煤矿放顶采煤工作面支护装备及单一长壁综采放顶煤工艺

2020-06-06来守国

黑龙江科学 2020年10期

关键词：放顶步距中位

来守国

(七台河市慧泉电力燃料有限公司，黑龙江七台河 154600)

1 放顶采煤法

目前，放顶采煤法是我国开采厚煤层时常用的采煤方法，如整层放顶煤采煤法，预采顶分层放顶煤采煤法，巷道布置。

2 放顶采煤工作面支护装备

随着放顶煤采煤技术的发展，支护装备已经成熟，标志之一是研制和形成了系列性的综采放顶煤液压支架，按照放煤机构，其位于液压支架掩护梁下部、中部或上部，可以分为低位放顶煤支架、中位放顶煤支架和高位放顶煤支架等三种类型。通过顶粱中部窗口放煤的支架，也属于高位放顶煤支架。

2.1 低位放顶煤支架

低位放顶煤支架的顶粱较长，一般具有铰接前探梁、伸缩梁与护帮板，控顶距大，有利中硬顶煤的破碎，并利用位于掩护梁下部的插板机构低位放顶煤。工作面铺设两部输送机。前输送机运送采煤机正常割下的煤，后输送机铺在底板上，能够最大限度地回收顶煤。目前，我国现场使用的放顶煤支架基本上属于这种类型，如ZFY8500/21/40D支架、ZFYI0000/23/34支架、ZF13000/25/38支架以及ZF8000/20/38等，都属于此种类型。

两柱掩护式低位放顶煤支架的顶粱相对较短，支护面积小，支护强度高。可采用整体顶梁，结构简单，顶梁前端支撑力大，利于工作面端面顶扳控制。立柱受力均衡，有利于发挥支架的支护能力。操作一排立柱，移架速度快，便于实现电液伺服控制。

2.2 中位放顶煤支架

图1所示为单铰结构的ZFS3000/19/28型中位放顶煤支架，除支架底座前侧联接前输送机，在支架底座上的后部还放置后输送机。放煤窗口设在掩护梁的下部，由于支架后铰点较高，应属于中位放顶煤。这种支架的优点是支架稳定性及密封性好，缺点是冒落于窗口下的顶煤在支架的后方，不能回收。

1-伸缩梁；2-伸缩梁千斤顶；3-侧推千斤顶；4-顶梁；5-摆杆千斤顶；6-摆动杆；7-掩护梁；8-放煤千斤顶；9-底座；10-后输送机千斤顶；11-立柱；12-推移千斤顶及框架；13-放煤板图1 ZFS3000/19/28型中位放顶煤支架Fig.1 ZFS3000 / 19/28 type mid-position caving coal support

3 顶煤放出规律

顶煤的放出过程比较复杂，受支架尾梁、顶煤破断角、顶煤破碎程度、放煤口位置与大小等众多因素影响，很难准确地用数学公式表示。为了说明顶煤的放出过程，利用金属矿山的放矿理论来解释。

4 单一长璧综采放顶煤工艺及参数

4.1 回采工艺

根据我国近年来在缓斜厚煤层中使用放顶煤采煤法的经验，以采用低位放顶煤支架的综放工艺为例，简单说明单一长壁综采放顶煤采煤工作面的回采工艺过程：第一，采煤机割煤。第二，移架。第三，推移前刮板输送机。若一次推移能够到位，可在距采煤机后滚筒约10 m处逐节依次完成输送机推移，即完成一个常规性的综采循环。第四，放顶煤。根据顶煤放落的难易程度，放顶煤工作可以是顺序逐架依次放煤，也可以是间隔放煤。第五，拉移后刮板输送机。确保后输送机具有一定的弯曲长度。第六，端头放煤工艺。为了维护工作面两端头处顶煤的稳定性，在端头处各留2～4个支架不放顶煤，这降低了煤炭的采出率，也不利于采空区防火。为了解决这个问题，国内已经研制了ZTF5400-22/32等型号的端头放顶煤支架以及运输平巷放顶煤支架，可使工作面煤炭采出率提高2%～3%。

4.2 主要放煤工艺参数

4.2.1 采放比

采高与支架的稳定性、通风断面大小有关。目前，一般综采放顶煤工作面采高在3.0 m左右。增大采高以后，有利于工作面通风和顶煤充分破碎，但不利于防治煤壁片帮和控制端面冒顶。

顶煤高度决定着循环放煤时间。顶煤高度越大，放煤时间越长，相应增加了循环作业时间，影响工作面的推进速度，不利于采场矿山压力控制和预防煤层自然发火。

当采高较小、顶煤高度过大时，由于放出前顶煤松散破碎的高度小，上部顶煤破碎不充分，放出困难。当采高较大、顶煤高度过小时，直接顶容易和顶煤一起放出，混矸严重，顶煤放出率低。对于综放开采而言，根据煤层厚度不同，我国的采放比一般在1∶0.8～1∶3.0。

4.2.2 放煤步距

放煤步距与顶煤厚度、顶煤的破碎程度、放煤口的位置以及顶煤冒落时的垮落角等因素有关。如果放煤步距太大，则顶煤上部的矸石较早到达放煤口，在采空区侧将留有较大的三角煤放不出来；如果放煤步距太小，则采空区后方矸石易混入放煤口，影响煤质，并误认为顶煤已放完而停止放煤，造成上部顶煤丢失。

4.2.3 放煤方式

放煤方式是指顺工作面布置方向的放煤顺序、次数，同时打开放煤口数和放煤量大小的配合方式，如图2所示，主要有单轮顺序放煤、单轮间嗝多口放煤和多轮间隔顺序等量放煤。

图2 放煤方式示意图Fig.2 Schematic diagram of coal caving method

5 放顶煤采煤法的优缺点和适应性

5.1 放顶煤采煤法优点

放顶煤开采是厚煤层开采的主要方法之一，推动了我国安全高效的矿井建设，其优越性主要表现在以下几个方面：第一，有利于合理集中生产。放顶煤开采，实行采、放平行作业，与厚煤层分层开采相比，工作面单产和工效可同时提高80%～100%，巷道掘进率一般降低100%～200%。第二，对煤层及地质条件具有较强的适应性，采煤成本大大降低，经济效益显著。