提高轻放工作面煤炭回收率的实践与应用.doc

提高轻放工作面煤炭回收率的实践与应用 邢瑞军，马国平 （开滦能源化工股份公司范各庄矿业分公司，河北 唐山063109） 【摘要】 介绍范各庄矿业分公司在轻放工艺的引进和实践中，不断提高轻放工作面煤炭资源回收率的工艺改进方式，提高了轻放工作面的摘要回收率。 【关键词】 轻放；工作面；回收率 概述 范各庄矿业分公司是我国自行设计、自行施工的第一座大型现代化矿井。矿井生产能力为450万t/a，现在的采煤工艺有综采工艺、综放工艺和轻放工艺。自1999年引进轻放工艺以来，提升了矿井原煤产量和生产效率，提高了安全高效矿井建设水平。但是，采用轻放工艺的工作面存在资源回收率较低的问题，通过对轻放工艺的不断改进，使范各庄矿业分公司轻放工作面的资源回收率有了较大幅度的提高。 1 引入轻放采煤工艺的论证研究 1.1 煤层的开采技术条件分析 范各庄矿业分公司北翼7、8煤层为合区煤层，7煤层平均厚度3.61m，8煤层平均厚度2.35m，中间夹矸0.2～0.4m，合区煤层总厚度为4.9～7.05m，平均厚度为5.96m，倾角4～11，涌水量0.2～0.5m3/min，周期来压步距8～12m，顶极属中等稳定顶板，老顶来压时的动压系数为1.46；7、8煤层均无自燃发火倾向，瓦斯涌出量较小。根据该区域的煤层赋存条件，和以往使用综采工艺对该区域资源的损失情况，经过分析认为，轻放工艺是比较适于该区域7、8煤层合区开采工艺。 1.2 放顶煤开采的可行性分析 1.2.1 科学选取煤样确定其可放性 范各庄矿业分公司井田内7煤层的硬度较大，为确定其可放性，在7、8煤层取多个煤样进行了抗压、抗拉实验，7煤层单向抗压强度为7.10～7.37Mpa，单向抗拉强度为0.47～0.78Mpa；8煤层单向抗压强度为10.18～11.47Mpa，单向抗拉强度为0.15～0.17Mpa。煤层有0.4～1.0m厚的复合伪顶，直接顶为3.5m厚含煤线的粉砂岩，不稳定，易冒落；放顶过程中通过轻放支架的移动，完全可以将7煤层的煤体破碎，实现采8煤层放7煤层。 1.2.2 验算煤层冒落性 根据山西矿业学院采矿系靳钟铭等著顶煤冒落性影响因素及分类研究中提供的公式，对7煤层的冒落程度进行分析，其公式如下 Y0.7040.0006338H-0.00786RC0.238C-0.197Mj0.0143Md 式中Y顶煤破坏系数； H煤层赋存深度，400m； R煤层单向抗压强度，9.0Mpa； C强度折减系数，取0.3； Mj夹矸厚度，0.3m； Md顶煤厚度，3.76m。 经计算顶煤破坏系数Y1.002。根据顶煤冒落性影响因素及分类研究一文中介绍，如果Y值大于0.9，说明煤层的冒落性极好，顶煤的放出率可达到80以上。由此可见，范各庄井田北翼7、8煤层属冒落性极好的煤层，比较适合于放顶煤开采。 2 首采工作面的试验开采 研究表明，支承压力及上覆岩层活动是顶煤破碎的关键。根据我公司采用轻放支架及7、8煤层赋存状况，为使工作面顶煤易于控制并体现放顶煤效果，顶煤厚度不宜过小，因此，确定采高为2.2m，顶煤厚度3.76m，采放比为11.7，基本实现采8煤层放7煤层。 放煤步距的合理与否是提高工作面效率和降低含矸率的关键。在回采过程中对一刀一放、两刀一放等进行了试验，结果表明，进两刀放一次顶煤效果最好，因此，选择两采一放的放煤方式，每一刀进度0.5m，则放煤步距1.0m（见表1）。 首采工作面放煤步距统计表 表1 指 标 结 果 放煤步距（m） 0.5 1.0 1.5 2.0 放煤回收率（） 83 85 82 72 灰分（） 39.01 36.25 34.33 30.47 通过对首采工作面煤炭采出量统计，计算出工作面工作面煤炭资源回收率为85。 3 提高轻放工作面资源回收率的实践 为了解决轻放工作面资源回收率较低的实际情况，经过长期的实践研究，对轻放工艺进行了多方面的改进，逐步提高了工作面资源回收率，完善了轻放工艺，提高了矿井资源回收率和矿井产量。 3.1 改造轻放支架侧护，实现无网开采 在轻放开采过程中，控制上顶需要铺设金属网，材料费支出比较大，同时，造成放煤效果较差，资源回收率较低。根据采用的支架类型与煤层赋存条件，将轻放支架侧护板进行改造，实现了工作面无网开采。 3.1.1 具体实施 （1）侧护板在原有的长度上在增加1000mm，宽度比原来多出20mm，原因是支架顶梁前部梯形布置，支架顶梁前部比后部短，缩进去一部分，支架相互之间空隙较大。 （2）侧护板整体宽度比原来多出100 mm，原因是支架前梁前部短，加宽部分是使侧护板和支架顶梁搭接更合理、牢固。 （3）侧护板增加部分与原有部分电焊搭接200 mm，增加侧护板的强度和整体性，增加部分的材料采用12 mm铁板。 3.1.2 改造后的使用效果 （1）支架侧护板改造后，工作面全部甩网，实行无网开采，既节省了人力，又提高了工作效率。 （2）工作面的支架顶梁前部接顶更加严密，液压支架相互之间的空隙更小，轻放工作面架间顶煤不下流，对顶煤的支护更加有效。 （3）支架顶梁上部的煤顶的破碎更好，比原来铺网开采时的裂隙更加发育，更有利于后溜的放煤。 （4）工作面无网开采，后溜放煤省去扎网程序，后溜的煤放的更加彻底，提高了轻放工作面的煤炭回收率。通过统计计算，工作面回收率提高了3％左右。 3.2 尾煤回收装置的研制与应用 放顶煤工作面的煤炭损失主要有上下端头损失、初采损失、末采损失、工艺损失、地质损失五大类。范各庄矿业分公司放顶煤工作面平均损失，根据03－04年数据统计，工艺损失中的尾煤损失一直比较高，达到7.05，因此解决尾煤回收问题是我们需要解决的一个重点问题。 3.2.1 放顶煤工作面尾煤工艺研究 尾煤的定义尾煤是指由于放顶煤过程中发生的流到后溜采空侧的煤炭。 尾煤的主要来源有放煤流动不畅，向后溢出（尤其工作面有仰角时，或支架有仰角时）；本架放煤结束后，发生的邻架煤侵入；过煤通道小造成的浮煤；职工操作问题造成的放煤不净；煤矸混合物；支架放煤高度达不到放净煤的要求。 提高尾煤回收率基本原理通过在工作面后部运输机的老塘侧安设我门自行研制的尾煤回收装置，减少放煤时流入老塘的煤量，从而降低煤炭损失，来提高煤炭资源回收率。 3.2.2 效果检验 范各庄矿业分公司自从研制使用尾煤回收装置之后，对轻放工作面产量和回收率进行统计分析。放顶煤实际（通过电子称计量和水份修正后）对比回采率提高4.526，灰分上升0.18，灰份（含矸石）修正后得出回采率提高4.525。有效的提高轻放工作面煤炭资源的回收率，减少煤炭资源的损失。 3.3 改进下端头支护工艺，实现端头支架的放煤和无端头保护煤柱开采 由于放顶煤工作面的转载机，需要拉运后部刮板运输机的煤炭。所以，下端头的支护采用单体液压支柱配合1.2m金属铰接顶梁支护。由于1.2m铰接顶梁过工作面刮板运输机机头时，无法在机头处打液压支柱，造成机头范围支护强度小，所以，放顶煤工作面基本都采用下三组端头支架不放煤，留设保护煤柱的方式，减小工作面下出口的采动压力，确保下出口的的安全回采，造成轻放工作面下端头出现煤炭损失。 根据轻放工作面下端头的支护方式，造成工作面出现端头煤炭损失的实际，我们研制了一种和转载机连在一起的整体端头支架，随着转载机的推移，实现支架的自动迁移，和工作面下机头支护的整体性，提高下端头的支护强度。同时，将下端头三组支架留设的端头煤柱回收。根据统计，工艺改进后，轻放工作面的煤炭回收率提高了1.2。 4 结论 （1）范各庄矿业分公司引进推广使用轻放工艺是非常成功的，为矿井实现跨越发展起到了重要的积极作用。使范各庄矿业分公司安全高效矿井建设达到了特级安全高效矿井水平。同时，提高了公司生产效率，轻放工作面的直接工效率达到了52.68吨/工。 （2）通过不断实践和总结，逐步提高了轻放工作面的煤炭资源回收率。使轻放工作面的煤炭回收率，由开始引进轻放工艺时的85左右，逐步提升到现在93以上，实现了煤炭资源的有效回收和利用。 [作者简介]邢瑞军（1968-）男，河北唐山人，工程师，现任开滦能源化工股份公司范各庄矿业分公司经理。