放顶煤开采技术研究

放顶煤开采技术研究
摘要：韩王矿属于煤与瓦斯相对比较突出的矿井，通过采用放顶煤开采方式进行作业，具有较好的优越性。

本文通过对韩王矿23032工作面采用放顶煤开采进行概述，并详细阐述放顶煤开采的优势，尽管23032工作面的放顶煤开采在试验阶段，但成果丰硕，给韩王矿乃至类似矿井的工作面开采提供了技术资料和成熟的经验。

关键词：韩王矿放顶煤开采创新
放顶煤开采技术主要是提高放顶煤的开采的资源采出率技术，它包括放顶煤开采设计，放顶煤支架选型，放顶煤工艺参数确定，放顶煤初采与收尾方法，区段平巷布置及煤柱尺寸确定，沿空掘巷和沿空留巷技术等。

韩王矿属于煤与瓦斯都比较突出的矿井，针对煤与瓦斯突出矿井，在开采顶分层工作面以后，相当于开采了解放层，再对煤层进行突出区域验证，不具有突出性以后，采用放顶煤开采，具有较好的优越性。

当前开采地区主要集中在轨道煤柱和残采地区，顶分层开采后，经区域验证已消突。

韩王矿开采的二1煤层平均厚度6.0m（4.8m-6.5m），煤层上部0.3m-0.8m、下部0.6m-0.8m 为酥煤，中部4.4m-5.1m为硬块炭，不易垮落，煤层顶板21、23、25地区为厚层状砂岩，坚硬及不易垮落。

1 韩王矿23032工作面采用放顶煤开采的概述
1.1 23采区开采工作现已基本结束，23032工作面为23采区轨道煤柱的最后一个工作面，23采区的平均煤厚5.7m，23031工作面开采了顶分层，铺设有菱形金属网，采高为
2.0m，还剩余
3.7m厚
的煤层。

1.2 23032工作面由于紧邻23沉淀池、顶底板有水、施工条件困难等原因（下风道口距23沉淀池联系巷只有7m），如果沿底掘进此段巷道达到负坡30°左右，溜煤槽无法运输，且施工有水，给施工带来很大困难，没有安全保证。

按照原设计，此工作面为托金属网假顶开采（不放顶煤）。

23032工作面采用放顶煤开采的可行性论证：①当工作面下风道施工到23032切眼位置后，掘进头已没有淋水，考虑到资源不可再生和资源的可贵，技术部门根据现场的实际情况和充分考虑施工的困难程度对工作面放顶煤进行了评估，经过评估后认为可行。

由此对工作面设计进行了调整和优化，具体实施方案是在切眼向上掘进时先做了8m平巷到煤层底板，这时巷道上托煤1.5m～1.7m，再往上沿煤层底板掘进26m（上托煤1.5m～1.7m），同时工作面上风道也为沿底托煤掘进。

②工作面上风道外口与23
轨道的贯通是本次能否完全进行放顶煤的关键点。

由于工作面上风道外口与23轨道贯通是在5m平距内高差相差4m（上山），坡度达到40°，且顶板破碎，施工区队（修护区）在此采用撞楔法、单体柱维护法、干部跟班蹲守法等超常规的措施，顺利将此巷贯通。

③该工作面煤厚稳定，总厚度约为5.7m，此前已回采一层，采高为
2m，23032工作面平均煤厚为3.7m。

煤层结构较简单，为单纯的单斜构造，煤层倾角7～9°。

工作面顶板为23031回采时铺设的金属网假顶，其上为破碎砂岩和粉砂岩；底板直接底为15m厚的泥岩，老底为砂质页岩。

工作面标高为-39m～-33m，且为沿底二层工作面。

④根据目前应用放顶煤开采成功的一些矿井经验和放顶煤开采技
术规定，要求煤厚一般在4m～12m之间，简易支架放顶煤或炮采放顶煤采放比以1：（1.5～3）为宜，该工作面放顶煤最大煤厚3.7m，煤层采放比为1：1.5，其煤厚适合放顶煤开采的要求，符合要求。

⑤对于л型钢放顶煤开采，煤层倾角一般应小于15°，最大不超过20°。

23032工作面放顶煤采煤，工作面煤层倾角为8°～10°，适宜放顶煤开采。

⑥顶板以中等稳定且能随采随冒岩层最为适宜。

该工作面已采过顶层，顶板为金属网假顶，顶板能随采随冒落，且周期来压不强烈，煤层直接底板为沙质页岩，岩性较硬，能满足放顶煤回采要求。

⑦根据工作面在掘进期间，瓦斯相对涌出量为
0.3m3/min，未发生瓦斯动力现象。

⑧根据该工作面周围已回采地区水文观测资料，预计涌水量为0.2～0.3m3/min，工作面地质构造简单，在掘进过程中没有发现其他异常情况。

因此，从煤层赋存状况分析，23032工作面适宜放顶煤开采。

1.3 应用情况及技术。

经过对该工作面的回采，对韩王矿的下一步资源回收总结了丰富的经验，将对此采煤方法进一步的总结和研究，继续进行改革和深化，给韩王矿乃至类似矿井的工作面开采提供了技术资料和成熟的经验。

放顶煤开采具体使用技术有：预注水软化顶煤的理论与技术；预爆破弱化顶煤和顶板的理论与技术；裂隙方位与工作面方位匹配的理论与技术；优化顶煤参数，合理支架选型技术；提高初末和端头放煤的震动放煤技术。

1.4 经济效益分析。

放顶煤开采技术以提高工作面顶煤放出率为主，解决相应的顶煤损失问题，针对煤层赋存条件，实施上述相应的技术，可将工作面顶煤放出率提高80%-90%以上。

一般可在原有顶煤放出率的基础上，再提高5%-10%，其经济效益是可观的，也是放顶煤开采可持续发展的优势所在。

23032工作面采用放顶煤开采增加资源储量约2305吨，并且是优质发热量高的块炭，可为企业创造纯利润34.57万元，为企业创造了良好的经济效益。

放顶煤开采计算理论产量5743吨（放顶煤按70%回采率），实际产量达到了6222吨，放顶煤回采率得到了提高。

2 放顶煤开采的优势
2.1 采用放顶煤开采，韩王矿可以减少1/3工作面搬家次数，回采巷道万吨掘进率降低了一倍。

原来分三层回采时，一个工作面要搬三次家，改用放顶煤开采后，一个工作面分两次采完，减少一次搬家次数，搬一次家按三天计算，一个工作面可以节约人工约5万元。

韩王矿原回采巷道万吨掘进率较高，以21021工作面为例，21021万吨掘进率为300m/1.66万吨=180.7，而21022工作面万吨掘进率为310m/
3.64万吨=85.16，降低了一倍还多。

2.2 采用放顶煤开采解决了复杂顶板条件下工作面的上下风道
巷道布置受地质因素制约较多的矛盾。

韩王矿21022（西）工作面上风道处在原回采过的工作面假顶下，而下风道布置在c-17断层下，上托煤厚2-3m，所处的顶板和地质条件不同，但由于采用放顶煤开采，对生产没有造成很大的影响。

2.3 对坚硬顶板条件下，大顶不易垮落，工作面初次来压、周期来压对工作面威胁巨大，可以通过开采顶层工作面，强制放顶使大顶跨落，然后在底分层采用放顶煤开采。

韩王矿21、23、25地区煤层顶板为厚达21-27m的砂岩顶板，属及不容易垮落顶板，一般大顶初次来压步距为30-40m，垮落面积约2000m2（垮落面积随工作面切眼长度成反比），在25地区曾经发生过大顶初次来压飓风将工人矿帽吹飞，工作面柱下陷1m以上的强大压力显现现象，如直接采用放顶煤开采，采高过大，支柱支承力难以支承强大的顶板初次来压和周期来压。

2.4 直接放顶煤开采回采率低（70%左右），含矸率高的不足。

采过顶分层工作面后，下分层放顶煤是在金属网下进行，顶矸被挡在了煤层之上，煤矸不会混下，提高煤炭质量并可以提高回采率。

经计算我矿23032工作面放顶煤理论产量5743吨（放顶煤按70%回采率计算），实际产量6222吨，放顶煤回采率达到了91%。

2.5 韩王矿开采二1煤中部为硬块炭，直接采用放顶煤，顶煤不易跨落，在顶层工作面回采时，支柱对底板产生破坏，底板向上鼓起以及采用在顶层工作面底板进行震动性爆破等方法，使中层硬块炭分解为易于跨落的煤体，在底层放顶煤时其上部煤体变的较为松散，容易形成冒落漏斗，冒落顶煤的流动角形成60°-70°，上部煤体遵循松散煤岩放落规律而自然下落。

2.6 可以解决韩王矿薄煤层和厚煤层地带无法布置工作面，造成资源丢失和浪费。

对于韩王矿二1煤平均煤层厚度6m，局部受沉积
和断层切割影响，煤厚从4.8m-7m不等，原来大部分采用分三层进行开采，每层采高2.0m，底层低于1.5m或高于2m的就不再布置工作面或将高于2m的部分丢失了，资源是一个极大的浪费。

采用放顶煤开采这种工艺后，工作面上托0.5-3.5m厚的煤都可以通过放顶煤的方式安全经济地将资源回收出来，极大地提高了资源的回收率。

3 结论
23032工作面的放顶煤开采试验项目研究，成果丰硕，给韩王矿乃至类似矿井的工作面开采提供了技术资料和成熟的经验，现在我们正在21022工作面进一步的研究试验。

参考文献：
[1]朱少刚.浅谈综采放顶煤开采技术[j].科技信息（科学教研），2007（24）.
[2]郭玉峰.综采放顶煤开采技术研究[j].中小企业管理与科技（下旬刊），2009（11）.
[3]尹龙吉.合理选择放煤工艺提高综放回收率[j].价值工程，2010（04）.。