采礦工程本科畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)綜采放頂煤工作面回采率的討論

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1、對(duì)綜采放頂煤工作面回采率的討論 摘要：綜采放頂煤工作面回采率一直是制約我國(guó)綜放開(kāi)采進(jìn)一步發(fā)展的問(wèn)題之一。本文論述了我國(guó)綜放開(kāi)采回采率現(xiàn)狀，研究了綜放開(kāi)采頂煤損失構(gòu)成和形成機(jī)理，系統(tǒng)地分析了綜放回采工作面的煤炭損失，并在此基礎(chǔ)上，從采煤工藝、設(shè)備等方面提出了提高綜放回采工作面回收率的有效技術(shù)途徑及管理方法，以及回采率的計(jì)算。 關(guān)鍵字：放頂煤 回采率 損失量 措施 一、 引言 我國(guó)于1982年引進(jìn)綜采放頂煤工藝技術(shù)以來(lái)，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過(guò)20年來(lái)的不斷探索、研究和試驗(yàn)，我國(guó)綜放開(kāi)采技術(shù)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，每年綜放開(kāi)采的煤炭產(chǎn)量已占全國(guó)重點(diǎn)國(guó)有煤礦年產(chǎn)量的1/5~1/4。無(wú)疑

2、，綜放開(kāi)采為我國(guó)厚煤層尤其是特厚煤層的開(kāi)采開(kāi)創(chuàng)了一條新路子，成為我國(guó)開(kāi)采厚煤層最有效、經(jīng)濟(jì)效益最好的手段，使我國(guó)厚煤層開(kāi)采技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)居于世界領(lǐng)先水平。 現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)充分掌握這種針對(duì)厚煤層的采煤方法。綜采放頂煤技術(shù)在我國(guó)得到了迅速發(fā)展，但是綜放技術(shù)中的瓦斯、煤塵工作面自燃發(fā)火及頂煤回收率等問(wèn)題是制約綜放開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的重要因素。然而統(tǒng)計(jì)資料表明，仍有一些礦井綜放回采工作面的回采率較低，有的還不到50%，造成了一定數(shù)量的煤炭資源損失。采煤方法的改革是技術(shù)進(jìn)步的表現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)集中生產(chǎn)、高產(chǎn)高效的根本保證。但回采率問(wèn)題是綜放開(kāi)采工藝必須研究解決的最為重要的問(wèn)題之一，研究分析綜放開(kāi)采的煤炭損失的構(gòu)成，

3、計(jì)算回采率以及尋求提高回采率的途徑。 二、放頂煤工作面回采率的計(jì)算 采區(qū)和工作面回采率，是綜采放頂煤的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采成功與否的重要尺度。在綜采放頂煤工作面，其實(shí)際的開(kāi)采高度一般難以通過(guò)實(shí)測(cè)確定。由于計(jì)算參數(shù)難以準(zhǔn)確測(cè)量，采出煤量的準(zhǔn)確性也就是很差。因此，在無(wú)法測(cè)出實(shí)際采高和采出煤量時(shí)，采用改正后的統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量來(lái)代替計(jì)算產(chǎn)量是比較切合實(shí)際的計(jì)算方法。 1． 綜采放頂煤工作面回采率的計(jì)算 （1）工作面可采儲(chǔ)量（Qs，t）： 式中 a——工作面走向?qū)崪y(cè)長(zhǎng)度（不包括切眼），m； b——工作面實(shí)測(cè)長(zhǎng)度（不包括上、下巷道寬度），m； M——工作面實(shí)測(cè)平均厚

4、度，m； γ——煤的容重，t/m3。 （2）工作面采出煤量的計(jì)算 放頂煤綜采工作面的實(shí)際采出煤量，在不能測(cè)算實(shí)際采出煤量時(shí)，可以采用統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量代替，但需要進(jìn)行水分、灰分和矸石量改正。 實(shí)際采出煤量（Q1，t）： 式中 Q2——統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量，t； y1——煤樣水分，%； y2——原煤全水分，%； y3——原煤灰分，%； y4——煤樣灰分，%； y5——矸石灰分，%； y6——原煤含矸率，%。 （3）工作面煤量總損失量（Q3，t）： （4）工作面回采率的計(jì)算 工作面回采率（ Sf）： 工作面煤炭損失率（

5、Sf`）： 2．放頂煤綜采采區(qū)煤炭回采率計(jì)算 采區(qū)回采率（Sp，%）： 式中 Q1`——改正后的采區(qū)產(chǎn)量，t； Qs`——采區(qū)可采儲(chǔ)量，t。 采區(qū)煤炭損失率（Sp`，%）： 采區(qū)采出煤量（QT）為采區(qū)內(nèi)各工作面實(shí)測(cè)產(chǎn)量與采區(qū)巷道掘進(jìn)煤量的總和，其計(jì)算方法如下： 式中 ∑Q2i——巷道掘進(jìn)出煤量，t； ∑Q1i——采區(qū)工作面改正煤量總和，t。 巷道掘進(jìn)煤量可用下式計(jì)算： 式中 Ai——煤巷斷面積，m2； Li——各煤巷長(zhǎng)度，m。 放頂煤綜采采區(qū)的煤炭損失主要有：工作面內(nèi)各類煤炭損失，如工作面初采、末采損失量，工作面端頭、端尾損失量，支架放煤口脊背損失量

6、以及其他各種工藝過(guò)程中的煤炭損失量等。還有工作面以外的各類煤柱損失，其他不可預(yù)見(jiàn)的損失。 在實(shí)際統(tǒng)計(jì)煤量時(shí)，往往出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量與計(jì)算產(chǎn)量間有嚴(yán)重差別，即采出煤量出現(xiàn)漲噸現(xiàn)象，漲噸量抵消回采中的各類損失，造成工作面回采率偏高。因此，對(duì)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量一般應(yīng)除以1.1倍的漲噸系數(shù)。 三、綜放開(kāi)采工藝煤炭損失分析量及其特點(diǎn) 綜放開(kāi)采時(shí)煤炭回收率偏低主要是由兩方面的因素引起的： （1） 放頂煤開(kāi)采設(shè)計(jì)決定的損失 （2） 放煤工藝造成的煤炭損失 而這些損失有的是可以避免和減少的，有的則是不可避免的。 任何井工開(kāi)采方法都不可能將井下煤炭資源百分之百地采出來(lái)，總是有一部分損失。采煤方法不同，其損失量的構(gòu)

7、成也不同。綜采放頂煤是一種特殊的采煤工藝，它的損失量的構(gòu)成與傳統(tǒng)的開(kāi)采方法不同，有以下幾種： 1.初采頂煤損失量 初采損失為頂煤初次垮落以前頂煤無(wú)法回收以及直接頂垮落前頂煤只能回收一部分所造成的損失。初采損失由兩部分組成：一是頂煤在工作面離開(kāi)切眼后不能及時(shí)垮落而丟失的部分；二是頂煤開(kāi)始垮落后、直接頂垮落前有一部分頂煤落在采空區(qū)里無(wú)法回收而丟失的 部分。 在頂煤初次垮落以前，高度為h1的頂煤全部丟失。當(dāng)頂煤初次垮落步距為s1時(shí)，其損失量按下式計(jì)算： 式中 N1——頂煤初次垮落前的損失量，t； s1——頂煤初次垮落步距，m； l——工作面長(zhǎng)度，m；

8、h1——頂煤厚度，m； γ——煤體的容重，t/m3。 在頂煤全部垮落而直接頂尚未垮落的情況下，當(dāng)支架移動(dòng)一個(gè)放煤步距s后，高為h1的頂煤，垮落后其橫截面積可以表示為h1*s。由于直接頂尚未垮落，頂煤垮落后按安息角呈自然堆積，此時(shí)冒落的頂煤尚未形成放落漏斗，只能放出堆積體積線以上的落煤，其下部分全部丟失。其損失量按下式計(jì)算： 式中 N2——頂煤初次垮落后至直接頂垮落前的頂煤損失量，t； s2——直接頂初次垮落步距，m； b——支架掩護(hù)梁長(zhǎng)度，m； α——散煤自然安息角。 則工作面的初采損失為： ； 圖1 頂煤初采損失計(jì)算圖 為

9、了給支架安裝創(chuàng)造條件，防止開(kāi)切眼頂煤冒落，掘進(jìn)時(shí)就鋪設(shè)頂網(wǎng)，其長(zhǎng)度等于開(kāi)切眼的長(zhǎng)度，寬度6-7m。這一部分煤由于金屬網(wǎng)的阻擋，不能從天窗放出而丟棄。其損失量占采區(qū)總損失，最大為4.66%，最小為2.48%，平均為4%；占采區(qū)回采率的1%左右。 2.末采頂煤損失量 末采損失量與頂煤的物理特性無(wú)關(guān)，只與頂煤的厚度和工作面長(zhǎng)度有關(guān)： 式中 s3——工作面停采前不放煤的推進(jìn)距離，m。 工作面到達(dá)停采線以前，為了保證支架拆除時(shí)的頂煤完整性，距停采線12m時(shí)，開(kāi)始鋪?lái)斁W(wǎng)，不放頂煤，直到停采線止，這一部分煤也不能采出。其損失量占采區(qū)總損失的4.01%，占采區(qū)回采率的1%以上。 3．工作面兩端頂

10、煤損失量 綜放工作面兩端一般各有2架過(guò)渡支架不放煤，所造成的頂煤損失量可按下式計(jì)算： 式中 s0——工作面走向推進(jìn)長(zhǎng)度，； β——頂煤放落角； n1——工作面端頭不放煤支架數(shù)。 為維護(hù)工作面上下端頭和運(yùn)輸設(shè)備的安全，工作面兩端各有兩架不放頂煤。按每端2.5m計(jì)，共有5m不放頂煤，其損失量平均占采區(qū)總損失的7%左右，占采區(qū)回采率的2%左右。 圖2 端頭損失計(jì)算圖 4．工作面上、下順槽頂煤損失量 為了保持巷道頂板的完整性，掘進(jìn)順槽時(shí)，在支架與頂板之間鋪有一層金屬網(wǎng)，為強(qiáng)化工作面端頭支架創(chuàng)造條件。因此，兩巷頂煤全部損失。 5．脊背損失量 在相鄰兩支架的天窗

11、之間，有一個(gè)類似三角狀的煤帶，煤帶大小與支架結(jié)構(gòu)有關(guān)，這部分煤不易從天窗中放出，被遺棄在采空區(qū)中。因放煤工藝，該項(xiàng)損失是不可避免的，其損失量約占采區(qū)總損失的1%左右，占采區(qū)回采率的0.5%。 6．工作面放煤工藝損失量 放煤工藝造成的頂煤損失構(gòu)成比較復(fù)雜，主要有脊背損失、矸石混入過(guò)多而失去采出意義造成的損失、大塊煤矸卡口造成的損失等。其影響因素有煤層硬度、采放比、頂煤節(jié)理裂隙發(fā)育程度、煤層上覆巖層結(jié)構(gòu)、工作面仰俯斜角度、選用架型、循環(huán)放煤步距、放煤方式、后部輸送機(jī)高度、放煤工的熟練程度和責(zé)任心等。這一煤量尚無(wú)辦法計(jì)算，但在某一個(gè)工作面的實(shí)際回采率確定后，工作面總損失量中減去上述幾種損失為工藝

12、損失。 經(jīng)實(shí)際觀測(cè)，頂煤在放出過(guò)程中，頂板巖石和煤層接觸面并不總是截然分開(kāi)的，而是發(fā)生了混合，形成了一個(gè)煤、巖混合段。這個(gè)混合段的厚度現(xiàn)還無(wú)法測(cè)定，且與頂煤的可冒性、直接頂?shù)暮穸纫约胺琶翰僮鞣椒ㄓ嘘P(guān)。這項(xiàng)損失量是放頂煤的重要損失量，對(duì)回采率的影響極大。其損失量平均占采區(qū)總損失量的35%左右，占采區(qū)回采率的11%。因此，如何降低工作面放頂煤工藝損失量是提高放頂煤回采率的關(guān)鍵。 四、提高綜放回采工作面回采率的途徑 1．選擇可放性好的煤層 煤層具有可放性,是實(shí)現(xiàn)綜放開(kāi)采的先擇條件。一些回收率較低的綜放面都是頂煤冒落滯后或塊度大,即煤層可放性較差。在上綜放以前,應(yīng)對(duì)綜放開(kāi)采的可行性進(jìn)行論證,按

13、煤層可放性分級(jí)方法,確定可放性,對(duì)可放性較差的煤層,應(yīng)采取輔助落煤措施,如厚煤層可在頂層采一層煤體提前高壓注水軟化切眼頂板爆破,即人工切頂?shù)取? 2．適當(dāng)加大工作面的幾何尺寸 根據(jù)各煤層的地質(zhì)條件、設(shè)備配備、人員素質(zhì)等情況，適當(dāng)加大工作面的尺寸，可以相對(duì)減少初、末采及端頭損失率，是提高工作面回采率的有效途徑。一般以工作面長(zhǎng)200m，走向長(zhǎng)1500m。也可以適當(dāng)擴(kuò)大。 （1）加長(zhǎng)工作面長(zhǎng)度 在沒(méi)有端頭過(guò)渡支架的綜放面,上下端頭不放煤的架數(shù)是固定的,加長(zhǎng)工作面長(zhǎng)度可以減少丟煤比例。 （2）加長(zhǎng)工作面走向 工作面走向加長(zhǎng)可減少工作面的搬家次數(shù),從增加回采率考慮,可以減小初采和臨采丟煤的比例

14、。大幅度增加工作面連續(xù)推進(jìn)長(zhǎng)度綜采工作面搬家一次費(fèi)時(shí)費(fèi)工,因此,在傾斜長(zhǎng)壁巷道布置時(shí),應(yīng)積極采用跨越式的往復(fù)式回采,從而大幅度增加工作面連續(xù)推進(jìn)的長(zhǎng)度,減少搬家次數(shù)。 3．合理選擇放煤工藝 沿工作面長(zhǎng)度方向上任意處都能夠進(jìn)行放煤，因此存在著放煤順序和放煤口同時(shí)開(kāi)啟的數(shù)目問(wèn)題。一般常用的方式有：?jiǎn)屋?、多口、順序、不等量放煤方法，多輪、分段、順序、等量放煤方法和多輪、間隔、順序、等量放煤方法等幾種。這幾種方法基本上都能使煤巖接觸面保持沉降均勻。最佳的放煤工藝應(yīng)是回采率高、含矸率低，而改進(jìn)放煤工藝使之更合理，可以提高回采率、降低含矸率。 （1）多輪順序均勻放煤 放煤順序按1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、…

15、…支架順序進(jìn)行放煤，每次放出頂煤量的1/2~1/3；第一輪放完后，再?gòu)?號(hào)支架開(kāi)始放第二輪，然后放第三輪并把頂煤全部放完。一般情況下，放采比較小時(shí)，即小于3時(shí)，采用雙輪放完煤即可；當(dāng)放采比較大時(shí)，即大于3時(shí)，采用三輪放完的較多。這種放煤順序能使煤巖分界面均勻下降，可得到回采率高和含矸少的效果。這種程序要求操作水平高，放煤速度較慢。從目前情況看，主要應(yīng)用于大采高的急傾斜水平分層放頂煤工作面，而緩傾斜厚煤層放頂煤工作面很少采用，主要原因是放煤速度太慢。 （2）單輪間隔順序均勻放煤 放煤順序是按1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)……支架順序進(jìn)行放煤，放完后再以2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)……支架順序放煤，見(jiàn)矸關(guān)門。為了加強(qiáng)放

16、煤速度，也可以兩個(gè)放煤工相隔一定距離同時(shí)放煤，一人放單號(hào)支架，另一個(gè)人遲后放雙號(hào)支架。這種放煤工藝適用于放采比不大的工作面。由于放煤速度快，回采率較高，矸石混入量也較少，所以實(shí)際采用的較多，如陽(yáng)泉礦業(yè)集團(tuán)的幾個(gè)礦就是采用此放煤工藝。 （3）單輪順序放煤 此放煤工藝是放完第1號(hào)支架，再放2號(hào)支架，依次順序?qū)⒚總€(gè)放煤口的煤全部放完。這種工藝放煤速度快，但是有一不足，即不是混矸嚴(yán)重就是丟煤太多。解決的辦法是通過(guò)使用低位放頂煤支架來(lái)改善回采率和矸石的混入狀況，同時(shí)建立洗煤廠來(lái)提高煤質(zhì)。如潞安礦業(yè)集團(tuán)的五陽(yáng)礦和王莊礦就是如此。 （4）單輪順序折返補(bǔ)放式放煤 先放第1號(hào)支架，見(jiàn)矸后關(guān)門，改放2號(hào)支

17、架，待見(jiàn)矸后折返回頭補(bǔ)放1號(hào)支架，將1號(hào)支架第一次未放凈的殘留余煤經(jīng)放2號(hào)支架活動(dòng)落下的煤補(bǔ)放干凈，然后跳過(guò)2號(hào)支架而放3號(hào)支架，見(jiàn)矸后關(guān)門再折返補(bǔ)放2號(hào)支架，將2號(hào)支架第一次未放凈的殘留余煤經(jīng)過(guò)補(bǔ)放1號(hào)和3號(hào)左右兩架松動(dòng)下的2號(hào)支架架頂余煤補(bǔ)放干凈，之后再放4號(hào)支架。這樣依序放4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、……，每向前放一架，即返回補(bǔ)放前一架，使每一架放煤后都進(jìn)行一次補(bǔ)放。如果想加快放煤速度，可兩人或三人分段同時(shí)放煤，這樣做時(shí)有一點(diǎn)需要注意，即輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，否則，由于放出煤量太多壓死輸送機(jī)。這種放煤方式集中了單輪放煤與多輪放煤、順序放煤與間隔放煤的優(yōu)點(diǎn)，從放煤速度、回采率和混矸率來(lái)看，效果較好。兗州

18、礦業(yè)集團(tuán)的幾個(gè)綜采放頂煤工作面就是采用這種放煤工藝。 在選擇放煤方式時(shí)應(yīng)根據(jù)具體條件而定，而主要的是應(yīng)根據(jù)煤層的厚度來(lái)確定：一般情況下，煤層較薄時(shí)，采用單輪放煤；煤層較厚時(shí)，采用多輪放煤；間隔放煤較順序放煤效果好。單輪放煤工藝簡(jiǎn)單，易于操作；多輪放煤工藝復(fù)雜，操作技術(shù)要求較高。放煤工藝應(yīng)采取單輪間隔放煤的方法，這種方法工人既比較容易掌握，脊背損失相對(duì)又小。 實(shí)踐證明，綜采放頂煤是一種復(fù)雜的綜合采煤技術(shù)，不是有了放頂煤支架就可以獲得高回采率的高產(chǎn)高效，因?yàn)樵黾拥姆琶汗ば虻囊淮尾扇卟擅悍▽?dǎo)致的回收率、含矸率、煤塵、煤層自燃等問(wèn)題，使采煤工藝及技術(shù)比一次采全高和分層開(kāi)采在一定程度上是復(fù)雜化了。

19、總之，應(yīng)把綜采放頂煤當(dāng)做綜合采煤技術(shù)才是正確的。從礦壓觀點(diǎn)出發(fā)，必須解決綜采放頂煤工作面煤巖的可控性、可冒性和可放性，否則將不會(huì)獲得好效果。 4．合理選擇放煤步距 放煤步距是兩次放煤之間綜采工作面向前推進(jìn)的距離。合理地選擇放煤步距，對(duì)提高回采率、降低含矸率十分重要。它與頂煤厚度、破碎質(zhì)量、松散程度及放煤口的位置有關(guān)，還與頂煤冒落時(shí)的垮落角有關(guān)。最佳的放煤步距應(yīng)是頂煤垮落后能從放煤口全部放出的距離。若放煤步距太大，遺留在采空區(qū)的脊背煤炭損失就多，回采率低，但煤質(zhì)好含矸率少；若放煤步距太小，則回采率高，混矸嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在頂煤垮落角為60~90度時(shí)的條件下，達(dá)到合理回收率大于80%和含矸率小于

20、15%的最佳綜合效益時(shí)的放煤步距應(yīng)是1.2~1.8m，也就是采煤機(jī)每割2~3刀（截深為0.6m左右）放一次頂煤為宜。所以要根據(jù)煤層條件破碎松散程度、垮落角等有關(guān)因素，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)最終確定合理的放煤步距。另外，在架型確定以后，放煤步距應(yīng)當(dāng)與支架放煤口的縱向尺寸相一致。對(duì)于綜采放頂煤工作面而言，放煤步距應(yīng)與移架步距（或采煤機(jī)截深）成倍數(shù)關(guān)系，即割一刀、兩刀或三刀煤放一次頂煤。也就是說(shuō)，支架放煤口的縱向尺寸亦應(yīng)與采煤機(jī)循環(huán)進(jìn)刀量成倍數(shù)關(guān)系，否則，若放煤步距大于支架放煤口的縱向尺寸，則會(huì)有一部分冒落的頂煤留在支架放煤口的后方而丟到采空區(qū)；如果放煤步距小于支架放煤口的縱向尺寸，則必然有一部分矸石處于放煤口

21、的上方，放煤時(shí)這部分矸石被一并放出，增加了含矸率。 所以放煤步距應(yīng)根據(jù)煤層厚度、放煤窗口的幾何尺寸及選煤、排矸能力確定。煤層較厚、窗口較大時(shí)，放煤步距就可適當(dāng)加大，否則應(yīng)適當(dāng)縮小。選煤系統(tǒng)若采用洗選加工，排矸能力較大，則適當(dāng)縮小放煤步距，可以提高回采率，又不至于影響煤質(zhì)。 從目前綜采放頂煤工作面的情況看，所用采煤機(jī)的截深一般是0.6m，由于一刀一放（放煤步距為0.6m）或三刀一放（放煤步距為1.8m）其放煤步距不是小就是大，因此大部分工作面采用兩刀一放（放煤步距為1.2m）。而從實(shí)際情況來(lái)看，放煤步距為1.2m并非對(duì)每一個(gè)工作面都是一個(gè)合理值。一般情況下，頂煤高度大時(shí)，放煤步距則偏大，反之

22、則偏小。潞安礦業(yè)集團(tuán)王莊礦的某綜放工作面所采用的采煤機(jī)將0.6m的截深改為0.8m的截深，該工作面采用一刀一放，單輪順序放煤，放煤步距為0.8m，滯后機(jī)組30m追機(jī)放煤，各項(xiàng)指標(biāo)均創(chuàng)好水平。一般情況下，在緩傾斜厚煤層中，放煤步距應(yīng)控制在1.2~1.8m之間。 5．合理選擇液壓支架放煤口的高度 綜采放頂煤開(kāi)采的放煤口高度由選用的液壓支架決定，不同類型的液壓支架有著不同的放煤高度。放煤口位置低的，放煤量多，回采率高，如插板式低位放頂煤支架；掩護(hù)梁上開(kāi)天窗的中位放頂煤支架，放煤口位置較高，相對(duì)降低了放煤漏斗的高度，使低于放煤口底部邊緣的煤無(wú)法進(jìn)入放煤口，從而影響回采率的提高；單輸送機(jī)高位放頂煤支

23、架，其放煤口設(shè)在掩護(hù)梁上，屬于開(kāi)天窗式，放煤口位置最高，底部邊緣距底板高度1.5m左右，放煤體積減少了三分之一，遺留在采空區(qū)的浮煤太厚，增加了煤炭損失，易造成自然發(fā)火。 6．合理選擇放頂煤的高度 確定合理的放頂煤高度對(duì)于順利放落頂煤，提高煤炭的回收率和技術(shù)效益至關(guān)重要。理想狀態(tài)是頂煤充分松散后所增加的高度等于底層工作面采高。因此，放煤厚度與采高之比為3~6.5：1為宜。如采高為2. 5 m，則合理的頂煤厚度為7.5~16m，最佳頂煤厚度可取7.5~10m。我國(guó)實(shí)際采放比一般為1：2.6~6.5。在緩傾斜厚煤層中，除了褐煤礦床以外，目前開(kāi)采的煤層厚度大都在10m以下，在進(jìn)行放頂煤開(kāi)采時(shí)都是一

24、次采全高，如兗州礦區(qū)、潞安礦區(qū)及陽(yáng)泉礦區(qū)等。因此，放頂煤高度即為煤層厚度與機(jī)采高度之差，無(wú)所謂合理的問(wèn)題。但是在急傾斜特厚煤層水平分層放頂煤開(kāi)采中或緩傾斜特厚（超過(guò)15m）煤層中，合理的分層高度的確定則是必須要解決的問(wèn)題。從目前放頂煤的實(shí)踐來(lái)看，最大分層高度達(dá)30多米，當(dāng)然，放頂煤高度與煤層硬度、節(jié)理發(fā)育狀況、煤層結(jié)構(gòu)、夾矸的層數(shù)及硬度等有直接的關(guān)系。從特厚煤層水平分層綜采放頂煤開(kāi)采的實(shí)踐來(lái)看，綜合效果較好的分層厚度以10m為宜，若分層厚度太大，回采率降低或混矸嚴(yán)重。若按采放比考慮，則采放比以1：4左右為宜。 7．?dāng)U大端頭放煤范圍 目前，為了保護(hù)安全出口的支架，一般都留有3~5架不放煤，煤

25、量損失比較嚴(yán)重。而且原能源部1990年制定的《煤礦綜采工作面安全技術(shù)規(guī)定》中，有“在工作面上下端頭留5架支架不放煤，以維護(hù)上下兩巷的安全出口”的明確規(guī)定，這樣，其損失將更為嚴(yán)重。就現(xiàn)在的條件，端頭各留一架不放煤即可。盡管如此，研制有效的端頭支架，完善支架配套，實(shí)施端頭全部放煤，仍是亟待解決的問(wèn)題。 8．搞好工作面的頂板管理 由于管理不善，工作面出現(xiàn)冒頂而迫使局部中止放煤的情況，在放頂煤工作面時(shí)有發(fā)生，對(duì)回采率影響甚大。因此，加強(qiáng)頂板管理，對(duì)于放頂煤工作面來(lái)說(shuō)，意義更為重大。 9．遇構(gòu)造盡量不終止或少終止放煤 遇構(gòu)造而終止放煤，旨在頂板管理。實(shí)踐證明，這種方式不但造成煤量損失，而且不利于

26、管理頂板。所以，遇類似情況盡量不終止或少終止放煤。 10．實(shí)行綜放無(wú)煤柱開(kāi)采 實(shí)行綜放無(wú)煤柱開(kāi)采是解決綜放開(kāi)采回采率低的途徑之一?，F(xiàn)應(yīng)進(jìn)行綜放無(wú)煤柱開(kāi)采沿空送巷的試驗(yàn),重點(diǎn)研究解決沿空送巷的巷道掘進(jìn)和維護(hù)技術(shù),防漏風(fēng)和防老空區(qū)發(fā)火技術(shù)。 總之，工作面回采率的高低，并不完全決定于放頂煤開(kāi)采方法本身，而是由其設(shè)備配套、操作程序、工作面布置、管理及放煤工藝等諸多人為因素所決定。事實(shí)證明，就目前的條件，在緩傾斜厚煤層中，放頂煤綜采工作面回采率一般都能達(dá)到80%以上。只要不斷完善其技術(shù)，積極采取各種有效措施，回采率還可得到進(jìn)一步提高。 五、提高綜放回采工作面回采率的幾項(xiàng)措施 1．減少初末采損失

27、 在放頂煤開(kāi)采中，初采損失不可避免，雖然損失量不大，但也應(yīng)盡量減少之。減少初采損失比較有效的方法就是采用切頂巷技術(shù)和深孔爆破技術(shù)。 （1）切頂巷技術(shù) 切頂巷技術(shù)是采用減少初采期間頂煤的垮落步距來(lái)提高初采回收率的。其基本原理是：改變初采時(shí)頂煤的受力狀態(tài)，使其受力狀態(tài)由兩端嵌入梁改變?yōu)橐欢饲度肓硪欢撕?jiǎn)支架。其中，采取措施后的煤體最大拉應(yīng)力為一般情況下的1.7倍，相應(yīng)地使頂煤破壞的垮度僅為一般情況下的77%。其方法是：在綜采工作面開(kāi)采前，在切眼外上側(cè)沿煤層頂板施工一條與切眼平行的輔助巷道（取各切頂巷），將頂煤沿頂板切斷，工作面安裝完畢后將巷道內(nèi)支護(hù)材料全部回收，為提高效果，巷道回撤時(shí)在切頂巷靠

28、近工作面一側(cè)的煤幫和底板上打眼放炮，將頂煤全部切斷，形成自由面。這種方法在兗州礦業(yè)集團(tuán)鮑店礦已被采用。實(shí)踐證明，這一技術(shù)措施取得了較好的效果，據(jù)該礦觀測(cè)，當(dāng)工作面推進(jìn)3.4m時(shí)，頂煤開(kāi)始冒落，推進(jìn)7.8 m時(shí)，直接頂垮落，比相鄰工作面的垮落步距減少5.2m，使該工作面回收率提高0.31%；又如鶴崗礦業(yè)集團(tuán)南山礦利用切頂巷技術(shù)解決了特厚煤層放頂煤工作面初次來(lái)壓步距增加、壓力集中、頂煤冒落不充分、丟煤嚴(yán)重、工作面回采率低的問(wèn)題。南山礦放頂煤工作面走向長(zhǎng)度為780m，傾斜長(zhǎng)度為60m，煤層厚度為13m，傾角為25度，煤的硬度系數(shù)f=0.8~1.5，頂板為3.5m水平層理灰色細(xì)粉砂巖，再加上0.6m的

29、煤頁(yè)巖互層，以及灰色細(xì)砂巖，頂板為淺灰色細(xì)砂巖。切頂巷的布置為：在中部一號(hào)面沿工作面運(yùn)輸巷外側(cè)開(kāi)門，按30度坡度掘送切頂巷并與上架子道貫通，考慮到切眼外側(cè)的保護(hù)煤柱留設(shè)及放頂煤后煤層垮落情況，切頂巷比切眼內(nèi)錯(cuò)3m。在切頂巷內(nèi)布置挑頂眼，將老頂切開(kāi)，布置時(shí)采用楔形對(duì)挑方式，沿工作面傾斜方向布置兩排眼，排距為1.2m，傾斜眼距為1.5m，傾角為75度。由下往上逐段裝藥放炮，將老頂切斷，待老頂全部切開(kāi)后，開(kāi)始放頂回采。據(jù)觀測(cè)，采用此措施后，工作面推過(guò)切頂巷后，頂煤全部垮落，而沒(méi)有采用切頂巷時(shí)，采出24m后頂煤才全部冒落；采用后，初次來(lái)壓步距僅為18m，且來(lái)壓不十分明顯，而原來(lái)要推進(jìn)70m老頂才初次來(lái)

30、壓，且來(lái)壓顯現(xiàn)十分明顯。 （a） （b） 圖3 綜放工作面初垮時(shí)的受力狀態(tài)示意圖 （2）提高頂煤冒放性的深孔預(yù)裂爆破技術(shù) 經(jīng)綜放面采空區(qū)殘煤分布形態(tài)的研究結(jié)果表明，綜放面采空區(qū)殘煤的賦存高度與頂煤冒落塊度有如圖4殘煤高度與殘煤粒度的關(guān)系。因此，減少綜放面采空區(qū)殘煤損失，提高工作面回采率，必須改善頂煤的破壞破碎條件，提高頂煤的冒放性，減少頂煤的冒落粒度。深孔預(yù)裂爆破是提高頂煤冒放性、減小頂煤冒落塊度的有效方法之一。 圖4 殘煤高度與殘煤粒度 兗州礦業(yè)集團(tuán)鮑店礦采用如圖5所示爆破方法，使工作面回采率由81.7%提高到86.1%，提高了4.4個(gè)百分點(diǎn)。 2．煤層預(yù)注水，軟化煤體，

31、縮小頂煤塊度，提高回采率 煤層注水對(duì)軟化煤體，降低煤層硬度，縮小頂煤垮度的塊度，提高回采率有較為明顯的作用，同時(shí)，又能減少生產(chǎn)過(guò)程中的煤塵濃度。因此，在放頂煤工作面，煤層硬度較大時(shí)，應(yīng)實(shí)行煤層預(yù)注水措施： 非采動(dòng)區(qū)靜壓注水或采動(dòng)影響區(qū)內(nèi)注水。 在煤巖層的生成過(guò)程中，由于各種地質(zhì)力學(xué)和地球化學(xué)的作用，在煤巖體內(nèi)部產(chǎn)生節(jié)理裂隙等許多弱面。煤巖體注水技術(shù)是通過(guò)鉆孔向煤巖體預(yù)注高壓水，壓力水進(jìn)入煤體后沿弱面流動(dòng)，起到壓裂和沖刷作用，以及水對(duì)裂隙尖端的楔入作用（水楔作用），使煤巖體擴(kuò)大了原有裂隙，產(chǎn)生了新的裂隙，破壞了煤巖體的整體性，降低了強(qiáng)度，從而改變煤巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，提高綜放工作面頂煤的冒

32、放性。 圖5 深孔預(yù)裂爆破試驗(yàn)鉆孔布置示意 銅川下石節(jié)煤礦某綜放面采用孔間距為20m、注水量為50m2/孔、壓力為16MPa、大流量往復(fù)式注水方式，使工作面單架放煤時(shí)間由原來(lái)3.4min下降到2.6min，減少0.8min/架，提高了放煤流暢性，工作面回采率由原來(lái)的76.8%提高到79.5%，提高了2.7個(gè)百分點(diǎn)。 3．優(yōu)化放煤工藝 表1是汾西礦業(yè)集團(tuán)柳灣礦24001綜放工作面進(jìn)行的不同放煤步距和放煤方式條件下，工作面回采率和含矸率變化情況的試驗(yàn)結(jié)果，放煤步距較小或較大均造成頂煤損失，工作面回采率降低，目前，潞安、兗州、陽(yáng)泉、徐州等礦區(qū)在充分試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，采用0.8m放

33、煤步距、一刀一放的放煤方式、不但簡(jiǎn)化了工作面生產(chǎn)工序，且使工作面回采率進(jìn)一步提高。 表1 24001綜放面不同放煤方法指標(biāo)對(duì)比 時(shí)間 7.1~7.10 7.11~7.20 7.21~7.31 8.1~8.5 8.6~8.7 8.8~8.31 放每步距(m) 1.2 1.2 1.2 0.6 1.8 1.2 放煤方式 單輪順序 單輪順序 雙輪順序 單輪順序 單輪順序 單輪順序 推進(jìn)距離(m) 15.5 21.5 20 8.4 3.6 38 原煤產(chǎn)量(t) 25485 34703 33232 14050 6017 64961

34、 含矸率(%) 4.8 4.56 4.81 7.04 4.04 4.02 回采率(%) 88.62 82.55 83.24 80.12 78.26 86.14 4．工作面幾何尺寸優(yōu)化 由于初、末采損失和端頭損失與工作面幾何尺寸密切相關(guān)，通過(guò)加大工作面的走向長(zhǎng)度和傾斜長(zhǎng)度，可以降低損失率。如兗州礦業(yè)集團(tuán)選用了性能良好的設(shè)備，工作面走向長(zhǎng)度由600~1000m普遍加大到1600~2000m，工作面長(zhǎng)度由160~200m加大到200~300m，初、末采損失和端頭損失的總和由5%左右降低到3%。 5．加強(qiáng)煤炭生產(chǎn)的計(jì)量工作，強(qiáng)化放煤工藝的管理 在煤炭生產(chǎn)計(jì)量方面，兗州

35、礦業(yè)集團(tuán)鮑店煤礦的做法是：采出量的統(tǒng)計(jì)由調(diào)度室在礦井主膠帶機(jī)頭安設(shè)的核子稱給出；工作面運(yùn)輸巷的膠帶輸送機(jī)安裝的核子稱只作為區(qū)隊(duì)內(nèi)部各班回收率計(jì)算的依據(jù)，礦上只作記錄，不作依據(jù)。所有統(tǒng)計(jì)數(shù)字每天都輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。核子稱的精度由職能科室的有關(guān)人員定期進(jìn)行標(biāo)定，不得隨便調(diào)整。礦煤質(zhì)科按規(guī)定對(duì)工作面煤層和采出煤取樣分析，向地測(cè)科報(bào)送數(shù)據(jù)。地測(cè)科對(duì)工作面的煤層厚度用15㎝*15㎝的網(wǎng)孔進(jìn)行鉆探控制，根據(jù)鉆探取得的數(shù)據(jù)，計(jì)算出動(dòng)用儲(chǔ)量，最后根據(jù)采出統(tǒng)計(jì)量、煤質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)和動(dòng)用儲(chǔ)量，計(jì)算出回采率。5天計(jì)算一次，分別送礦有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)職能科室及區(qū)隊(duì)。礦對(duì)區(qū)隊(duì)實(shí)行噸煤工資承包與回收率掛鉤，一月一兌現(xiàn)，區(qū)隊(duì)對(duì)班

36、組的分配同樣與回收率相結(jié)合。 在放煤工藝的管理方面，潞安礦業(yè)集團(tuán)王莊煤礦的做法是：明確規(guī)定，頂煤放不完，達(dá)不到回收要求則不準(zhǔn)開(kāi)機(jī)。在生產(chǎn)管理上，認(rèn)真推行噸煤結(jié)算制管理方法，充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)杠桿的作用，礦對(duì)區(qū)隊(duì)在實(shí)行崗位工資噸煤計(jì)提的基礎(chǔ)上，還采取了產(chǎn)量臺(tái)階加價(jià)、效益臺(tái)階加價(jià)、回收率臺(tái)階加價(jià)、增人不增資、減人不減資等一系列管理方法。區(qū)隊(duì)對(duì)班組實(shí)行以底煤計(jì)分、頂煤計(jì)資的管理方法，頂煤回收越多，工資收入就越高。這樣既保證了回收率，又保證了穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。 六、結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)對(duì)綜放工作面開(kāi)采丟煤構(gòu)成分析認(rèn)為,綜放開(kāi)采丟煤由初采丟煤、工作面丟煤和臨近停采丟煤三大部分構(gòu)成。巷道丟煤的合理放煤也可增加回收率。

37、在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,可以選擇可放性好的煤層,合理確定放煤步距和放煤順序,合理確定采放厚度,增大割煤高度、加大工作面長(zhǎng)度和工作面推進(jìn)長(zhǎng)度,采用放煤端頭過(guò)渡支架,選取低位放煤支架等途徑,提高綜放開(kāi)采回采率。為高產(chǎn)高效(雙高)建設(shè)兩巷采用大斷面,機(jī)頭、尾在兩巷、采機(jī)自開(kāi)出口,連續(xù)化生產(chǎn)端頭放煤工藝。實(shí)行綜放無(wú)煤柱開(kāi)采是解決綜放開(kāi)采回采率問(wèn)題的根本途徑。 參考文獻(xiàn) [1]徐永圻.采礦學(xué).中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003年. [2]李中偉 孫茂遠(yuǎn) 李紹亮 陳永謙等.放頂煤開(kāi)采技術(shù)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).煤炭工業(yè)出版社，1996年. [3]趙宏珠.綜采高產(chǎn)高效途徑及其成套設(shè)備可靠性研究.煤炭工業(yè)出版社，1994年. [4]趙宏珠 石平五.厚煤層放頂煤開(kāi)采設(shè)備與技術(shù).煤炭工業(yè)出版社，199年. 24