中国煤炭报：77体育能源张矿集团官板乌素煤矿突破坚硬特厚煤层放顶煤开采难题

宣布时间：2021-12-06 08:54:12

稿件泉源：《中国煤炭报》12月2日4版

降低煤柱留设量提高顶煤接纳率

77体育能源张矿集团官板乌素煤矿突破坚硬特厚煤层放顶煤开采难题

平均煤厚12.5 米、普氏硬度系数达3.6 的特厚坚硬煤层时常“发威”——不是顶煤难垮落，就是垮落块度过大，直接导致顶煤采出率不高、采场顶板难以控制……日前，这些困扰官板乌素煤矿多年的放顶煤开采难题终被攻克。

“采区预留的清静煤柱由原来设计的33 米减至11 米。”该矿董事长周晓路欣喜于立异为企业带来的转变，仅2 个事人情就多接纳60 万吨煤炭资源，增添收入4 亿元。

确定沿空掘巷位置及煤柱宽度

官板乌素煤矿是77体育能源张矿集团投资收购地方民营企业、实验股份重组后建设的国有控股企业。经由10 余年的一连生产，矿井煤炭赋存量日渐萎缩，难以支持企业后续生长。

怎么办？一方面，他们眼界向外，起劲申请资源扩界；另一方面，刀刃向内，瞄准现有开采地区深挖内潜，调解和优化生产组织方法。

令他们头疼的，是6号特厚坚硬煤层带来的综放作业面顶煤难垮落、垮落块度大、顶煤采出率低、采场顶板难以控制等困扰。

周晓路说，官板乌素煤矿井田面积缺乏3.5平方公里，生产地区安排于井田深部6号煤层。井田地质条件多变，煤层倾角扰曲部位凌驾15 度，煤层开采厚度大，且覆岩运移破断规模广、差别层位的顶板破碎特征及矿压作用机制差别较大，造成大空间覆岩应力漫衍及采场矿压展现重大。

“接纳以往回采工艺、职员组织、预留大区段清静煤柱的要领，关于平均厚度为12.5 米的特厚煤层来说，煤炭采出率、矿井综合效益都不太理想。”周晓路说。

从2019 年最先，该矿与科研院校合作，针对611 综放事人情6 号煤层综合机械化放顶煤开采，睁开了项目攻关。

从特厚煤层综放事人情实体煤侧覆岩运动纪律入手，该矿总工程师朱贵祯掌握了特厚煤层综放事人情支承压力演化纪律、事人情稳固后采空区侧向支承压力漫衍品级一手资料，模拟出事人情采空区稳固后的数值，确定了沿空掘巷位置及煤柱留设量。

“为最大限度地减小煤柱损失，我们沿破碎区将掘巷位置安排在围岩完整水平较好、远离侧向支承应力集中的塑性区。”朱贵祯说，从煤柱内应力场漫衍纪律、采空区防火、煤炭资源

接纳率等方面思量，煤柱合理宽度应维持在11米左右，“ 虽然33 米大煤柱的承载力更强，但11 米窄煤柱仍具有相当承载力，能坚持巷道围岩稳固。”

据测算，与之前2 个事人情区段间留设的33 米煤柱相比，优化后的707 米长的事人情煤柱煤损回采率提升至88%。

运用大直径钻孔顶煤预裂手艺

指挥移架、推溜，熟练操作采煤机往复作业……在井下事情了20 余年，综采区班长张春林习惯了种种地质条件下的煤层开采事情。但关于12.5 米的特厚坚硬煤层，放顶煤不易垮落、顶板难管理经常令他力有未逮。

张春林体现，综放事人情放顶煤开采可使采煤机可采高度和顶部的煤炭同时采出。“顶煤主要在矿压作用下爆发变形后破损性垮落。因此，放顶煤回采要害是顶煤的破碎、垮落和放煤工艺。”张春林说。

煤层强度直接影响顶煤冒放性。综采区手艺员张明家对此了如指掌：“软煤最容易冒落，可放性好；中硬煤次之；硬煤的冒放性最差。”

据相识，官板乌素煤矿6 号煤层煤体属硬煤层，煤层强度对顶煤冒放性影响显着。现场支架后部常有悬顶的顶煤，且冒落块度较大。

“611 特厚煤层综放回采事人情机采高度3.5米，放顶煤最大厚度10 米、平均厚度9 米，采放比为1∶ 2.6，顶煤厚度较大。中部顶煤很难获得充分松动，导致顶煤难以冒落。” 张明家说。这不但造成了资源铺张，还会引发采空区遗煤自然生气。

“顶煤高效接纳，取决于顶煤破碎机理和散体顶煤流动纪律2 个要害因素。”朱贵祯深谙降低顶煤强度的种种手段，却止步于深孔爆破、超前注水软化等古板要领给事人情带来的危险和隐患。

直到大直径钻孔顶煤预裂手艺的泛起，他们从基础上找到了弱化特厚坚硬顶煤清静高效的要领。“向顶煤中施工大直径钻孔，对坚硬顶煤实验预裂。”朱贵祯说。此工艺简朴，受煤层条件影响小、利于事人情一连生产，可节约大宗生产和手艺本钱。

在接下来的实验中，张明家发明，随着大直径钻孔在煤体中的开挖，煤体的应力场平衡状态被突破，在重新漫衍的应力作用下爆发弹塑性变形，并从孔壁向煤体深部生长，由孔壁向煤体深处依次形成了破碎区、塑性区和弹性区3 个区域。

“增大钻孔直径，塑性区便会扩大。”实验中，张明家逐步扩大了钻孔直径。在镌汰钻孔巷道围岩变形量、综合思量手艺因素和经济因素情形下，他最终将钻孔直径尺寸确定为150毫米。

优化事人情回采工艺设计

在实验大直径钻孔工艺后，特厚坚硬顶煤逐步弱化，破碎为具有冒放性的流动散体煤。“散体煤的高效接纳，仍然受制于放煤方法、放煤步距等因素。”朱贵祯接下来的使命，是团结放煤工艺，接纳合理有用的放煤步距，提高顶煤放出量、镌汰放煤损失。

在611 事人情3.5 米采高条件下，朱贵祯和手艺职员划分实验了差别放煤步距、放煤方法对顶煤放出纪律的影响。他们进而得出：煤矸混杂区形成时间和空间形态、顶板冒落形式和块度、支架选型和放煤步距等是造成放煤损失的主要因素。

在确定放煤步距方面，他们划分实验了0.6 米、1.2 米、1.8 米和一连单轮多轮、距离单轮多轮放煤工艺，划分模拟煤矸流场动态转变的历程，剖析顶煤损失特征、采出率和含矸率。

朱贵祯发明，当放煤步距为0.6 米时，顶煤放出量呈“少—多—少”循环形式，放煤口放出的矸石以“采空区矸石—顶部矸石—采空区矸石”循环形式泛起，顶煤接纳率达76.13% ，含矸率6.76%；当放煤步距为1.2 米时，采空区内矸石和顶板矸石同时冒落至放煤口。相比0.6米放煤步距，顶煤损失较小，总体接纳率抵达79.88%，含矸率5.75%；而放煤步距增大至1.8米时，采空区周围矸石留置于采空区内，顶煤损失加大，顶煤接纳率仅为74.57% ，含矸率6.74%。

“放煤步距为1.2 米时，顶煤接纳率较高，含矸率最低。”朱贵祯说。

在优化放煤工艺方面，张明家先后对特厚煤层顶煤在“两放一采”工艺条件下的单轮顺序、双轮顺序和三轮顺序工艺的顶煤损失纪律举行了实验。

“单轮顺序放煤原煤接纳率为74%至78% ，双轮距离原煤接纳率79%至82%。”张明家说。三轮距离放煤的顶煤损失最少，接纳率能抵达82%至84%。

“随着放煤轮次的增添，顶煤接纳率依次增高，同时也陪同着工艺庞洪水平的提升。事人情放煤方法的选择，还要思量两者间的平衡。”周晓路说。距离多轮放煤是611 事人情较为合适的高效放煤方法，“接纳‘两放一采’、三轮放煤工艺，顶煤接纳率抵达82.27%，较以往提升近45%。”（王海梁树清王帅）