综放工作面精采细采工艺的探索与实践

【摘要】水力压裂技术的实施和放煤步距、顺序的优化，有效控制坚硬顶煤的垮落，很大程度上削弱了顶煤的整体性，使得垮落高度增加、垮落块度减小、碎涨系数增加、垮落角增大，同时大大缩短了老顶初次来压及周期来压步距、减少采空区悬顶，避免支架损坏，消除了大面积冒落的恶性事故，而且注入水或定向水力压裂水还使得岩尘、煤尘减少，对防止采空区自然发火奠定了坚实的基础保障。

【关键词】综放工作面 精采细采 探索与实践

综采放顶煤工作面顶煤回收率是煤炭生产管理的关键环节，顶煤回收率的高低直接影响到矿井的整体经济效益。我矿以往工作面放顶煤工艺根据已采工作面积累的经验，采取割煤与放煤平行作业，即随采随放工艺，有效利用″顶煤在传递力的过程中也要发生移动、变形、破碎、冒落和放出″这一过程，即在支架与顶板所组成的系统中，支架通过顶煤对顶板实施控制，同时顶板的压力通过顶煤传递到支架上，顶煤在传递力的过程中发生移动、变形、破碎、冒落从而将顶煤放出的方法。

但在实践过程中发现，由于煤的硬度较大，顶煤破碎并不充分，可放性差，放煤时块度较大，致使大块煤无法放出，时常出现大块煤堵在掩护梁和尾梁上方无法放出，在反复升降支架或摆动尾梁时也无法将大块煤破碎，从而使部分顶煤无法放出遗留于采空区侧，造成了丢煤多，资源大量浪费，回采率也有所下降；有时通过多部支架的联合操作将大块煤放出后，经常出现后溜淤煤堵塞将后溜压死现象，造成出煤不畅，影响出煤效率；同时大块煤的放出造成破碎机锤头频繁损伤，给破碎机的维修保养工作造成很大的被动。放煤工也提出放煤困难，看着尾梁上方存有大量顶煤，就是有煤放不出的困惑；通过多部支架联合操作时，又出现人手不够，放煤工上下来回跑，顾上不顾下，工作量平空增加，工作量难以完成等问题。

我矿的原煤回收率一直徘徊在75%左右，没有出现较大突破。随着市场竞争越来越激烈、生产成本的不断上涨，改善放顶煤工艺、精采细采，寻求新的回采工艺提高回收率成是我矿的一项重点工作。

一、工作面顶煤爆破预裂

我矿综采工作面采高3.2米，放煤高度9米，顶板为坚硬煤层，如不采用顶煤松动爆破，放煤效果较差，为确保综采工作面回采率，我矿综采工作面顶煤一直采用爆破预裂的方式，回采率基本达到规定的要求，但此工艺工程量和炸药量大、安全性差、成本高、污染井下空气；干扰回采工序，影响回采进度；弱化效果难以人为控制，易引起工作面控顶管理困难；在我矿应用预爆破法控顶时，需采取防止瓦斯、煤尘爆炸及防灭火的措施；同时这一工艺违反了《煤矿安全规程》的规定，此工艺就停止使用。

二、利用高阻力液压支架和矿压相互作用预裂顶煤

随着采深的增加，矿压显现也随之递增，相应的矿压对顶煤的破坏也越大，而矿压所造成的破坏越大，顶煤则越破碎。因此我矿将针对“利用矿压和液压支架高阻力相互作用来实现顶煤破碎”，作为一项研究课题，以提高顶煤的回收率，通过现场实践，此工艺存在诸多弊端，工作面放煤效果极差，在放煤过程中，支架上方中浅部的煤体破碎程度较好，而深部煤体仍存在较多的大块无法顺利放出，并且由于大块煤较多，在放煤过程中，往往顶板碎矸石较大块煤先一步放出，影响煤质。所以很多大块煤被堵在矸石后面无法放出，造成很大的资源浪费，影响到回收率。另外超前压力显现明显，两巷维护费用增大，工人劳动强度加大，特别是回采率较低，此工艺停止使用。

三、工作面超前预裂顶煤

通过现场实践发现，由于煤体发育，构造较多，容易造成工作面架前冒顶，矿压显现加剧，工作面推进度不能保证，工作面容易造成自然发火，气体超限等不安全隐患，此工艺被迫停止使用。

四、工作面超前高压注水预裂顶煤

为确保矿井健康安全有序发展，根据我矿的实际情况，在工作面两巷超前高压注水进行顶煤弱化及改善放煤工艺，取得了良好的效果，水力压裂技术是指在钻孔压裂段预制裂缝，从而控制水力压裂裂纹扩展方向的技术，对坚硬顶板的控制有着非常明显的效果，主要表现在压裂和软化两个方面，从而削弱顶煤的强度和整体性，促使顶煤及时垮落，提高顶煤回收率。并可弥补上述技术的不足，实践证明是成功有效的，已在生产实践中显示出良好的技术经济和社会效益。

1、放煤步距的优化：

不同的放煤步距对放煤效果也产生不同的放煤影响。为此我矿在现场操作过程中，分别对一排一放、二排一放、三排一放、四排一放分别进行了对比，通过实验表明，一排一放过程中矸石紧跟煤体，所放煤质较差，回收率最低；二排一放次之；而四排一放由于放煤步距较大，部分煤体无法滑落至后部刮板输送机内，造成大量原煤丢失。最终通过三排一放证明所放煤质最好，顶煤回收率最高。因此我矿最终确定放煤步距为三排一放。

2、放煤顺序的优化：

合理的放煤顺序也是影响到回收率的一个至关因素。在现场实际操作过程中，我矿采取多轮顺序、分段放煤，对放煤工艺分三步实施：第一步在割煤期间，机组返空刀时由于前溜产量较低，为保证当班足够的提升量，要求机头、机尾各十架先行进行部分放煤，严禁其它区段放煤；割煤结束后，进行正规放煤，一般采取三轮放煤，第一轮放出顶煤的50%为标准，第二轮放出顶煤的30%为标准，一至二轮所放出的煤质效果较好，混入矸石较少，只需简单筛分即可成商品煤；在进行第三轮放煤时，所放煤体将混入较多的矸石，此期间所放出的煤可由地面风选系统进行风选筛分来确保煤质。因此，在第三轮放煤时，我矿要求尽量将煤体放出，当出现煤矸对半放出时，才停止放煤工作。同时在开始第三轮放煤时，工作面将通知调度室安排地面加强煤体的筛分工作，以保证煤质。另外采煤队在组织放煤过程中，还抽调一批技术好、经验丰富的支架工专门进行放煤，以确保达到最佳放煤效果。

通过进行水力压裂技术的实施和放煤步距、顺序的优化，有效控制坚硬顶煤的垮落，很大程度上削弱了顶煤的整体性，使得垮落高度增加、垮落块度减小、碎涨系数增加、垮落角增大，同时大大缩短了老顶初次来压及周期来压步距、减少采空区悬顶，消除来压冲击载荷、来压显现缓慢，避免支架损坏，消除了大面积冒落的恶性事故，而且注入水或定向水力压裂水还使得岩尘、煤尘减少，节约截齿消耗量，对防止煤层自燃有利。

这一技术的实施，解决了我矿处理坚硬顶煤问题。同时为我矿积累了丰富的宝贵经验，为我矿接下来处理类似问题上提供了方便，使之少走弯路。我矿所总结出来的宝贵经验也可以给其他各矿处理类似问题提供借鉴，乃今后遇到类似问题具有较强的实用价值和指导意义。