1、专题部分厚煤层综放开采提高回采率技术研究摘 要：以综放工艺为对象，就工作面回采率提升展开研究，对综放煤炭回采损失的类型及原因展开针对性分析，结合实践经验对如何提升综放工作面回采率提出几点见解，希望能够为更好地推动综放工艺的发展提供一些参考。关键词：回采率；提升措施；影响因素Research on the recovery rate of thick coal seam on full-mechanized caving miningAbstract:Taking fully mechanized caving technology as an object,this paper studied
2、 the improving of recovery ratio in working face,carried out specific analysis on the types and causes of mining loss in fully mechanized working face, and put forward some advice on how to improve the recovery rate of full-mechanized caving mining face combined with practical experience with the ho
3、pe to be able to provide some reference for better promoting the development of caving mining technology.Key words:recovery rate;improvement measure;influencing factors0 引言我国是一个厚煤层开采大国，厚煤层开采量占总产量的 40%50%，厚煤层的开采技术经济情况对我国煤炭行业的生产和经济状况有举足轻重的影响。目前厚煤层开采方法主要有三种，即：分层开采、大采高综采和放顶煤开采1，而放顶煤开采具有效率高、安全、低成本、能适应层厚度
4、变化、社会经济效益好等一系列优点，因此应用综采放顶煤采煤法是实现安全、高产、高效即经济又实用的有效途径2。 放顶煤开采技术被煤炭部列为“九五”期间科技攻关的重要课题。自从进入90 年代，我国放顶煤技术有了很大的发展，高产综放工作面技术经济指标已处于世界先进水平，放顶煤工作面的高产高效特征也逐渐得到了普遍认同3。 综采放顶煤技术是在中厚煤层一次采全高综合机械化开采的基础上发展起来的一项新技术，它是在传统的采矿理论的基础上，凭着丰富的生产经验，经过多次试验而取得成功的。由于综放工作面一次采出厚度增加了一倍甚至数倍，造成综放工作面围岩压力分布规律及显现、采场及采准巷道围岩运动、围岩运移规律都有很大变
5、化4-5。经过十几年的发展，放顶煤综采技术取得了长足发展，并主要表现为以下两个方面： （1） 在一些地质、生产条件好的矿井和煤层，充分发挥放顶煤的技术优势，不断改善设计参数，改进和提高设备性能，提高工作面整体生产能力，解决实现高产高效的各个技术关键问题，取得了比分层开采高得多的生产、经济效益，中国在综采放顶煤技术方面已处于国际领先地位。 （2） 在难采厚煤层不断攻克生产系统、工艺、装备、岩层（含顶煤）控制、高瓦斯、易自然、粉尘等各种技术难题，不断扩大综放开采的适用条件，放顶煤开采方法已成为我国厚煤层开采的主要采煤法。1 国内外综采放顶煤提高回采率研究现状 1.1 综放开采煤炭损失研究现状 一般
6、而言，放顶工作面的主要煤炭损失包括上下端头损失初末采损失工艺损失地质损失四大类，一部分为正常损失，如上下端头损失与初末采损失，以目前现有的技术水准相对难以控制；另一部分则是非正常损失，此类损失通过一定的技术工艺，能够实现一定程度的降低，主要指工艺损失2。图1所示即为煤炭损失构成示意图。图 1 放顶煤回采煤炭损失构成示意图1.2 提高综放回采率技术措施研究现状由于综合机械化的发展，采矿工作者就想在安全保障的前提下再发展自然落煤开采煤层的采煤方法，于是从20世纪60年代开始西欧国家在褐煤或劣质煤的厚煤层中研究放顶煤采煤法，因为有液压支架控顶保护，因此采场的安全得以保证，由于顶煤在支架后方自然冒落放
7、出，即工作面前后两个场所出煤，因此高产高效也有保证，于是放顶煤采煤法相继在西欧和东欧国家蓬勃发展，到80年代初国外综采放顶煤己初具规模，放顶煤支架已有10多种，平均月产水平24万t，工效达1530t/工，但是由于其工作面回采率仅7080，因此主要仅用于褐煤和劣质煤层中，加之世界煤炭市场的萎缩，这种采煤法在国外未能继续发展下去。 但是以开采厚煤层为主的我国，80年代初纷纷从国外引进和自行研制放顶煤支架，充分利用放顶煤的高产高效、低成本的优势，大力开展试验研究。由于回采率低的缘故，1988年以前主要在褐煤和软煤中试验。90年代初，阳泉、潞安等矿区开始在中硬煤中试采获得成功，但回采率问题始终困扰着放
8、顶煤技术的发展；90年代中期，晋城、大同等矿区在硬煤中试验放顶煤，在采取各种专门措施的引导下，通过“九五”攻关，坚硬煤层的放顶煤也获得成功，且产量和效率均赶超世界先进水平；1992年，潞安湾村煤矿综放工作面年产突破200万t；1993年，潞安王庄煤矿年产突破250万；1994年，我国已有28个局矿62个综放工作面，年产原煤4000万t左右；1995年，兖州兴隆庄煤矿又将单产水平提高到315万t；1997年，兖州东滩煤矿单产水平突破410万t，1998年该矿又创世界记录，将单产水平提高到50l万t，1999年兖州又创单产600多万t的世界新记录。从1992年以来，每年产量最高的采煤队均是放顶煤综
9、采队，因此综采放顶煤在我国得到了长足发展，而且成为具有中国特色的一种厚煤层新型采煤方法。产量上去了，成本降下来了，但回采率还一直是困扰放顶煤发展的下一个障碍，于是在提高产量的同时，围绕提高回采率的理论与技术研究也在不断发展和完善，工作面回采率由80年代后期的75左右到90年代中期的80左右，90年代末对我国42个局矿的统计，总平均工作面回采率84.14。其中软煤平均86.41，中硬煤平均81.46，硬煤平均79.61，较薄厚煤层轻放支架的工作面回采率达87.06。在这一发展过程中，潞安王庄煤矿对综放回采率的研究起到了带头年用，首先通过对顶煤的弱化，将中硬煤的工作面回采率提高到80以上，为了证实
10、这一数据的真实性，在采空区专门掘巷，现场探询了采空区的丢煤损失量，从而坚定了在中硬以上的煤层大力发展放顶煤的信心；其次是运用三段式压力分布理论，很好地解决了端头，初末采损失问题，使工作面回采率提高到90。90年代中期，对综放采区回采率的统计，一般为70左右，通过对回采巷道围岩组合结构稳定性理论的研究，运用窄小煤柱护巷技术和优化盘区设计，将综放采区回采率提高到80，从而实现了厚煤层采煤法安全、经济、回采率高的全面要求，使综采放顶煤整体达到了国际先进水平16-18。2 放顶煤回采损失分析2.1顶煤冒放性顶煤冒放性是指顶煤在矿压作用下及时垮落和得到充分破碎的程度。顶煤冒放性好坏是实施放顶煤开采的必要
11、前提,顶煤的冒放性与煤体自身的强度及其结构和构造,即节理、裂隙、层理、夹层极断层带的规模和发育程度,煤层开采深度和顶煤厚度,支架的支撑力及顶底板岩性等因素有关。煤层抗压强度越大,意味着煤层黏结系数或内摩擦角越大,煤体破碎所需的应力越大,冒放性较差;采深越深,对顶煤的破碎作用越大,冒放性较好;支架阻力增大,加强了对煤体的辅助破碎作用,特别与支架接触的下位煤体,在支架的反复支撑下更容易破碎,增加支架顶梁长度和工作阻力,有利于顶煤的破碎和放出。上述各种因素对顶煤的冒放性(破碎系数)影响程度是不同的,煤层自身的强度影响最大,开采深度次之,支架的阻力影响较小。2.2 采区各种煤柱损失厚煤层开采的煤炭损失
12、主要是采区内各种煤柱的损失。其中有些损失在技术上是不能完全避免的，甚至是必要的，如各种断层煤柱、防水煤柱、采区边界煤柱、铁路桥煤柱等，由于放顶煤开采工作面推进长度大，煤柱损失尤为突出。2.3 综放工艺损失工艺损失是指放顶煤回采作业中落至后部刮板输送机采空侧的煤炭同跨落的矸石混合后形成煤矸混合带而不得不放弃的顶煤，或由于放煤次序不当，导致矸石提前进入放煤口而放弃的部分顶煤。由工艺损失导致的煤炭损失是导致放顶工作面煤炭损失的主要原因，往往占据损失总量的80%左右，其损失情况如图2c)。这些损失主要来源可分为下述几点：a) 放煤流动性不佳，向后溢出，特别是工作面仰采时；b) 本架放煤结束后，发生邻架
13、煤侵入；c) 过煤通道过小引起浮煤；d) 工人操作导致放煤不彻底；e) 煤矸混合；f) 支架放煤高度无法满足实际需求；g) 设备选择不当4。（1）端头损失一般而言端头损失包含两部分，其一是工作面上部巷道无法放出的顶煤损失；其二是工作面端头支架不放煤引起的顶煤损失。现阶段鉴于专业放顶工作面端头支架种类有限，多采取排头支架或一般顶煤支架进行端头保护，而由于过渡槽垫高等原因致使放煤口无法打开而引起顶煤损失可通过先进的开采技术及设备予以降低。（下图2a)为端头损失情况。（2）初、末采损失初采损失是指放顶工作面自开切眼位置到正常放煤位置间的煤炭损失，多维持在8 m10 m之间，一般而言初采损失由两部分构
14、成：a) 工作面远离开切眼后无法有效跨落的顶煤；b) 顶煤跨落后直接顶垮落前，部分遗漏在采空区中而无法采出的煤体。（如上图1和图2b），直接顶垮落前，安息角下部的落煤均未得到有效回收。末采损失是指综放面作业快结束时，为确保工作面顶板稳定，保障各个放顶设备安全拆迁，工作面在停采线之前便会停止放煤，长度多维持在10 m13m，这区段内的顶煤将会全部损失，无法回收，由此引起的顶煤损失如上图1。（3）架间损失架间损失只存在于中高位放煤回采作业中，回采时相邻两个支架之间会残留部分煤炭无法回采，由此造成的煤炭损失就是架间损失，也称为脊背损失。一般而言，其形状及大小均受到支架放煤口大小及相连两支架放煤口间隔
15、距离所影响，损失量相对较低。另外，为了维护巷道，两顺槽顶板要铺网，这一部分煤也将丢失，煤量损失占工作面总损失的11%左右。其损失结构示意图如图2d。图 2 煤炭损失示意图（4）放煤方式 放煤方式取决于工作面支架放煤口的放煤顺序和每次放煤量。放煤方式的选择必须建立在对散体煤运动规律的认识上，并研究放煤过程中的煤炭损失。放煤过程中的煤炭损失主要有：由于邻架窜矸引起的阻隔损失；放煤口之间不能全部放出的三角煤，即脊背损失；由于放煤造成的煤炭分界面扰动损失。放煤方式不同对顶煤放出率有很大影响。3 综放工作面煤炭损失几何形状理论计算3.1初采损失 初采期间由于顶煤悬露面积小，支承压力峰值低，故顶煤破碎极不
16、充分，一般冒落不及时，冒落块度大，甚至坚硬难冒，这部分顶煤均丢失在采空区内。初采损失的大小与煤的强度直接相关也与顶板的稳定性相关,实践证明:软煤条件下，当支架进入切巷煤帮后即可开始放顶煤，损失部分主要是切巷上部的顶煤，一般宽67；中硬煤条件下，在采取必要措施后,顶煤损失宽度1015，即相当于直接顶的初次垮落步距的宽度；硬煤条件下，在采取预松动弱化措施后，顶煤损失宽度为1520，因为此时切巷宽度一般不少于7，支架控顶宽度5以上，后部放煤空间2左右，因此只有15后才有放煤条件。根据初采工作面开切眼在煤层中的位置，初采损失可分为两种情况，一种情况是工作面开切巷沿煤层底板布置，另一种情况是工作面开切巷沿煤层顶板布置。工作面开切巷沿
