煤矿综采工作面低位放顶煤回采工艺分析

1 低位放顶煤工作面生产技术情况

马脊梁矿正回采 14# 煤层 301 盘区，现阶段正准备回采 8117 工作面。该工作面煤层倾角在 1°～5°，煤层平均厚度 6.67 m，属于近水平厚煤层开采工作面。工作面煤层地质条件较为简单，用水量小，但具有自燃倾向。

1.1 采煤方法

工作面开采技术条件良好，设计采用单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤回采的采煤方法。结合 301 盘区回采的 8101 工作面、8103 工作面、8111 工作面的回采经验，工作面设备生产能力以及自然发火期，确定工作面长度为 239.4 m。工作面煤层厚度稳定，采高选择 3.3 m，放煤 3.37 m，采空区顶板管理采用自然垮落法。

1.2 工作面配套设备

工作面配套使用 ZF13000/25/38M型支撑掩护式低位放顶煤液压支架。结合相邻工作面回采经验和本工作面的实际情况，8117 工作面选取 MG650/1630(1510)- WD型采煤机和顺槽可伸缩带式输送机，刮板输送机型号为 SGZ1000/2×855。

1.3 回采工艺

工作面采用双向割煤，从工作面端头斜切三角煤进刀，机组最大截深 0.8 m，循环进度 1.6 m。工作面采工艺流程主要为：割煤→移架→推移前部运输机→放顶煤→拉移后部运输机→拉转载机→缩尾→支回柱(端头、超前)。工作面回采期间，工作面端头和超前支护选择 DW45- 250/100X 型单体柱，顶梁使用 DFB1200型 π 型钢梁，使用刚性的可调节式弹簧扣防倒及弹簧扣防坠[2]。

2 工作面放顶煤工艺

煤矿综采放顶煤工艺开采中一般使用单轮顺序放煤、多轮顺序放煤和单轮间隔放煤的放煤方式。在相邻工作面的开采中，放顶煤方式选用单轮顺序放煤、“一刀一放”的方法，使得煤炭含矸率较高，影响产煤质量。在确定放顶煤高度为 3.37 m时，8117 工作面设计采用单轮单 (双) 号、“一刀一放”的放顶煤方法，有效降低了煤炭含矸率和顶板管理难度，提高了顶煤回收率。

2.1 单轮单 (双) 号放顶煤

所谓“单轮单 (双) 号放顶煤”，就是将液压支架进行单双号分组，__刀是单号液压支架放顶煤，第二刀是双号液压支架放顶煤，依此类推。根据放矿椭球体理论可知，煤炭在采场破碎流出形态接近椭球体，在相同情况下，煤体垮落角越大，放出体体积也就越大，反之亦然。8117 工作面所采煤层属于中硬煤层，顶煤的松散移动角在 66°左右，应用单轮单 (双) 号放煤方式，顶煤的放出体形态如图 1 所示。由图 1 可知，单号液压支架放顶煤时，双号液压支架上部顶煤主要为未放的脊背煤，如果再将双号液压支架顶煤放出，则矸石混入量和矸石块体体积均会增加，大块矸石会影响工作面刮板输送机正常工作。与此同时，放煤时间也会大大增加，进而影响工作面的单产效率[3- 4]。

2.2 放顶煤工艺优化

以往的“一刀一放”和“两刀一放”的放顶煤方式，是指在割完一刀煤或两刀煤之后，将顶煤完全放出。2 种放顶煤方式各有优劣，而单轮单 (双) 号、“一刀一放”放顶煤方法有效结合了“一刀一放”和“两刀一放”的优点，其上部形成放顶煤漏斗，如图 2 所示，能够有效减少矸石混入，并能够再次提高顶煤放出率。

2.3 放煤步骤

单号放煤流程主要包含 4 个步骤：a) 升架作业。将液压支架前后支柱升起，支架初撑力不得小于24 MPa，否则不得进行放煤作业。b) 粗放作业。适当缩放液压支架后伸缩梁，操作后摆梁千斤顶进行__轮放煤。c) 细放作业。__轮放煤结束后进行细放，升降液压支架后柱，收回后伸缩梁，操作后摆梁千斤顶进行第二轮放煤。d) 精放作业。将液压支架全区升紧，初撑力达到 24 MPa 以上后，再次操作后摆梁千斤顶进行第三轮放煤。下一刀进行双号放煤，依次间隔推进。

3 煤层自然发火防治措施

8117 工作面所采煤层自燃倾向性等级为Ⅱ级，具有自燃倾向，最短自然发火期为 82 d。综采工作面防灭火措施应主要从避免漏风、隔绝 O2 以及降低温度 3 个方面入手。该工作面综合防灭火措施主要有注氮防灭火、加强监测监控、灌浆防灭火和喷洒阻化剂辅助防灭火[5]。

3.1 注氮防灭火

工作面回撤支架之前，需要在工作面预先铺设好N2 管路，所使用的 N2 的体积分数要大于 99%，具体 N2注入的体积分数应结合工作面遗煤氧化程度确定。工作中 N2 注入量需根据工作面监测 CO 的质量浓度来确定，如果 CO 的质量浓度不超过 4×10- 5 mg/m3 ，则 N2 注入量控制在 300 m3 /h。

3.2 加强监测监控

加强工作面监测，包括 CO 浓度、温度和可燃性气体，并根据各项内容的不同特点，选择合适的监测点位。矿井工作面监测使用 32 路 SG- 2003 煤矿自燃火灾束管监测系统，在进、回风顺槽按一定间距布置束管采样器，距工作面 150 m、100 m、50 m 处各设一个测点;同时，在上隅角布置一个测点，保持进风顺槽 3 个测点、回风顺槽 4 个测点，两顺槽同时观测。待距工作面最远测点进入采空区 150 m 后，该点结束观测，并按照步距 50 m沿工作面前进方向后移，依次循环后撤。

3.3 灌浆防灭火

8117 工作面具有以下 4 个特点：a) 煤层倾角小，不利于浆体扩散。b) 工作面走向长度达 239.4 m，注浆管口在进、回风侧采空区，浆体很难到达采空区中部，难以充满采空区。c) 煤厚平均达到 6.67 m，浆体不易将采空区充填满，预防和扑灭采空区高顶处火源点难度大。d) 地区冬季寒冷，不能正常开展防灭火灌浆工作。因此，灌浆防灭火主要是在工作面停采撤架后对停采线和密闭内的巷道进行灌浆充填，并作为抢险救灾时快速处理火灾的措施。

3.4 喷洒阻化剂辅助防灭火

该工作面煤层属于气煤，辅助防灭火所使用的喷洒阻化剂为 MgCl2。阻化剂溶液的质量分数控制在 10%之间为宜，具体参数需通过实验确定。喷洒泵、液箱设备都安装在平板车上，随泵站列车移动而移动。切眼、停采线和两端头处底板要全方位喷洒覆盖，煤柱煤壁选择喷洒压注阻化剂 (泡沫) 进行封闭，采空区阻化液喷洒需经 TJ02A 型三柱塞高压泵雾化处理。当工作面回采完毕后，在密闭墙沿工作面方向 50 m 范围内头尾巷全部喷注阻化剂，防止出现采空区自燃的情况。

4 结语

通过总结相邻工作面的开采经验，在 8117 低位放顶煤回采工作面应用单轮单 (双) 号、“一刀一放”的放顶煤方法，工作面循环产量可达到 3 085 t，比相邻工作面增加 100 t 左右，有效提高了顶煤回收率。