综采放顶煤生产工艺流程的研究

摘 要：通过对义煤集团公司杨村煤矿D13071工作面综采放顶煤生产工艺流程的研究，确定了适合杨村煤矿地质条件的综采放顶煤生产工艺流程，为综采放顶煤工艺在杨村煤矿推广与应用提供了可靠的技术保障。

关键词：综采放顶煤工艺；综采放顶煤生产工艺流程；采放比；放煤步距；放煤方式

1 概况

综采放顶煤开采技术于20世纪50年代末首先在法国布朗基煤矿试验成功，我国于20世纪80年代中后期，开始试验并实施综采放顶煤工艺，并在一定程度上得到了推广应用。

义煤集团公司杨村煤矿井田采用斜井开拓方式，采区采用分区式分层开采，工作面采用走向长壁采煤法后退式回采。

由于工作面走向长度较短，在300-500米，煤厚在7-10米左右，分层开采造成掘进成本高、回采吨煤成本大、工作面搬家转移频繁、费用高等，经济效益差。

杨村煤矿技术人员根据开采剩余煤层厚度及地质赋存情况，结合外出考察轻型放顶煤设备适应特征，反复的进行科学论证、分析，决定选用综采放顶煤工艺。

2001年9月份开始掘进第一个综放工作面：D13071综放工作面，2002年2月下旬原综采二队转为综放队实施综采放顶煤工艺，D13071综放工作面平面布置图如图1所示。

综采放顶煤工艺能否在杨村煤矿试验成功，关键前提是研究出适合矿井的生产工艺流程，杨村煤矿技术人员经过一个月的现场反复试验，成功研究出了适合矿井的综采放顶煤生产工艺流程，为综采放顶工艺在杨村煤矿的推广与应用提供了可靠的技术保障。

2 综采放顶煤生产工艺流程的研究

2.1 验算开采厚度与采放比是否合理

放顶煤采煤最关键的问题是顶煤的松碎和放出。

为保证顶煤顺利放出，顶煤裂碎后，进一步松散所需的空间高度为：

s=ks×h-h=h（ks-1）

式中：s-顶煤松散时所需的高度；h-放煤高度；ks-放煤的松散系数。

顶煤在松散过程中，由下向上ks值是逐渐减少的，一般可以以1.2-1.25米进行计算（D13071工作面煤层厚度5.3-8.7米，平均厚度7米，最大放煤厚度4.7米）。

s=4.7×（1.25-1）=1.175m

采放比为：h/h1=2

采用插板放煤，可以认为机采采高h1与松散空间高度s相等，由此

h/h1=1/ks-1

h/1.2-1=4-5

h=6.4-10米

D13071工作面机采采高2.3米，最大放煤高度5.4米。根据以上验算，2.3米>1.175米，6.4-10米>5.4米。开采厚度与采放比比较合理。

2.2 采煤机进刀方式及割煤方式

根据杨村煤矿多年采用综采工艺回采经验及本工作面倾向长度，试验阶段，采煤机滚筒采用“前顶后底”式布置；采用端部斜切进刀方式，即采煤机在上端头15-20米处斜切进刀，留三角煤，下行重刀割煤，上行跑空刀装煤，到机尾割掉三角煤；采用单向割煤方式，下行重刀割煤，上行跑空刀，机组往返一来回割一刀煤，附端部留三角煤斜切进刀示意图，如图2所示。

这种留三角煤进刀方式与割三角煤进刀方式相比，采煤机无需在工作面端头往返斜切，进刀过程简单，移机头和端头支护互不干扰，采煤机上行跑空刀装底煤，减少采煤机割煤中回刀装底煤次数，缺点是由于工作面端部煤壁不直，不易保证工程规格质量，顶板不能及时支护，支架一次移不到位，时间不能充分利用，比较适合工作面倾向短的综放面。

图2 端部留三角煤斜切进刀示意图

2.3 放煤步距

确定循环放煤步距的原则是：应使放出范围内的顶煤能充分裂碎和松散，并提高回采率，减少混矸率。

试验阶段，技术人员采用一刀一放、二刀一放、三刀一放三种放煤方法。三刀一放，在近采空区侧留有较大的三角煤，放不出，回采率较低；一刀一放，矸石容易混入放煤插板处，会误认煤已放尽，停止放煤，造成丢煤。二刀一放可以把煤炭回采率和混矸率控制在一定范围内，回采率比一刀一放、三刀一放大大提高，混矸率明显减少。实践证明，二刀一放比较适合，即：放煤步距1.2米。

2.4 放煤顺序与同时打开放煤插板数目

最佳的放煤顺序及放煤插板开启数目应使煤炭回采率高，含矸率低。

试验阶段，技术人员采用如下几种放煤方式：（1）多轮、分段、顺序、等量放煤。即将工作面分为2-3段，段内同时打开相邻两架放煤插板，每次放出顶煤量的1/2-1/3（根据高程推算出煤厚），从下往上按支架的编号顺序放煤（4架、5架；6架、7架……，排头三架不放煤），分2-3次将该段的顶煤全部放完，然后按照此方式再进行下一段的放煤。见矸伸出放煤插板。（2）单轮、多架放煤插板打开、顺序、不等量放煤。即从工作面机头开始打开四架放煤插板，分别放面积为：1，1/2、1/3、1/4。当第一架放完，放煤插板伸出后（关闭后），从下往上按支架的编号顺序继续打开放煤插板，但仍保持打开面积的顺序及大小不变。见矸伸出放煤插板。（3）多轮、间隔、顺序、等量放煤。即根据支架的编号，由下向上，先放双数的架子（4、6、8、10……），一次放出顶煤量的1/2-1/3；然后放单数的架子（5、7、9、11…….），放出顶煤量的1/2-1/3；按照此方式分2-3轮，将顶煤放完。见矸伸出放煤插板。（4）单轮、间隔、多架插板打开放煤，即先放4、6、8……等双号支架上方的煤，见矸伸出放煤插板。滞后一段距离放5、7、9等支架上方的煤。

通过试验，第（1）种放煤方式混矸率大；第（2）种放煤方式放煤速度慢，不易控制；第（4）种放煤方式回采率低。

实践证明，多轮、间隔、顺序、等量放煤放煤方式丢煤少，少放矸，又能实现高产高效，比较适合。

实践证明，二刀一放由下往上隔一架一放顺序多轮的放煤工艺比较适合杨村煤矿。

2.5 确定生产工艺过程

割煤移架跑空刀推前溜拉后溜割煤移架跑空刀推前溜放顶煤拉后溜。放顶煤在第二刀跑空刀时进行，放煤点要滞后采煤机后滚筒不低于10米。

2.6 端头支护的选择

从保证端头支护效果及防火角度考虑，机头和机尾三架不放煤，并铺塑料网，减少落煤，有利于机头、机尾的管理。

由于无配套的端头支架，根据杨村煤矿综采工作面多年所采用的上、下端头支护经验及掌握的2-3煤顶板压力活动规律，上（下）端头下方（上方）采用两根4米长和两根3.6米长的花边工字钢抬棚交错支护，一梁不少于三柱（柱为2.8米的液压单体柱），4米长的梁和3.6米长的梁交错不少于0.6米。上（下）端头上方（下方）采用一根4米长和一根3.6米长的花边工字钢交错支护，两梁交错不少于0.6米。上、下端头抬棚随工作面推进前移，附工作面端头支护示意图3。这种端头支护方式既操作简便，又能保证端头安全及安全出口高度、宽度达到要求。

2.7 工作面设备配备及型号

（1）ZF2800/16/24D型放顶煤液压支架（经过科学验算，该型号支架适合杨村煤矿）。（2）ZFG3600/19/26H型放顶煤过渡支架。（3）3MG200W2采煤机。（4）SGZ-630/220刮板输送机。（5）SGD-730/90型转载机。（6）MRB-125/31.5乳化液泵站。（7）DSP-1063型胶带输送机。

3 结束语

综采放顶煤工艺的优点有：（1）工效高。由于一次采出厚度大，生产集中，放煤工艺的劳动量较小等原因，工效比分层开采高2-3倍，如D13051综采分层面回采工效15.7吨/日，D13071综放面回采工效34.1吨/日。（2）成本底。综采放顶煤比分层开采减少分层数目、铺网工序，由此节省铺网费用，其它材料费、工资费用等也都相应减少。（3）回采费用小。掘进费和巷道维护费减少，便于采掘接替；回采费用小，降低吨煤成本。如D13071综放面比综采分层开采面节省铺网费用，其它材料费、工资、掘进费和巷道维护费等费用共230万，吨煤成本降低1倍。（4）减少了工作面搬家次数，节省采面的安装和拆出费用。如D13071综放面比分层开采面节省安装和拆出费用140万。（5）单产高。在放顶煤工作面中，根据合理的顶煤破碎和放煤参数的要求，采用割两刀一放的工艺，工作面单产大大提高，如D13071综放面单产比分层开采高2倍。

作者简介：董强（1976-），男，汉族，河南渑池人，助理工程师，1998年毕业于焦作煤校综采专业，现从事矿井采煤技术管理工作。