1、专题部分 第102页综采放顶煤工作面回采率的论述摘要：综采放顶煤工作面回采率一直是制约我国综放开采进一步发展的问题之一。本文论述了我国综放开采回采率现状，研究了综放开采顶煤损失构成和形成机理，系统地分析了综放回采工作面的煤炭损失，并在此基础上，从采煤工艺、设备等方面提出了提高综放回采工作面回收率的有效技术途径及管理方法，以及回采率的计算。关键字：放顶煤 回采率 损失量 措施一、引言我国于1982年引进综采放顶煤工艺技术以来，取得了较大的经济效益。经过20年来的不断探索、研究和试验，我国综放开采技术得到了长足的进步，每年综放开采的煤炭产量已占全国重点国有煤矿年产量的1/51/4。无疑，综放开采为
2、我国厚煤层尤其是特厚煤层的开采开创了一条新路子，成为我国开采厚煤层最有效、经济效益最好的手段，使我国厚煤层开采技术和经济指标居于世界领先水平。现在我国已经充分掌握这种针对厚煤层的采煤方法。综采放顶煤技术在我国得到了迅速发展，但是综放技术中的瓦斯、煤尘工作面自燃发火及顶煤回收率等问题是制约综放开采技术发展的重要因素。然而统计资料表明，仍有一些矿井综放回采工作面的回采率较低，有的还不到50%，造成了一定数量的煤炭资源损失。采煤方法的改革是技术进步的表现，是实现集中生产、高产高效的根本保证。但回采率问题是综放开采工艺必须研究解决的最为重要的问题之一，研究分析综放开采的煤炭损失的构成，计算回采率以及寻
3、求提高回采率的途径。二、放顶煤工作面回采率的计算采区和工作面回采率，是综采放顶煤的一项重要技术经济指标，也是评价综合机械化放顶煤开采成功与否的重要尺度。在综采放顶煤工作面，其实际的开采高度一般难以通过实测确定。由于计算参数难以准确测量，采出煤量的准确性也就是很差。因此，在无法测出实际采高和采出煤量时，采用改正后的统计产量来代替计算产量是比较切合实际的计算方法。综采放顶煤工作面回采率的计算（1）工作面可采储量（Qs，t）：式中 a工作面走向实测长度（不包括切眼），m；b工作面实测长度（不包括上、下巷道宽度），m；M工作面实测平均厚度，m；煤的容重，t/m3。（2）工作面采出煤量的计算放顶煤综采工
4、作面的实际采出煤量，在不能测算实际采出煤量时，可以采用统计产量代替，但需要进行水分、灰分和矸石量改正。实际采出煤量（Q1，t）：式中 Q2统计产量，t； y1煤样水分，%； y2原煤全水分，%； y3原煤灰分，%； y4煤样灰分，%； y5矸石灰分，%； y6原煤含矸率，%。（3）工作面煤量总损失量（Q3，t）：（4）工作面回采率的计算工作面回采率（ Sf）：工作面煤炭损失率（Sf）：放顶煤综采采区工作面的煤炭损失主要有：工作面初采、末采损失量，工作面端头、端尾损失量，支架放煤口脊背损失量以及其他各种工艺过程中的煤炭损失量等。还有工作面以外的各类煤柱损失，其他不可预见的损失。在实际统计煤量时，
5、往往出现统计产量与计算产量间有严重差别，即采出煤量出现涨吨现象，涨吨量抵消回采中的各类损失，造成工作面回采率偏高。因此，对统计产量一般应除以1.1倍的涨吨系数。三、综放开采工作面煤炭损失分析及其特点综放开采时煤炭回收率偏低主要是由两方面的因素引起的：放顶煤开采设计决定的损失放煤工艺造成的煤炭损失而这些损失有的是可以避免和减少的，有的则是不可避免的。任何井工开采方法都不可能将井下煤炭资源百分之百地采出来，总是有一部分损失。采煤方法不同，其损失量的构成也不同。综采放顶煤是一种特殊的采煤工艺，它的损失量的构成与传统的开采方法不同，如图1所示，有以下几种：放顶煤开采损失工作面初、末采损失两巷不放煤损失
6、工作面放煤工艺损失工作面区段煤柱损失图1 放顶煤开采损失采区煤柱、上、下山及硐室煤柱采区内地质构造等煤柱损失大块煤及大块煤之间的平衡结构使顶煤不能放出或滞后冒落损失放煤步距损失架间损失当前放煤支架的顶煤涌入临架未被矸石充满的空间造成的损失放煤口水平投影长度小于放煤步距造成的损失支架后方采空区的矸石窜入当前放煤口邻架放煤后矸石窜入当前放煤口放煤口不连续造成的损失由于煤矸混合造成“见矸就关”放煤口的工艺损失1.初采顶煤损失量初采损失为顶煤初次垮落以前顶煤无法回收以及直接顶垮落前顶煤只能回收一部分所造成的损失。初采损失由两部分组成：一是顶煤在工作面离开切眼后不能及时垮落而丢失的部分；二是顶煤开始垮落
7、后、直接顶垮落前有一部分顶煤落在采空区里无法回收而丢失的部分。在顶煤初次垮落以前，高度为h1的顶煤全部丢失。当顶煤初次垮落步距为s1时，其损失量按下式计算：式中 N1顶煤初次垮落前的损失量，t； s1顶煤初次垮落步距，m； l工作面长度，m； h1顶煤厚度，m； 煤体的容重，t/m3。在顶煤全部垮落而直接顶尚未垮落的情况下，当支架移动一个放煤步距s后，高为h1的顶煤，垮落后其横截面积可以表示为h1*s。由于直接顶尚未垮落，顶煤垮落后按安息角呈自然堆积，此时冒落的顶煤尚未形成放落漏斗，只能放出堆积体积线以上的落煤，其下部分全部丢失。其损失量按下式计算：式中 N2顶煤初次垮落后至直接顶垮落前的顶煤
8、损失量，t； s2直接顶初次垮落步距，m； b支架掩护梁长度，m； 散煤自然安息角。则工作面的初采损失为：；图2 顶煤初采损失计算图为了给支架安装创造条件，防止开切眼顶煤冒落，掘进时就铺设顶网，其长度等于开切眼的长度，宽度6-7m。这一部分煤由于金属网的阻挡，不能从天窗放出而丢弃。其损失量占采区总损失，最大为4.66%，最小为2.48%，平均为4%；占采区回采率的1%左右。2.末采顶煤损失量末采损失量与顶煤的物理特性无关，只与顶煤的厚度和工作面长度有关：式中 s3工作面停采前不放煤的推进距离，m。工作面到达停采线以前，为了保证支架拆除时的顶煤完整性，距停采线12m时，开始铺顶网，不放顶煤，直到
9、停采线止，这一部分煤也不能采出。其损失量占采区总损失的4.01%，占采区回采率的1%以上。3工作面两端顶煤损失量综放工作面两端一般各有2架过渡支架不放煤，所造成的顶煤损失量可按下式计算：式中 s0工作面走向推进长度，； 顶煤放落角； n1工作面端头不放煤支架数。为维护工作面上下端头和运输设备的安全，工作面两端各有两架不放顶煤。按每端2.5m计，共有5m不放顶煤，其损失量平均占采区总损失的7%左右，占采区回采率的2%左右。图3 端头损失计算图4工作面上、下顺槽顶煤损失量为了保持巷道顶板的完整性，掘进顺槽时，在支架与顶板之间铺有一层金属网，为强化工作面端头支架创造条件。因此，两巷顶煤全部损失。5脊
10、背损失量在相邻两支架的天窗之间，有一个类似三角状的煤带，煤带大小与支架结构有关，这部分煤不易从天窗中放出，被遗弃在采空区中。因放煤工艺，该项损失是不可避免的，其损失量约占采区总损失的1%左右，占采区回采率的0.5%。6工作面放煤工艺损失量放煤工艺造成的顶煤损失构成比较复杂，主要有脊背损失、矸石混入过多而失去采出意义造成的损失、大块煤矸卡口造成的损失等。其影响因素有煤层硬度、采放比、顶煤节理裂隙发育程度、煤层上覆岩层结构、工作面仰俯斜角度、选用架型、循环放煤步距、放煤方式、后部输送机高度、放煤工的熟练程度和责任心等。这一煤量尚无办法计算，但在某一个工作面的实际回采率确定后，工作面总损失量中减去上
11、述几种损失为工艺损失。经实际观测，顶煤在放出过程中，顶板岩石和煤层接触面并不总是截然分开的，而是发生了混合，形成了一个煤、岩混合段。这个混合段的厚度现还无法测定，且与顶煤的可冒性、直接顶的厚度以及放煤操作方法有关。这项损失量是放顶煤的重要损失量，对回采率的影响极大。其损失量平均占采区总损失量的35%左右，占采区回采率的11%。因此，如何降低工作面放顶煤工艺损失量是提高放顶煤回采率的关键。四、提高综放回采工作面回采率的途径与措施1选择可放性好的煤层或通过注水软化等方法提高冒放性，减少初末采损失煤层具有可放性，是实现综放开采的先择条件。一些回收率较低的综放面都是顶煤冒落滞后或块度大，即煤层可放性较
12、差。在上综放以前，应对综放开采的可行性进行论证，按煤层可放性分级方法，确定可放性，对可放性较差的煤层，应采取辅助落煤措施，如厚煤层可在顶层采一层煤体提前高压注水软化切眼顶板爆破，即人工切顶等。在放顶煤开采中，初采损失不可避免，虽然损失量不大，但也应尽量减少之。减少初采损失比较有效的方法就是采用切顶巷技术和深孔爆破技术。（1）切顶巷技术切顶巷技术是采用减少初采期间顶煤的垮落步距来提高初采回收率的。其基本原理是：改变初采时顶煤的受力状态，使其受力状态由两端嵌入梁改变为一端嵌入另一端简支架。其中，采取措施后的煤体最大拉应力为一般情况下的1.7倍，相应地使顶煤破坏的垮度仅为一般情况下的77%。其方法是
13、：在综采工作面开采前，在切眼外上侧沿煤层顶板施工一条与切眼平行的辅助巷道（取各切顶巷），将顶煤沿顶板切断，工作面安装完毕后将巷道内支护材料全部回收，为提高效果，巷道回撤时在切顶巷靠近工作面一侧的煤帮和底板上打眼放炮，将顶煤全部切断，形成自由面。这种方法在兖州矿业集团鲍店矿已被采用。实践证明，这一技术措施取得了较好的效果，据该矿观测，当工作面推进3.4m时，顶煤开始冒落，推进7.8 m时，直接顶垮落，比相邻工作面的垮落步距减少5.2m，使该工作面回收率提高0.31%；又如鹤岗矿业集团南山矿利用切顶巷技术解决了特厚煤层放顶煤工作面初次来压步距增加、压力集中、顶煤冒落不充分、丢煤严重、工作面回采率低
14、的问题。南山矿放顶煤工作面走向长度为780m，倾斜长度为60m，煤层厚度为13m，倾角为25度，煤的硬度系数f=0.81.5，顶板为3.5m水平层理灰色细粉砂岩，再加上0.6m的煤页岩互层，以及灰色细砂岩，顶板为浅灰色细砂岩。切顶巷的布置为：在中部一号面沿工作面运输巷外侧开门，按30度坡度掘送切顶巷并与上架子道贯通，考虑到切眼外侧的保护煤柱留设及放顶煤后煤层垮落情况，切顶巷比切眼内错3m。在切顶巷内布置挑顶眼，将老顶切开，布置时采用楔形对挑方式，沿工作面倾斜方向布置两排眼，排距为1.2m，倾斜眼距为1.5m，倾角为75度。由下往上逐段装药放炮，将老顶切断，待老顶全部切开后，开始放顶回采。据观测
15、，采用此措施后，工作面推过切顶巷后，顶煤全部垮落，而没有采用切顶巷时，采出24m后顶煤才全部冒落；采用后，初次来压步距仅为18m，且来压不十分明显，而原来要推进70m老顶才初次来压，且来压显现十分明显。图4 综放工作面初垮时的受力状态示意图（2）提高顶煤冒放性的深孔预裂爆破技术经综放面采空区残煤分布形态的研究结果表明，综放面采空区残煤的赋存高度与顶煤冒落块度有如图4残煤高度与残煤粒度的关系。因此，减少综放面采空区残煤损失，提高工作面回采率，必须改善顶煤的破坏破碎条件，提高顶煤的冒放性，减少顶煤的冒落粒度。深孔预裂爆破是提高顶煤冒放性、减小顶煤冒落块度的有效方法之一。图5 残煤高度与残煤粒度兖州矿业集团鲍店矿采用如图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个百分点。（3）煤层预注水，软化煤体，缩小顶煤块度，提高回采率煤层注
