放顶煤在高档普采工作面中的应用

谢强谢斌

（肥城矿业集团有限责任公司 曹庄煤矿，山东肥城271601）

曹庄煤矿是山东能源肥城矿业集团公司的骨干企业，座落在泰山西麓。1965年建成投产，原煤年生产能力120万吨，是一座国有大型现代化矿井。为提高煤炭资源回收，提高工作效率，针对井下位于六采区三层煤东翼边角块段3100工作面，经研究决定，将直接回采下分层，在工作面放顶排再安设刮板输送机一部，实行放顶煤方式回收上分层煤炭。

1 采区概况

表1 六采区基本情况

曹庄煤矿下组煤的开采严重受水威胁，随开采水平的延伸，受水威胁程度愈加严重，现有的防治水措施还不能保证水文地质条件复杂块段工作面的安全回采。因此，寻找煤质好、效益高、开采成本低的上组煤成为当前工作的重点。而我矿的六采区是三层煤的最后一个采区，最大限度的回收资源成为工作中的重点，以下详细介绍本采区的情况（见表1）。

2 放顶煤采煤方法与工艺

2.1 采煤方法

采用倾斜长壁采煤法，后退式回采，全部垮落法管理顶板，工作面回采高度2.2m。工作面切眼沿煤层倾向布置。

2.2 支护方式

2.2.1 本面采用齐梁直线柱支护形式。工作面每推进1m，沿工作面铺设尼龙网、挂梁及前移长钢梁、支回柱一次。顶梁为正悬臂，支柱后爪卡在顶梁后端的2～3个牙口处。根据该面顶板岩性和采煤机械情况，端面距为0.65m。为控制端面距，要求每隔两架顶梁档套使一架3.8m长钢梁，一梁不少于三柱支设牢固。

2.2.2 工作面使用DZ2.2～2.5型单体液压支柱配合HDJB-1000型金属铰接顶梁支护顶板，顶梁之上铺设尼龙网护顶。根据三层煤的矿压显现规律和支护情况，工作面初压前后均采用4～5排控顶方式，即最大控顶距为5.65m，最小控顶距为4.65m，工作面放顶步距1m，机道宽1.35m，采煤机吃刀斜茬处控顶距可扩大到6.65m。

2.2.3 工作面必须保持人行道、面前、面后机道三排水平调角楔齐全，调角楔打紧锁牢，不准使用变形、损坏、单个、无绳的调角楔，插调角楔时小头朝向机尾方向。

2.3 放顶煤方法

2.3.1 在工作面第五排支柱 （放顶排）与第四排支柱之间安设一部SGB-40T型刮板输送机，输送机要紧靠第五排支柱。

2.3.2 工作面达到最大控顶距，支齐五排支柱后，首先将第四排靠SGB-40T型刮板输送机的支柱回出，每次回柱不得超过7节溜槽的长度，然后在第四架顶梁前端支设一棵基本支柱，最后按照由机头向机尾的顺序开始移老空侧刮板输送机。

2.3.3 首先将机头带7节溜槽移到支设的第三排基本支柱与新放顶排（第四排支柱）之间，然后支齐新放顶排支柱。依次由机头向机尾方向回第四排支柱→将第四排支柱支在第四架顶梁的前端→移SGB-40T型刮板输送机→支新放顶排支柱。直到移完刮板输送机，支完新放顶排支柱，每路顶梁下保持六棵支柱，最后回撤第五排支柱及顶梁。

2.3.4 回柱工作完成后，在未套使长钢梁的顶梁档内在距溜槽以上0.2m-0.5m处将尼龙网剪开0.3m×0.3m的“T”型口，用于回收老空垮落的煤炭，人工使用扒子或铁锨扒煤至刮板输送机内。直到见到矸石为止，最后用尼龙带或大笆将开口封住。

2.3.5 面前割煤时长钢梁要窜至煤壁跟，维护面前顶板。放煤时长钢梁要向后窜，与放顶排后端对齐，长钢梁始终保持一梁三柱，面前可使用点柱或上挑板梁（一梁二柱）维护面前顶板。

2.4 循环劳动组织

根据该面生产条件和采煤工艺，确定采用三班生产，边采边准，日进三个循环的作业方式。

2.5 矿压观测

工作面开采期间，重点在上下顺槽及工作面两端头进行了煤粉监测和工作面支柱阻力进行循环监测，利用综合监测结果，对工作面冲击危险进行预测预报，当监测出有冲击危险时，利用爆破卸压法对应力集中地点进行卸压爆破。

图1 工作面支护平面图及剖面图（单位mm）

2.6 经济效益分析

2.6.1 工作面正规循环生产能力

式中：

W——每个循环产量，t；

L——工作面倾斜长度，39m；

S——工作面每刀截深，1m；

h——采高，平均2.2m；

γ——煤的容重，1.35t／m3；

C——工作面回采率，95%。

工作面回采产量：每循环生产能力×工作面推采长度=110×195= 21450（t）

2.6.2 顶煤回收循环生产能力

式中：

W——每个循环产量，t；

L——工作面倾斜长度，39m；

K——工作面放顶距，1m；

h——剩余煤厚，平均2.25m；

γ——煤的容重，1.35t／m3；

C——回收率，75%。

顶煤回收煤炭量：每循环生产能力×工作面推采长度=88.8×195= 17316（t）

2.6.3 工作面总回采煤炭量为21450+17316=38766（t），增产17316/ 21450=81%

该技术的成功应用，大大提高了工作面的生产能力及我矿3层煤的煤炭回收率，并可在工作面较长、煤层较厚、推采长度较长的煤层中得到推广，延长矿井的服务年限 ,保证矿井的高产稳产。

2.7 安全措施

2.7.1 瓦斯防治措施

1）加强通风管理，保证工作面的风量符合作业规程规定。

2）工作面设专职瓦斯检查员，井下现场严格执行“一炮三检”制度。

在采煤工作面回风下隅角处安装瓦斯断电仪连续监测回风流中瓦斯浓度。

4）工作面严禁放明炮、放糊炮。

2.7.2 防火

1）保证工作面的推进速度，尽量缩短煤的氧化期，防止煤炭自燃。

2）加强顶煤回收管理，减少顶底煤的丢失。

3）工作面结束时及时封闭。

4）及时采取向采空区喷注阻化剂和注浆等综合防灭火措施。

2.7.3 使用条件

1）煤层倾角小于20°的煤层。

2）煤质中硬以下或注水软化能达到很好放煤效果的煤层。

3）无自燃发火倾向或有自燃发火倾向但能在发火期内采完的煤层。4）地段小，断层多，煤层节理和层理都比较发育的煤层。

3 结语

实践证明放顶煤方法具有高产、高效、低耗、经济效益高、安全性高等优点，是厚煤层开采的一种比较理想的开采方法，有广阔的应用前景，但仍有一些问题：

3.1 对于煤质中硬以上的煤层来说回采率偏低，只能达到65%－75%左右，浪费资源。

3.2 放顶煤的防火问题仍然没有得到很好的解决，特别是发火期短的煤层。

3.3 工作面的支护密度大。

［1］徐永圻，姜志方.煤矿开采学[M].中国矿业大学出版社，2009，7.

［2］杜计平，汪理会，编著.煤矿特殊开采方法[M].中国矿业大学出版社，2003,10.

［3］张恩强，勾攀峰，陈海波.井巷工程[M].中国矿业大学出版社，2010.

［4］张安兴.坚硬厚煤层综采放顶煤预裂爆破开采技术的实践与应用[J].山东煤炭科技，2007(6)：1－2.