时，顶煤的回收率较低。在煤层硬度较大时，顶煤在破碎时会形成较大的块体，很难从液压支架的放煤口放出，这也会造成顶煤回收率较低。以上是客观因素对资源回收率的影响，在主观因素方面，东峰煤矿为保证综采放顶煤工作面两端头（工作面机头和机尾）顶板的可靠管理，对工作面两端头各 3 个支架铺联金属网，且不放顶煤，这也直接影响到资源的回收。2.2预留煤柱由于综采放顶煤工艺的开采强度较大，回采过程中工作面的回风顺槽和运输顺槽承受了较大的矿山压力。此外，在放顶煤高度较大时，巷道的高度不能与煤层高度相同（见图 2），这使得巷道更容易受到采动的影响。为了维持回采巷道的稳定性，需要预留一定宽度的煤柱。在回采过后，这些煤柱靠近采空区，承受了较大的矿山压力，难以进行回收。通常情况下，这些煤柱的宽度在 20 m 以上，这会造成煤炭资源回收率降低。2.3工作面设计不合理在工作面设计过程中，由于获得的地质资料不够全面或精度不高，设计的工作面中存在较多地质构造，例如断层、陷落柱、含水层等。在地质构造区域附近开采时，由于岩层处于不稳定状态，需要控制合适的放煤高度，以维持煤层顶板的稳定性。在一些特殊情况下，在很大区域内不能放顶煤，例如顶板距离含水层较近，顶板断裂会导致含水层的水涌入到工作面。由于工作面设计不合理，在一些区域顶煤不能放出，这会导致煤炭资源回收率降低。3提高综放工作面回收率的方法前文分析了综采放顶煤工艺回收率的影响因素，需要采取措施提高综采工作面的回收率。在实际生产中，可以采用的方法主要有加强地质勘探、采用无煤柱开采技术和对顶煤进行弱化处理等7-8。下面将进行具体的分析。3.1加强地质勘探鉴于地质构造会对综放工作面的布置产生影响，需要加强煤矿地质勘探。东峰煤矿通过对回采区域的地质资料进行详查，同时对相邻矿井进行走访交换图纸资料，从而掌握地质构造分布情况。针对传统的钻探方法勘探精度低且数据量较少的问题，需要配合物探技术进行勘探。常用的井下物探方法主要有瞬变电磁法和无线电坑透法。利用瞬变电磁法可以获取特殊地质构造的分布范围，如图 3 所示。根据物探的结果，可以对工作面的布置进行优化，从而避免地质构造区域出现大量的煤炭损失。图 3瞬变电磁法勘探异常地质构造示意图此外，通过加强地质勘探，还可以获取煤层准确的发育状况，特别是煤层厚度的变化情况。在设计时，采放比是确定的。然而，对于一些煤层厚度发生变化的区域，需要合理地调整采放比，这样才能使顶煤在矿山压力的作用下完全放出。图 1放顶煤开采工艺示意图图 2放顶煤开采时回采巷道的布置图h2h1顶板煤层巷道 1巷道 2底板巷道顶板煤层底板含水构造车育飞：提高综采放顶煤工艺回收率的方法探讨312023 年第 8 期2023 年 8 月3.2采用无煤柱开采技术为了避免开采过程中煤柱的损失，应该采用无煤柱开采技术。目前，主流的无煤柱开采技术主要有沿空留巷和沿空掘巷。当下东峰煤矿采用的是沿空留巷技术。沿空留巷是通过巷旁支护将工作面的回风顺槽和运输顺槽保留下来作为下个工作面的回采巷道。在东峰煤矿实施沿空留巷的过程中，传统巷旁支护（见图 4）的效果较差，巷道容易发生较大的变形。针对上述情况，东峰煤矿采用了何满潮提出的切顶卸压沿空留巷技术。运用该技术时通过将采空区一侧巷道的顶板切断，进而阻断采空区顶板支承压力的传递，从而控制巷道的变形，如图 5 所示。东峰煤矿在未采用无煤柱开采技术前，煤柱的宽度是 5070 m，工作面的宽度是 120 m，在采用沿空留巷无煤柱开采技术后，不需要留煤柱，则煤炭资源的回收率得到一定程度的提高。除此之外，不留煤柱可以避免煤炭储量的减少，有助于延长矿井的服务年限。3.3对顶煤进行弱化处理顶煤不能完全放出是综采放顶煤工艺普遍面临的问题。一方面，煤层中含有夹矸层，导致顶煤不能破碎；另一方面，煤层硬度较大，在支承压力的作用下，顶煤不能完全破碎。总的来说，造成这种现象的主要原因是顶煤硬度大。为此，需要采取措施对顶煤进行弱化，常采取的措施主要有松动爆破和煤层注水等。松动爆破的效果比较好，但是出于经济方面的考虑，需要控制钻孔的深度和间距；煤层注水见效比较慢，需要控制注水量和注水时间。4结束语综采放顶煤工艺虽然是厚及特厚煤层开采的一种经济工艺，但是在一些特殊条件下存在资源回收率低的问题，不利于煤矿企业的可持续发展。造成综采放顶煤工艺资源回收率低的原因有顶煤不能完全放出、预留煤柱和工作面设计不合理等。在此情况下，可以从加强地质勘探、采用无煤柱开采技术和对顶煤进行弱化处理等几个方面出发提高煤炭资源回收率。此次研究可为煤矿提高煤炭资源的回收率提供一定的参考。参考文献：1 刘树海.综采放顶煤回采工艺及提高回采率的措施 J.能源与节能，2022(9)：100-102.2 刘园.提高综采放顶煤工作面回采率的措施研究 J.山西化工，2021，41(4)：87-88.3 董鸿.提高综采放顶煤工作面回采率的措施 J.西部探矿工程，2019，31(7)：125-126.4 周长建，安招杰.浅谈如何提升综采放顶煤工作面煤炭资源回收率 J.技术与市场，2019，26(2)：125.5 周拓疆.提高综放工作面顶煤回收率技术研究 J.山东煤炭科技，2015，33(7)：27-28.6 王红星.提高综采放顶煤工艺煤炭回收率的探索和展望 J.煤，2015，24(7)：43-44.7 张国盛.提高综采放顶煤采煤法煤炭回收率的途径和方法 J.黑龙江科技信息，2013(32)：25.8 金明乾.通过合理的放顶煤工艺参数提高顶煤采出率 J.科技资讯，2012(14)：97.（编辑：刘晓芳）图 4传统的无煤柱开采示意图图 5切顶卸压沿空留巷施工示意图第二工作面沿空留巷采空区矸石巷旁充填巷旁单体支柱采空区矸石第二工作面切落成巷帮恒阻锚索32