冒放规律（共4篇）
冒放规律 篇1
羊东矿8263掘进工作面位于矿区东北部, 东至上下风道和F3断层防水煤柱, 北至8151工作面采空区和东风井改造煤柱, 西至8261工作面采空区, 南至七盘区皮带机到、轨道和回风道[1]。该工作面主要为单斜构造, 下部为香山盆地底部。岩层走向主要SE向, 倾角NE, 岩层倾角25°~44°, 断裂构造以NE向正断层为主。根据邻区所接露的断层情况, 预计本区有9条断层, 断层均不导水。煤层厚度4.7-5.4m, 平均厚5。2m。煤层结构稳定。煤层顶板以粉砂岩为主, 平均厚度5.3m。底板为粉砂岩, 厚度10m。煤层倾角22°-53°, 平均34°。工作面沿煤层倾向倾角平均为36°, 最大为50°。正属于大倾角难采条件, 工作布置好后沿回采方向呈俯斜开采, 沿倾向属大倾角开采, 这样对开采产生了双重问题, 开采难度大幅度增大[2,3]。研究双向大倾角俯采时顶煤冒放与运动规律, 为轻型放顶煤支架放煤口设置、尾部刮板输送机位置、放煤作业方式等提供理论依据。
1 顶煤冒放现状
放顶煤采煤法是开采厚煤层的一种经济有效的方法[4]。然而, 不同煤层或不同工作面的顶煤冒放效果差异很大, 分析原因主要有两个方面:一是由于煤层赋存条件、煤岩性质等客观条件所致。如太原王封煤矿在采深不足100m、煤层中含有厚016~018m砂质页岩夹石层的条件下采用放顶煤采煤法, 结果顶煤放出率仅为20%左右, 因而被迫放弃了这种方法, 造成了经济上的巨大损失, 二是由于选择的工作面结构参数、放煤工艺、支架性能或管理方法等主观因素所致。如潞安矿务局王庄煤矿在4309试采工作面使用高位开天窗放顶煤支架, 预注水软化顶煤后放出率为6718%, 但改用中位放顶煤支架后, 不采取顶煤处理措施放出率也可达70%以上。前者属于顶煤本身的冒放性问题, 后者属于主观决策对顶煤冒放性的适应性问题。顶煤的冒放性是指顶煤本身冒落和放出及其难易程度的度量[5]。影响顶煤冒放性的因素很多, 从总体上可分为地质因素和技术因素两大类, 本课题旨在研究地质因素对顶煤冒放性的影响及其顶煤冒放性的分类, 并按照煤层赋存条件合理地选择放顶煤采煤法。在这一前提下, 研究和改善技术因素, 实现高产高效, 获得最佳的技术经济指标。
理论研究和现场观测表明, 顶煤变形、移动和破坏过程可分4个阶段[6], 即:工作面前方支承压力峰值以远的应力增大区为顶煤的弹性变形阶段Ⅰ;从支承压力峰值点到煤壁为顶煤压裂阶段Ⅱ;处于采场支架上方的顶煤为松动阶段Ⅲ;到支架顶梁尾部的顶煤为放落阶段Ⅳ。放落区内顶煤分两步放出, 打开放煤口后, 下部顶煤容易放出, 上部顶煤则形成结构, 此为初放区Ⅳ1;移动拱脚, 破坏拱顶, 使上部顶煤进一步松动并放出, 称终放区Ⅳ2。顶煤破坏过程见图1。
2 工作面顶煤分类
根据顶煤冒放性和影响因素的分析以及放顶煤开采实践, 将采深、单轴抗压强度、夹石层厚度、煤层厚度、裂隙指标和直接顶充满系数6个评定因素具体化, 并制成表X作为综合评判的基础。8263工作面埋深400m, 煤厚5.2m, 按表1分类, 为II类, 易冒放煤层。
3 工作面顶煤冒放规律
因8263工作面走向倾向角度均较大, 这可能造成顶煤垮落不均匀。用UDEC模拟20°倾角煤层开采情况, 发现底部冒放容易, 而上部不太容易。如图2, 上部顶煤冒落不如下部充分。这也说明在倾角较大时, 垮落的顶煤还会发生向下方滚动的现象, 当后排溜子运煤后, 直接顶继续垮落, 将更大可能地充填采空区下部, 而上部悬空更多, 使得上下口老顶来压步距发生变异。
一次开采后, 位移云图显示 (图3) , 上部位移要较下部略大, 覆岩由下向上垮落, 直到老顶断裂, 老顶上方岩层塌陷, 使离层闭合 (图4) 。
在双向伪倾斜情况下, 顶煤冒放不象常规采面那样对称, 而是沿着煤层垂直方向向下冒放, 冒放较平常困难。
从位移云图 (图5) 看, 工作面开采对顶煤、直接顶均造成卸压作用, 顶煤冒放及直接顶垮落, 与岩层竖向位移相关。采出下层煤后, 顶煤和直接顶下下冒落, 与近水平煤层不同的是, 它的冒放范围, 在煤层上部相差不大, 但覆岩却发生较大变异, 主要表现是沿着采空区垂直方向进行垮落, 即8261和8263两个工作面中心向法线方向开始垮落, 在竖直方向上极不对称, 在8263工作面表现出下部位移大, 上部位移小的特点。
同时底板的位移也发生变化, 首采面8261底板变形量大, 范围也广, 但8263影响范围变小, 数值也变小。
从单个工作面位移考虑, 如图6, 上部覆岩变形对称性也较差, 下部位移大, 下部位移小, 整个覆岩变形云图呈偏梨形分布, 下部影响范围更广, 而上部影响范围变小。表现在顶煤冒落方面, 冒落情况差别不大, 即上下口都能冒落, 相对来说上口冒落要更充分。直接顶之上, 竖向位移极不对称, 下口部分竖向位移加大, 产生的不平衡直接影响到地表深陷。
4 结论
8263工作面煤层为II类, 易冒放煤层, 但是由于地质构造关系有了新的变化, 顶煤的冒落情况是上口冒落充分, 下口冒落稍差, 但竖向位移方面还是偏向下口, 即下口位移大, 上口位移小, 受采空区影响, 整体位移是沿着全部采空区中心法线方向发展。
参考文献
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冒放规律 篇2
我国大倾角厚煤层储量丰富、分布广。大倾角厚煤层开采目前的发展水平远低于缓倾斜煤层, 存在着一系列没有解决的基本技术难题, 对大倾角综放开采时顶煤运移及放出规律更是缺乏系统全面的认识, 对许多影响顶煤冒放规律的因素也缺乏足够的了解。
为此, 本文基于担水沟煤矿9101工作面生产技术条件, 通过科学实验和实测分析来了解放煤步距对顶煤冒放规律的影响。
1 工作面地质及生产条件
9101综放工作面位于井田中部, 工作面由东向西布置, 总体呈单斜构造, 煤层在本工作面范围内由东向西变厚, 其平均厚度15.7m, 煤层倾角25～42°, 平均37°, 煤层结构比较复杂, 全区基本都含有夹矸, 在0～6层, 夹矸岩性以炭质泥岩、泥岩为主。煤层顶板主要为为中砂岩、泥岩, 局部为砂质泥岩;底板主要为泥岩、砂岩。
2 煤步距与顶煤冒放性关系
确定放煤步距的原则是:应使放出范围内的顶煤能够充分破碎和松散, 并做到提高采出率, 降低含矸率。确定放煤步距时, 首先应保证放煤口上方能够充满已松散的顶煤。顶煤在支架的反复支撑扰动和超前支承压力的作用下, 到达放煤口时, 已变成了破碎松散的块体, 破碎顶煤块体的粒径大小与上覆岩层运动和煤体本身的力学性质有关[2]。同样, 顶煤上方的直接顶在支承压力和基本顶的回转变形压力作用下, 当运移至放煤口上方位置时, 也已变为松散的块体, 若放煤步距太大, 则上部的矸石首先到达放煤口, 在采空区侧将留有较大的三角煤, 放不出来;若放煤步距太小, 则后方矸石易混入窗口, 影响煤质, 并容易误认为煤已放尽, 停止放煤, 造成上部顶煤的丢失。放煤过程中不能保证既不混矸又不丢煤, 合理的放煤步距只是把煤炭采出率和混矸率控制在一定范围之内。
3 实验与结论
3.1 实验
在实验室铺设相似的散体实验模型来模拟放顶煤开采, 测出模型情况下放煤工艺的一些数据, 经相似比换算到现场实际, 分析不同放煤步距下的放出率和含矸率, 得出最佳的放煤步距。
实验室铺设的模型尺寸为2500mm×200mm×1500mm, 散体实验几何相似比为:C1=10/150=1:15。
按照相似比计算下来, 散体模型每个层位顶煤厚度和块度见表1。
散体实验中, 下位顶煤、中位顶煤选用不同粒径的灰色石子, 上位顶煤选用红色石子, 上、中、下层位顶煤之间铺一层薄的红色标志层石子, 下位直接顶、上位直接顶、基本顶选用不同粒径的不同颜色石子, 如图1所示。
采一放7次 (进7刀) , 两采一放6次 (进12刀) , 三采一放6次 (进18刀) 。支撑顶煤钢板的宽度等于采煤机的一次进刀截深, 一采一放时, 每次抽出一块钢板放煤;两采一放和三采一放, 重复移架, 隔开采煤和放煤部分的钢板宽度正好等于采煤机的截深, 使模拟的放煤过程与现场实际的动态过程基本相似, 顶煤放不出或产生拱时, 抽动尾梁上的插板从而顶煤放出。称取放出的顶煤和矸石质量, 来计算放出率和含矸率。画出顶煤在放煤后、移架后放煤前两个过程中煤矸分界线, 掌握不同放煤步距下煤矸流动场的形态。
3.2 结论
放煤步距不同时, 放煤口上方顶煤量、煤矸分界线及顶煤不同层位分界线的斜率均不同, 导致放煤时煤与矸石的运移、放出规律和混矸程度都有变化。模型中不同放煤步距下顶煤放出率和含矸率试验结果见表2。
通过本实验得出的数据可知, 在顶煤完全破碎的前提下放煤, 两采一放的顶煤放出率最高, 高出一采一放13.42%, 高出三采一放5.99%;同时两采一放的含矸率最低, 低于一采一放6.14%, 低于三采一放0.14%, 见表2。故担水沟煤矿9101工作面实施综放开采时放煤步距应采用两采一放。
4 总结
4.1 放煤步距的大小与煤矸的块度大小、质量、运动阻力、运动方向、混矸程度、到放煤口的距离等有关。
4.2 放煤步距的大小对顶煤放出率、含矸率影响较大。
4.3 通过实验得出: (1) 顶煤的压裂破碎块度按照顶煤厚度层位上中下分, 块度由小到大依次是, 下位顶煤、中位顶煤、上位顶煤。 (2) 由于一采一放的煤矸流分界线很陡, 则煤矸流动速快, 因此放煤口上方的矸石很容易流动到放煤口, 导致混矸现象严重。 (3) 当矸石块度小于顶煤块度时, 矸石流动速度大于顶煤流动速度, 且下滑的矸石容易混入到顶煤中, 从而含矸率增加, 增大放煤步距可以控制含矸情况;相反当矸石块度大于顶煤块度时, 放煤过程不易混矸, 则可适当减小放煤步距。 (4) 在每个放煤步距中, 顶煤经过两次有规律的流动。第一次是移架后顶煤较大幅度的垮落, 第二次是顶煤流动是随放煤口顶煤的放出而运移。
摘要：为了确定放煤步距对顶煤冒放规律的影响, 我们通过实地测量的数据, 基于理论分析与数值模拟计算方法[1], 研究了不同的放煤步距对顶煤放出率、含矸率等造成的影响, 合理的放煤步距应使顶煤放出率最高, 含矸率最低。研究结果表明:放煤步距的大小对顶煤冒放性有很大的影响:若放煤步距太大, 在采空区侧将留有较大的三角煤, 放不出来;若放煤步距太小, 则后方矸石易混入窗口, 影响煤质, 造成上部顶煤的丢失。
关键词：放煤步距,厚煤层,放出率,顶煤厚度
参考文献
[1]谢广祥, 黄金桥.顶煤放出规律计算机可视化仿真[J].煤炭学报, 2002, 27 (3) :264-267.
冒放规律 篇3
世界煤炭工业发展的主流就是煤炭资源的安全高效回收, 与此同时这也是煤炭工业在我国发展的必然趋势。在我国综采放顶煤技术广泛的运用在厚及特厚煤层高效集约化开采当中, 综采放顶煤技术经过几十年的发展已经将其独特的优势展示在我国的厚煤层开采当中了。在进行厚煤层开采的过程当中, 顶煤运移规律会因为顶煤物理力学的不均匀性而具有相当大的难度。含矸率的降低、采出率的提高、顶板控制以及综放工作面的放冒效果等都会因为顶煤的变形破坏与运移特征而受到直接的影响。本文主要针对厚煤层大采高综放开采的煤岩冒放规律及放煤工艺参数进行了研究, 希望能够对我国煤矿开采业的长远发展起到一定的帮助作用。
1 影响厚煤层大采高综放开采的煤岩冒放规律的主要因素概述
开采技术因素和地质赋存因素是影响煤层综放采场的顶煤冒放性的决定因素。在这两个因素当中起到客观决定作用的就是地质赋存因素, 而且地质赋存因素还是进行顶煤冒放的首要条件, 其中能够进行人为控制调节的上就是开采技术因素, 所以在进行厚煤层大采高综放开采时必须要选择可以使顶煤冒放性得以改善或者可以与之相适应的开采工艺参数来进行[1]。
1.1 顶煤冒放性受到的地质赋存因素的影响
(1) 开采深度的影响:支撑压力以及原岩应力的大小直接受到了煤层赋存深度的影响。煤体内的应力随着开采深度的不断加大也会变得越来越大, 而且还会具有越来越强大的对顶煤的破坏作用。受到超前支承压力的影响, 综放面煤壁前方顶煤会出现一定程度的松散、破碎或者变形, 顶煤能不能够被顺利的放出的前提就是这些变化程度。 (2) 煤层自身的强度:煤层本身的破坏难易程度得以衡量的主要标准就是所谓的煤层强度。从严格意义上来讲, 煤层强度是一个复杂的综合指标, 其中包括煤体的硬度、裂隙发育程度以及煤体的厚度等都与煤层强度有着直接的关系[2]。根据相关的实验表明, 煤层拥有越大的抗压强度, 煤体受到破坏就会出现越大的所需要的应力, 最终导致煤体很难受到破坏, 并降低了顶煤的破碎程度。 (3) 顶煤节理裂隙的影响:地质弱面和构造不同程度的存在于一般岩体当中, 这种情况同样在煤层中存在。在形成以后, 煤层经历的地质历史发展过程是及其漫长的, 很多的构造运动都出现在这一时期, 所以, 有大量的原生裂隙存在于煤层当中, 与此同时, 煤层中裂隙的变化也可以由开采时的震动热造成。所以, 裂隙的产生、发展和压实就成为了煤体破坏和变形过程中的主要表现。因为裂隙的发展和贯通会导致煤体的破坏, 所以对顶煤破碎进行控制的主要因素就是煤层的采动裂隙以及原生裂隙, 从而这里我们可以看出, 顶煤的可放性以及破碎程度受到了贯通裂隙的方向和密度的直接影响。裂隙的贯通过程以及煤层微裂隙的发育就是煤层破坏的实质[3]。节理裂隙发育的煤层以及具有较差完整性的煤体, 所以在支撑压力的作用下, 顶煤很容易发生破碎的现象, 所以通常来讲, 顶煤具有冒放性好的特点。
1.2 顶煤冒放性受到的开采技术因素的影响
(1) 采放比:通常来讲, 在软媒层中的顶煤具有冒放性好以及一语破碎的特点, 然而在大采高情况下很难对端面顶煤进行控制, 所以可以将采放比适当的予以减小, 从而将放顶煤开采的优势充分的发挥出来;采用加大底部采高的方法来针对中硬煤, 促进顶煤放落空间的加大来实现顶煤冒落效果的提高。 (2) 放煤步距:放煤工艺方式的重要参数就是放煤步距, 在工作面推进方向上顶煤的落放距离就是放煤步距决定的。与顶煤垮落角、支架架型以及顶煤厚度等相适应这是对合理的放煤步距的要求。
2 厚煤层大采高综放开采放煤工艺参数研究
机采煤高度在厚煤层大采高综放开采条件下增加了, 与此同时, 顶煤厚度也相应的减少了, 从而造成了破煤作用以及工作面矿压的改变, 顶煤破碎冒落的空间也因为采放比的变化而增大, 对促进顶煤冒落破碎效果的增大十分有利, 下面针对厚煤层大采高综放开采放煤工艺参数进行了研究[4]。
2.1 针对厚煤层大采高综放开采放煤工艺参数的优化
2.1.1 顶煤损失分析
相对于其他采煤方法而言, 综放开采的煤炭损失组成是具有一定相似性的, 与此同时, 也包括了工作面开采损失以及采区布置的损失这两个非常重要的方面。放煤损失在机采高度增加以后出现了一定程度的改变[5]。以不同的顶煤冒落的空间位置为根据, 可以将顶煤放落区划分为两个不同的区域, 也就是可放区以及不可放区。将能滚落到放煤口位置范围以及将支架放煤口打开予以反映的就是所谓的可放区, 通常是指矸安息角以内的区域;将放煤口打开, 却一直无法在煤口范围落下的就是所谓的不可放区, 通常是指煤矸自然安息角以外区域。
2.1.2 放煤步距的合理性
对于含矸率的降低以及采出率的提高而言, 选择科学合理的放煤步距是非常重要的, 如果太大的放煤步距, 就会造成采空区有顶煤的窜入, 出现丢煤的现象;而如果太小的放煤步距, 就会导致窗口容易有矸石混入, 从而使煤质受到影响, 同时还会导致操作者认识上的误差, 认为已经将煤放尽, 出现了操作上的丢煤[6]。相对于放煤口的长度来讲, 放煤步距一定要大, 从而使放煤一开始就混矸的现象得以避免。
2.2 确定放煤工艺参数
(1) 首先要确定采高、放煤步距:考虑到顶煤的冒落规律会在不同的机采高度条件下会有所不同, 所以必须要使放煤步距在相应采高条件下的匹配性得以确定, 在放煤口要同时纳入顶部和采空区侧的矸石, 这是最佳放煤步距[7]。 (2) 确定放煤方式:顶煤的回收率以及含矸率会受到不同的放煤方式的直接影响, 可以将顶煤的回收率进一步的提高上去, 与此同时, 还要控制含矸率在一定的范围之内。
3 结语
厚煤层大采高综放开采放煤时, 要想得到成功的应用和推广, 并且将其自身低耗、高效以及高产的的技术优势充分的发挥出来, 必须要对其中的关键技术进行研究和分析, 与此同时, 还要科学合理的对放煤工艺参数进行确定, 希望本文的研究能够帮助到大家。
摘要：随着我国社会经济的快速发展以及人们生活水平的不断提高, 我国的能源需求量也变得越来越大。所以依靠先进的科学技术促进煤炭生产力的提高、矿井高效生产的实现变得越来越重要。本文针对厚煤层大采高综放开采的煤岩冒放规律及放煤工艺参数研究进行了分析和研究, 供大家参考。
关键词：厚煤层,煤岩冒放规律,放煤工艺参数
参考文献
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全兴煤矿顶煤冒放性分析 篇4
普放开采顶煤的冒放性直接影响普放开采技术的成败, 是制约普放开采技术应用的主导因素。冒放性通常是指适合放顶煤开采的煤层位于支架之上的顶煤在地压和支架的作用下, 在开采过程中能够垮落并放出的特性。普放开采顶煤的冒放性应充分考虑地压大小、支架形式、顶煤的特性、顶底板特性及采放比、采放步距等多项因素。顶煤具有良好的冒放性是实现普放开采的最基本前提和条件。
1 顶板冒放性的影响因素
放顶煤开采中, 顶煤由原始状态到放煤, 主要经历了变形、膨胀、移动和垮落等这样一个复杂的过程, 揭示顶煤移动规律、应力场分布及其应力传递规律, 对于控制端面稳定、确定合理放煤高度和顶煤冒放性、最大限度放煤及提高采出率都是十分重要的。放顶煤开采是利用地压破煤, 地压破煤问题的一个方面是破煤的动力。煤层的顶板条件也对顶煤的冒放性有影响, 虽然对顶煤的受力影响不大, 但对顶煤的冒落过程影响很大。这一影响主要取决于破碎顶板对采空区充填的程度, 充填程度越高冒放性越好。
研究结果表明:顶煤从原生裂隙扩展以至出现强度破坏, 直到最后从放煤口中放出, 受许多因素的影响, 说明顶煤冒放性与很多因素有关, 既有顶煤内部的因素, 也有外部因素。概括起来, 影响顶煤冒放性的主要因素有开采深度, 煤层的厚度和强度、煤层的夹矸层数和厚度、顶煤中节理裂隙的发育程度, 直接顶岩性及厚度, 基本顶岩性及厚度等。同时, 这些因素对顶煤冒放性的影响程度也不相同, 这说明顶煤冒放性是一个多因素的综合评价过程。
2 煤层强度对顶煤冒放性的影响
煤层强度是煤层本身抗破坏能力的主要指标。对于强度不同的煤体, 传递顶板应力的结果不同, 顶煤在煤壁前方开始变形, 移动的位置也不同。煤的坚固性系数越小, 表明强度越低, 顶板在煤壁前方的起始活动点越远, 支承压力峰值离工作面煤亦越远, 从而顶煤受力的作用也越长, 有利于顶煤的放出。但是如果顶煤太软, 也会给工作面支架端面的维护造成困难。相反, 值越大, 支承压力峰值越大, 支承压力值越靠近工作面煤壁, 顶煤的破坏过程越短、顶煤的变形、位移越小。
根据对放顶煤工作面的现场观测, 单向抗压强度越大, 顶煤越硬, 顶煤垮落角越小。由顶煤的冒落规律可知, 对于全兴煤矿8煤层而言 (f≥3.5) , 参考上述实测值, 煤层强度对顶煤冒放性的影响较大, 对顶煤的放出不利, 冒落大块煤多, 可放性较差, 需采取顶煤预破碎等措施方能顺利放出。
3 煤层赋存深度对顶煤冒放性的影响
煤层赋存深度直接影响着原岩应力大小, 同时也影响着回采面四周围岩内支承压力峰值的大小。从这个意义上讲, 煤层赋存深度对放顶煤普放面的顶煤破坏破碎效果有决定性的影响。普放面采场煤壁前方顶煤受超前支承压力作用, 预先发生变形、破碎直至松散, 是顶煤能顺利放出的先决条件。
可见, 正因为受采动后支承压力的作用, 顶煤煤体才有可能超前变形、破碎, 煤层赋存深度是影响顶煤冒放性的一个重要因素。
针对全兴煤矿开采条件而言, 8煤层的平均埋深约为144.8m, 煤层的单向抗压强度约为25MPa, 可保证顶煤在开采过程中在矿山压力的作用下发生破坏, 进而垮落、冒放、回收。从采深即赋存深度看, 8煤层具有良好的冒放性。
4 顶煤节理裂隙对顶煤冒放性的影响
一般岩体都不同程度地含有地质弱面和构造, 比如层理、节理、裂隙、断层及褶皱等, 煤层更是如此。这些弱面将严重削弱岩体的强度而增加岩体的变形性。根据在现场的观测研究, 对普放工作面顶煤冒放性影响最大的地质弱面是煤的节理、层理和裂隙。显然节理裂隙发育的煤层, 煤体的完整性较差, 整体强度下降, 顶煤在支承压力作用下易于破碎, 同时, 裂隙越密集, 顶煤越易破碎、冒放块度越小, 越利于放出, 也即顶煤冒放性越好, 反之则越差。
根据井下开采实践观测勘察, 8煤层煤体节理裂隙不够发育, 煤的单轴抗压强度一般相对较大, 顶煤节理裂隙对顶煤冒放性将产生一定的影响, 冒放性较差。
5 放顶煤开采顶煤冒放性的分类结果
对上述顶煤冒放性进行分类是研究顶煤冒放性能的结果, 是对顶煤冒放性预测的需要。因此, 对顶煤冒放性的分类必须符合我国放顶煤开采技术的发展现状, 并以所取得的实际效果为基础数据, 再结合模糊聚类分析所得样本的归类趋势, 本着有利于实践中容易对类别进行区分与应用的原则。
根据顶煤冒放性的分类结果分析, 该矿顶煤强度较大 (f<3) 可放性较差 (4类) , 顶煤垮落角约为30°, 顶煤垮落角一般在自然状态下顶煤将滞后垮落, 节理裂隙不很发育, 夹石层较硬, 直接顶较薄, 需采取顶煤预破碎等措施方能顺利放出。
6 顶板条件对顶煤冒放性影响
煤层顶板包括两部份, 即直接顶和老顶。直接顶影响着顶煤的冒落运动过程, 能够随采随冒并具有一定的厚度的直接顶是放顶煤开采顶煤破碎冒落后顺利放出的基本条件, 老顶对顶煤冒放性的影响相对较小。直接顶滞后冒落或冒落厚度较小, 都将造成破碎冒落的顶煤垮向放出体以外的采空区, 造成顶煤不能放出而丢失。所以直接顶对顶煤冒放性的影响表现为两个方面一是要能随采随冒;二是冒落后要有一定的厚度即对采空区的充填程度。根据相似模拟试验, 普放开采要求能随采随冒直接顶的最低厚度如下。
就全兴煤矿开采条件而言, 能随采随冒分层厚度之和Σh为4.0/1.2=3.33, 而直接顶厚0.3m~5.0m, 属中等稳定顶板。老顶厚0~4.99m, 属再生顶板, 可保证放顶煤开采过程中对采空区充填程度的要求, 顶板具有较好冒放性。
7 采放高度比对顶煤冒放性的影响
采放高度比即工作面放煤高度与采煤高度之比, 它对顶煤冒放性的影响反映在两方面:一是采面支架的反复支撑对顶煤的破碎作用, 现场观测和有限元计算结果表明, 工作面支架对顶煤的破碎作用范围一般仅限于支架上方的2m左右范围, 再向上则所受影响很小, 从这个意义上讲, 采放高度比越小即顶煤厚度越大, 顶煤的冒放性越差;另一方面采放高度比影响着顶煤冒落充分松散空间条件, 顶煤只有充分破碎冒落时, 才有利于其回收。
8 工作面长度对顶煤冒放性的影响
工作面长度对顶煤的冒放性有着明显的影响。一般来讲, 工作面越长越有利于顶煤冒落, 而由于煤层赋存条件所限制, 放顶煤工作面长度布置仅有10m, 工作面越短两端损失所占比例越大, 煤层越厚, 两端损失所占比例也越大。给放顶煤顶煤充分破坏冒落产生一定的负面影响。
9 工作面推进速度对冒放性的影响
放顶煤开采工作面的推进速度对顶煤的破碎程度有一定的影响。由于顶煤破坏过程带有流变性质, 工作面推进速度快, 前方的支承压力对顶煤的作用时间短, 顶煤的破碎程度低;工作推进速度慢, 则前方支承压力对顶煤作用时间长, 顶煤破碎程度高, 有利于顶煤的充分放出。但是, 对于松软煤层, 顶煤提前过分破碎对工作面端面内顶煤的控制十分不利, 一般要加快工作面推进速度, 以缩短支承压力作用在顶煤上的时间, 便于控制;对于硬煤工作面而言, 较慢的工作面推进速度对顶煤的破碎是有利的。因此, 硬煤工作面应加大工作面长度, 使推进速度减慢;软煤工作面可相应减小工作面长度, 加快推进速度。对该工作面属中等硬度煤层来讲, 应加快工作面的推进度, 有利于防止煤炭自然发火的发生。
1 0 全兴煤矿8煤层冒放性综合评价
通过以上对该矿8煤层冒放性的定性和定量分析, 煤层冒放性属可放性差 (4类) , 不利于顶煤的充分破坏, 影响顶煤放出效果。在保证工作面端面稳定及防止煤壁片帮的情况下, 需采取顶煤预破碎等措施, 以提高顶煤的破坏, 以达到良好的放出效果。
1 1 顶煤弱化处理
受放顶煤开采技术自身的优越性和装备的不断完善, 从本质上来讲放顶煤开采核心是顶煤依靠矿山压力垮落破碎流入工作面运输机内, 实际开采过程中, 必须对放顶煤开采工作面制定防止采空区悬顶的措施, 如顶煤部分不能自然垮落, 就要进行人为弱化处理, 使顶煤在正常开采过程中自然垮落。目前, 顶煤弱化处理基本有两大类:注水和爆破。
实践表明, 两种顶煤弱化处理方法在不同的矿区都得到了良好效果。根据当前该矿井型较小, 技术条件薄弱及现有设备无法满足注水软化、压裂顶煤进行弱化处理。故, 如遇有需顶煤弱化处理采取爆破方法进行时, 必须按规定处理顶板和顶煤, 采用预裂爆破对坚硬顶板或者坚硬顶煤进行弱化处理时, 必须在工作面未采动区进行并制定专门的安全技术措施。严禁在工作面上、下隅角爆破落煤和在工作面内采用炸药爆破方法处理顶煤、顶板及卡在放煤口的大块煤炭和矸石。对于坚硬煤层普放开采, 顶煤仍是以支承压力压裂破煤自重放煤为主, 预爆破弱化顶煤为辅。
1 2 结语
厚煤层开采, 对于小煤矿而言, 普 (炮) 采放顶煤是一种行之有效、较为先进的采煤工艺, 无论从资源回收、经济效益等方面, 都远胜于由巷道壁式开采, 是小煤矿建设高产高效矿井的必由之路。
通过对全兴煤矿8煤层冒放性分析, 顶煤自然冒放性属于一般较差, 若实现工作面的高产高效, 就必须对顶煤进行弱化处理。
参考文献
[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1992
[2]中国矿业学院瓦斯组.煤与瓦斯突出的防治[M].北京:煤炭工业出版社, 1979