榆樹(shù)坡煤業(yè)綜采放頂煤冒放性分析與應(yīng)用

（陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

1 礦井及工作面概況

山西寧武榆樹(shù)坡煤業(yè)有限公司為陽(yáng)煤集團(tuán)下屬煤礦，2012年12月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1.20 Mt/a，礦井位于寧武縣城東北約2 km處，屬寧武煤田，井田面積為15.0247 km2；為低瓦斯礦井，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為2.12m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為0.96m3/t，煤自燃傾向性等級(jí)為自燃，煤塵有爆炸性。

礦井主要開(kāi)采2號(hào)、5號(hào)煤層，開(kāi)采標(biāo)高+1480～+600 m。2號(hào)煤層平均煤厚4.5m，采用大采高一次采全厚開(kāi)采工藝。5號(hào)煤位于太原組下部，煤層厚度14.28～16.92m，平均14.8m，煤層傾角5°～13°，平均9°，煤層硬度f(wàn)=2，容重1.42 t/m3，煤層層理發(fā)育，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含4層夾矸，為全區(qū)穩(wěn)定開(kāi)采之特厚煤層，采用大采高綜采放頂煤開(kāi)采工藝。煤層頂板偽頂為炭質(zhì)泥巖，厚度0.1～0.2m，巖性特征為黑色、含植物化石；直接頂為泥巖，厚度22.65m，巖性特征為黑色、脆而硬，含有燧石結(jié)核和黃鐵礦；老頂為粉砂巖，厚度為12.49m，巖性特征灰色、矽質(zhì)膠結(jié)，中厚層狀。煤層底板偽底為泥巖，厚度0.2～0.4m，巖性特征為黑色泥巖，含植物化石；直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度2.6m，巖性特征為黑色，薄層狀，含植物化石；老底為細(xì)砂巖，厚度8.46m，巖性特征為淺灰白色，含黃鐵礦成份以石英為主。

一采區(qū)5105工作面開(kāi)采5號(hào)煤層，工作面地面標(biāo)高為+1375～+1457m，地表溝谷縱橫，黃土覆蓋，局部有巖石出露，工作面標(biāo)高+970～+1126m，煤層埋藏深度為295～463 m。工作面可采走向長(zhǎng)度1406m，傾向長(zhǎng)177m，工業(yè)儲(chǔ)量5160kt，可采儲(chǔ)量為4490kt，工作面生產(chǎn)能力按0.80 Mt/a考慮，設(shè)計(jì)服務(wù)年限5.6 a。

2 綜放工作面主要設(shè)備選型、回采工藝

2.1 主要設(shè)備選型

綜放工作面主要設(shè)備選型見(jiàn)表1。

表1 工作面主要設(shè)備

2.2 回采工藝

采用綜采放頂煤采煤方法，全部垮落法來(lái)管理頂板，采煤機(jī)割煤、裝煤，放頂煤液壓支架放煤，由前工作溜和后工作溜、轉(zhuǎn)載破碎機(jī)、皮帶機(jī)運(yùn)煤，放頂煤液壓支架支護(hù)頂板，實(shí)現(xiàn)落煤-裝煤-運(yùn)煤-支護(hù)等過(guò)程。

3 頂煤冒放性分析及放煤方式的確定

3.1 5號(hào)煤頂煤冒放性分析

根據(jù)頂板、煤層厚度與硬度、煤層結(jié)構(gòu)與夾矸、開(kāi)采深度等主要因素[1]對(duì)榆樹(shù)坡5號(hào)煤層的冒放性進(jìn)行分析如下：

（1）頂板對(duì)頂煤冒放性的影響

依據(jù)陽(yáng)煤集團(tuán)放頂煤工作面的開(kāi)采經(jīng)歷，在開(kāi)采過(guò)程中，頂煤有少部分基本頂跟隨直接頂、煤炭冒落。大部分直接頂跟隨頂煤隨采隨落填補(bǔ)采空區(qū)，因此直接頂厚度較厚是放頂煤開(kāi)采頂煤順利冒落的必要條件，反之頂煤回收率明顯降低。從頂煤回收率和工作面礦壓分析[2]，煤層直接頂最小厚度必須滿(mǎn)足填補(bǔ)頂煤采出后的采空區(qū)。榆樹(shù)坡5號(hào)煤層頂板結(jié)構(gòu)主要為砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖。直接頂厚度22.65m，巖性特征為黑色、脆而硬，據(jù)其厚度分析，5號(hào)煤層的直接頂有利于放頂煤開(kāi)采和頂煤冒落后順利放出[3]。結(jié)合礦井的采掘?qū)嵺`，頂?shù)装逡子诠芾?。因此，從煤層頂板看，頂煤的冒落較好。

（2）煤層厚度、硬度對(duì)頂煤冒放性的影響

依據(jù)陽(yáng)煤集團(tuán)放頂煤工作面多年來(lái)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，例如較軟的煤層頂煤跨落角度為87°～89°，頂煤放出率84%左右；中硬度的煤層頂煤跨落角度66°～68°，頂煤放出率74%左右；較硬的煤層頂煤跨落角度53°～55°，頂煤放出率為14%左右。說(shuō)明煤層厚度、硬度是影響頂煤冒放性的主要因素[4]。依據(jù)頂煤的強(qiáng)度與破壞關(guān)系測(cè)算，當(dāng)榆樹(shù)坡5號(hào)煤的強(qiáng)度值為20MPa時(shí)，頂煤的破壞程度較高，說(shuō)明頂煤冒落性較好。

（3）煤層結(jié)構(gòu)對(duì)頂煤冒放性的影響

在支承壓力的作用下頂煤容易破碎冒出，煤層結(jié)構(gòu)節(jié)理裂隙發(fā)育越厲害，頂煤的冒放性就越好，容易采出，所以煤層結(jié)構(gòu)、夾矸是影響頂煤的冒放性的直接因素，煤層夾矸比較堅(jiān)硬、厚度增厚，會(huì)不利于頂煤冒落。頂煤中夾矸由于硬度支撐使頂煤難以冒落，就算頂煤冒落后，未破碎的夾矸體積較大，嚴(yán)重影響頂煤冒出，堵塞放煤口。因此高硬度、較厚的夾矸是頂煤冒落的不利因素。

從榆樹(shù)坡5號(hào)煤5105工作面已經(jīng)掘進(jìn)的巷道揭露的煤層觀(guān)察，煤層結(jié)構(gòu)節(jié)理裂隙比較發(fā)育，因此頂煤冒放性較好。煤層含夾矸1～4層，巖性多為高齡巖、炭質(zhì)泥巖和砂質(zhì)泥巖，而且?jiàn)A矸巖石強(qiáng)度相對(duì)較低，與煤層的強(qiáng)度基本相似，故對(duì)頂煤的冒放性影響較小。

（4）開(kāi)采深度對(duì)頂煤冒放性的影響

依據(jù)國(guó)內(nèi)放頂煤開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，煤礦開(kāi)采深度大于300m，頂煤的冒放性較好，開(kāi)采深度小于100m，頂煤冒放性較差，說(shuō)明頂煤冒放性隨開(kāi)采深度加深而增強(qiáng)[5]。

榆樹(shù)坡5號(hào)煤5105工作面開(kāi)采深度為295～463m，從開(kāi)采深度看，受地壓及開(kāi)采深度的影響，結(jié)合頂煤冒放性的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論來(lái)看，工作面頂煤易破碎，則工作面的頂煤比較容易冒落。

3.2 回采工作面采放比

結(jié)合工作面的地質(zhì)條件及以往的開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮，榆樹(shù)坡5105工作面煤層厚度平均為14.8m，機(jī)采高度適當(dāng)調(diào)整為3.8m，放頂煤高度為11m，即采放比為1∶2.84。

3.3 放頂煤實(shí)際效果

按照綜采放頂煤采煤法的實(shí)際生產(chǎn)工藝，陽(yáng)煤集團(tuán)放頂煤工作面主要放煤的方式有四種，為多輪順序放頂煤、單輪順序放頂煤、多輪間隔放頂煤、單輪間隔放頂煤。

通過(guò)對(duì)放煤工藝比較，從采煤工作面回采率、日產(chǎn)量、排矸量及煤質(zhì)等綜合考慮，確定工作面放煤方式采用單輪順序放煤。工作面現(xiàn)場(chǎng)放煤、巖冒落，沿著分界線(xiàn)面均勻下落，煤炭采出率高，含矸率低，保證煤質(zhì)，且充分利用放煤口面積，放煤速度快。但該操作要求支架工操作水平較高。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上分析，根據(jù)陽(yáng)煤集團(tuán)多年放頂煤開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，榆樹(shù)坡5號(hào)煤層直接頂巖性脆而硬，據(jù)其厚度分析直接頂比較有利于放頂煤開(kāi)采和頂煤冒落后順利放出。并結(jié)合礦井的采掘?qū)嶋H情況，頂?shù)装逡子诠芾?。工作面頂煤的冒放性好，非常適合采用放頂煤開(kāi)采工藝；放項(xiàng)煤開(kāi)采方法以其成本較低、效率較高、采煤工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，既保證了煤炭產(chǎn)量完成，也有利于工作面的日常管理。目前在寧武礦區(qū)的其他礦井放頂煤工作面開(kāi)采中也取得了很多經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。