大倾角放顶煤工作面放煤规律的研究

2005/12/30 10:49:14

摘　要: 分析了对大倾角煤层放顶煤回采工艺中的顶煤放出规律, 从实验室到现场实际应用, 系统地研究了放顶煤的过程, 从而得出实用规律。
关键词: 大倾角; 放顶煤; 放煤规律
　随着煤矿开采技术的不断发展和煤矿开采设备的不断更新, 放顶煤开采工艺的应用范围不断拓宽, 放顶煤开采工艺还在某些局矿应用到了大倾角煤层的开采, 并且还取得了较好的经济效益。但是由于对大倾角煤层工作面开采的放煤规律研究不够, 所以顶煤放出率和出煤的含矸率以及工作面2端头不放煤的长度不能很好地控制。为此对大倾角煤层工作面开采的放煤规律研究有着重大的经济意义和现实意义。
　　针对大倾角煤层放顶煤开采的工作面放煤规律, 进行了实验室的模拟实验, 并且在峰峰矿务局薛村矿92712 俯伪斜大倾角轻型放顶煤工作面进行了实际验证。92712 工作面在整个开采过程顺利,顶煤放出率高达87106 % , 含矸率仅为4153 % , 取得了良好的经济效益, 并为同类煤层的开采探索了一条可行之路。
1 　实验室研究
　　根据材料几何相似理论, 在实验室进行开采和放煤工艺的模拟试验。将回采工作面及上覆岩层按一定比例缩小成模型, 在模型上进行开采和放煤工艺的操作。由于模型具有较强的可操作性和可视性、直观性, 因而就可以直接观测顶煤煤层、直接顶、基本顶的移动规律, 并可以测试放煤的工艺效果。模拟实验材料: 煤层用粒径1～8 mm 的散体卵石子墨染而成; 直接顶用粒径12～20 mm 的碎石; 基本顶用粒径30～50 mm 的碎石。
　　实验模型为长1 500 mm , 宽100 mm , 放煤口宽为3 mm 。实验中通过调整角度和比例测算不同状态下的数据, 寻找顶煤、顶板的运移规律和顶煤放出规律。
　实验分别选用了1∶9 、1∶10 和1∶18 三种模拟比例; 煤层倾角分别选取了α= 0°、α= 6°、α= 18°和α= 32°。
111 　放煤方式
　　在实验室内, 进行了煤层倾角的条件下不同放煤方式、不同放煤步距的多种类型的实验。在不同放煤方式、不同放煤步距的条件下, 对放煤量、含矸量、含矸率以及顶煤采出率等项目指标进行了测试。
　　观测数据表明, 采用不同的放煤方式以及不同放煤步距, 所获得的顶煤采出率和放煤中的含矸率也不相同。从采出率、含矸率、工作面工艺过程以及工作面工效等多种因素分析, 它们之间存在着相互影响的关系。欲求较高的采出率, 则需以较高的含矸率为代价, 反之欲求较低的含矸率, 则需以较低的采出率为代价; 若求较简单的工艺过程提高工效, 则需较低的采出率为代价, 反之若求较高的采出率, 则要付出较复杂的工艺过程。所以综合考虑, 放煤工艺以采用多轮顺序的放煤方式为佳。考虑到脊背煤的损失量, 放煤步距以110～112 m 左右为宜。
112 　放煤漏斗的形态的变化
　　在实验中对放煤后顶煤、直接顶及基本顶的垮落漏斗进行了观测。
　　由实验室实验可知, 放煤漏斗的形态随煤层倾角的变化有明显的变化, 即当煤层倾角为0°时,放煤漏斗母线是对称的; 当煤层倾角增大时, 放煤漏斗的母线发生偏移, 煤层倾角越大, 放煤漏斗的母线偏移越大; 放煤漏斗母线的偏移方向偏向于迎山方向。分析认为, 在顶部垂直压力的作用下, 位于放煤漏斗下方(顺山方向) 的煤体受水平方向分力的作用, 使煤体垂直方向的裂隙趋向闭合, 从而使煤体的粘聚力和摩擦角增大, 不易于煤体的垮落和流动, 因此放煤漏斗下方母线角度变陡; 反之位于放煤漏斗上方(迎山方向) 的煤体受水平方向分力的作用, 使煤体垂直方向的裂隙趋向张弛, 从而使煤体的粘聚力和摩擦角减小, 易于煤体的垮落和流动, 因此放煤漏斗上方母线角度变缓。漏斗母线偏移量的大小与煤质、煤体裂隙、顶煤的破碎程度以及顶板压力的大小有关。
2 　现场验证
　　峰峰矿务局薛村矿92712 工作面地质构造复杂, 沿工作面推进方向( 俯斜) 的倾角平均为27°, 最大达35°, 沿工作面(煤壁) 方向的倾角平均为33°最大达53°, 煤层顶板、底板及煤层强度低, 所以92712 工作面属于“三软”伪俯斜大倾角开采工作面。
　　在92712 综采放顶煤工作面进行了多种放煤方式的实验, 即一刀一放, 两刀一放和三刀一放。每一种放煤方式实验两天, 每天中班和夜班均进行。每班放煤分为3 组, 一组2 个人, 每组负责放32个支架。放煤顺序是从下向上分段顺序放煤。
　　放煤工艺数据采集, 对92712 工作面进行实验期间, 对所开采区域分别进行了煤层厚度和煤层倾角的测量; 然后, 分班次, 分天数, 分别对工作面的采出煤量, 通过核子称进行了计量; 并对所采煤进行抽样, 进行灰分、水分、含矸率、采出率进行了计量和计算。
　　通过现场实验, 92712 工作面在俯伪斜双向(工作面推进方向和工作面煤壁方向) 大倾角的条件下最终采用分段顺序2 轮放煤, 放顶步距为110m (两刀一放) ; 工作面上端头1 架不放煤, 工作面下端头2 架不放煤。使92712 工作面达到了平均日产1 64817 t , 工作面回采工效平均为2519 t/ 工,工作面采出率达到9018 % , 原煤含矸率为319 %。创造了较好的经济效益。
3 　结　　论
(1) 通过实验室模拟实验、现场实验, 合理的放煤步距是110～112 m 左右。主要表现在, 当放煤步距为110～112 m 左右时, 脊背煤损失少, 煤炭采出率高, 含矸率低, 放煤工作效率高, 放煤综合指标较好。
(2) 采用双轮顺序放煤, 能有效地提高顶煤放出率, 并能控制含矸率, 工艺过程比较简单。
(3) 工作面的倾角对放煤漏斗母线有明显影响, 迎山方向母线倾角变缓, 反向放煤母线变陡。这一结论可以指导放煤支架的起始架的位置, 即在工作面下部可以靠近运输巷放煤, 对顶板的影响范围相对较小; 而在工作面上部, 放煤对顶板的影响范围巨大。另外, 工作面生产时, 放煤顺序应采用由下向上的放煤方式。对于倾斜长壁开采的工作面, 应以俯斜开采为宜。

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