稿件起源：《中国煤炭报》12月2日4版

降低煤柱留设量  提高顶煤回收率

bwin.com能源张矿集团官板乌素煤矿突破僵硬特厚煤层放顶煤开采难题

均匀煤厚12.5 米、普氏硬度系数达3.6 的特厚僵硬煤层时常“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、采场顶板难以节造……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。

“采区预留的安全煤柱由原来设计的33 米减至11 米。”该矿董事长周晓路欣喜于创新为企业带来的变动，仅2 个工作面就多回收60 万吨煤炭资源，增长收入4 亿元。

确定沿空掘巷地位及煤柱宽度

官板乌素煤矿是bwin.com能源张矿集团投资收购处所民营企业、执行股份沉组后成立的国有控股企业。经过10 余年的持续出产，矿井煤炭赋存量日渐萎缩，难以支持企业后续发展。

怎么办？一方面，他们眼界向表，积极申请资源扩界；另一方面，刀刃向内，对准现有开采地域深挖内潜，调整和优化出产组织方式。

令他们头疼的，是6号特厚僵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、采场顶板难以节造等困扰。

周晓路说，官板乌素煤矿井田面积不及3.5平方公里， 出产地域安插于井田深部6号煤层。井田地质前提多变，煤层倾角扰曲部位超过15 度，煤层开采厚度大，且覆岩运移破断领域广、分歧层位的顶板破碎特点及矿压作用机造差距较大，造成大空间覆岩应力散布及采场矿压显露复杂。

“选取以往回采工艺、人员组织、预留大区段安全煤柱的步骤，对于均匀厚度为12.5 米的特厚煤层来说，煤炭采出率、矿井综合效益都不太梦想。”周晓路说。

从2019 年起头，该矿与科研院校合作，针对611 综放工作面6 号煤层综合机械化放顶煤开采，发展了项目攻关。

从特厚煤层综放工作面实体煤侧覆岩活动法规动手，该矿总工程师朱贵祯把握了特厚煤层综放工作面支承压力演化法规、工作面不变后采空区侧向支承压力散布等第一手资料，仿照出工作面采空区不变后的数值，确定了沿空掘巷地位及煤柱留设量。

“为最大限度地减幼煤柱损失，我们沿破碎区将掘巷地位安插在围岩齐全水平较好、远离侧向支承应力集中的塑性区。”朱贵祯说，从煤柱内应力场散布法规、采空区防火、煤炭资源

回收率等方面思考，煤柱合理宽杜爪维持在11米左右，“ 固然33 米大煤柱的承载力更强， 但11 米窄煤柱仍拥有相当承载力，能维持巷路围岩不变。”

据测算， 与之前2 个工作面区段间留设的33 米煤柱相比， 优化后的707 米长的工作面煤柱煤损回采率提升至88%。

使用大直径钻孔顶煤预裂技术

指挥移架、推溜，纯熟操作采煤机往复作业……在井下工作了20 余年，综采区班长张春林习惯了各类地质前提下的煤层开采工作。但对于12.5 米的特厚僵硬煤层，放顶煤不易垮落、顶板难治理时时令他力不从心。

张春林暗示，综放工作面放顶煤开采可使采煤机可采高度和顶部的煤炭同时采出。“顶煤重要在矿压作用下产生变形后粉碎性垮落。因而，放顶煤回采关键是顶煤的破碎、垮落和放煤工艺。」嘏春林说。

煤层强度直接影响顶煤冒放性。综采区技术怨嘏明家对此了如指掌：“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著。现场支架后部常有悬顶的顶煤，且冒落块度较大。

“611 特厚煤层综放回采工作面机采高度3.5米，放顶煤最大厚度10 米、均匀厚度9 米，采放比为1∶ 2.6， 顶煤厚度较大。中部顶煤很可贵到充分松动，导致顶煤难以冒落。” 张明家说。这不仅造成了资源浪费，还会引发采空区遗煤天然发火。

“顶煤高效回收，取决于顶煤破碎机理和散体顶煤流动法规2 个关键成分。”朱贵祯深谙降低顶煤强度的各类伎俩， 却止步于深孔爆破、超前注水软化等传统步骤给工作面带来的危险和隐患。

直到大直径钻孔顶煤预裂技术的出现，他们从底子上找到了弱化特厚僵硬顶煤安全高效的步骤。“向顶煤中施工大直径钻孔，对僵硬顶煤执行预裂。”朱贵祯说。此工艺单一，受煤层前提影响幼、利于工作面陆续出产，可节约大量出产和技术成本。

在接下来的尝试中，张明家发现，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，在沉新散布的应力作用下产生弹塑性变形，并从孔壁向煤体深部发展，由孔壁向煤体深处顺次形成了分裂区、塑性区和弹性区3 个区域。

“增大钻孔直径，塑性区便会扩大。”尝试中，张明家逐步扩大了钻孔直径。在削减钻孔巷路围岩变形量、综合思考技术成分和经济成分情况下， 他最终将钻孔直径尺寸确定为150毫米。

优化工作面回采工艺设计

在执行大直径钻孔工艺后，特厚僵硬顶煤逐步弱化，破碎为拥有冒放性的流动散体煤。“散体煤的高效回收，依然受造于放煤方式、放煤步距等成分。”朱贵祯接下来的工作，是结合放煤工艺，采取合理有效的放煤步距，提高顶煤放出量、削减放煤损失。

在611 工作面3.5 米采高前提下，朱贵祯和技术人员别离尝试了分歧放煤步距、放煤方式对顶煤放出法规的影响。他们进而得出：煤矸混合区形成功夫和空间状态、顶板冒落大局和块度、支架选型和放煤步距等是造成放煤损失的重要成分。

在确定放煤步距方面， 他们别离尝试了0.6 米、1.2 米、1.8 米和陆续单轮多轮、距离单轮多轮放煤工艺，别离仿照煤矸流场动态变动的过程， 分析顶煤损失特点、采出率和含矸率。

朱贵祯发现，当放煤步距为0.6 米时，顶煤放出量呈“少—多—少”循环大局，放煤口放出的矸石以“采空区矸石—顶部矸石—采空区矸石”循环大局出现，顶煤回收率达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，顶煤损失较幼，总体回收率达到79.88%， 含矸率5.75%； 而放煤步距增大至1.8米时，采空区左近矸石留置于采空区内，顶煤损失加大，顶煤回收率仅为74.57% ，含矸率6.74%。

“放煤步距为1.2 米时， 顶煤回收率较高，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”工艺前提下的单轮挨次、双轮挨次和三轮挨次工艺的顶煤损失法规进行了尝试。

“单轮挨次放煤原煤回收率为74%至78% ，双轮距离原煤回收率79%至82%。」嘏明家说。三轮距离放煤的顶煤损失至少，回收率能达到82%至84%。

“随着放煤轮次的增长，顶煤回收率顺次增高，同时也陪伴着工艺复杂水平的提升。工作面放煤方式的选择，还要思考两者间的平衡。”周晓路说。距离多轮放煤是611 工作面较为相宜的高效放煤方式，“选取‘两放一采’、三轮放煤工艺，顶煤回收率达到82.27%，较以往提升近45%。”（王海 梁树清 王帅）