放頂煤工作面頂煤破碎機理及提高回收率技術的研究
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摘 要：盡管經濟不斷發展，對資源利用的總量、類型和方式等都提出了新的要求，但是煤炭依舊是生產生活中應用最為基礎的、廣泛的能源。隨著科學技術的不斷發展，煤炭開采業的技術也在不斷優化，但是仍舊有進一步發展的空間。放頂煤因為可以較好的解決傳統的分層開采技術中出現的細節問題，所以放頂煤在擔心該的開采業中應用范圍不斷擴大。放頂煤工作面頂煤破碎機理是提高放頂煤質量的基礎和關鍵，在進行放頂煤工作中涉及到的各種因素，也可以作為回收率技術提高的重要內容。文章就當下的放頂煤工作現狀進行分析，提出了建議和對策。
關鍵詞：破碎機理;回收利用;工作面遷移;煤體間距
中圖分類號：TD823.49 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）08-0175-02
0 引言
放頂煤是指在厚煤層中沿著整個煤層的底板布置一個高度在一米八以上的工作面，通常都是采用常規的方式來進行回采，也就是所謂的打眼放炮或者是采煤機的落煤，在利用礦山的壓力來時的支架上方的頂煤可以破碎成散體，將工作的軟綿放出來，進行厚煤層的一次性采集。
1 放頂煤工作面的破碎機理和回收的應用現狀
近幾年，許多礦業的集團公司都在引進放頂煤的采全高的新工藝，在實際施工中也針對取得了良好的效果。不僅是因為實現了高產量和高效益的目標，也較低了巷道的挖掘效率以及材料消耗等各方面的成本，所以經濟效益非常顯著。在施工過程中，也減少了工作面根據施工的位置變化不停的進行變動，所以提高了全員的效率，提高了人力物力的利用率，在煤炭的生產中得到了普遍的推廣和應用[1]。實踐證明，采用放頂煤方法來開采緩慢傾斜的厚煤層，比分層開采的方式要更能集中生產力，并且強度也可以保持在較高的水平，減少整個巷道的工程量，將資源進行高效率的回收。我國的綜合采放頂煤的技術起步較晚，雖然現在在全國的應用已經大面積拓展，但是技術仍舊需要進一步優化提高。但是，經過近20年的應用生產實踐，也的確有相當一部分工作面的效益不太理想，有許多亟待解決的問題。根據統計的數據顯示，在放頂煤的工作面中，影響生產的不僅僅是具體的工作程序，還有應用技術。傳統的割煤和移架工序的問題，經過發展變化，已經上升成了放煤工序的問題。在影響放煤效果的各種因素的調查中，得出不同因素的不同影響程度，但主要是頂煤的破碎程度影響最大[2]。放頂煤的綜采可以較好的解決問題，因為該技術可以將分層開采所需要的分層開采兩一次性采集完，在煤層的底部按照傳統的方式開采之后，便可以用重力的自然因素等來時的頂部煤炭自動落下來。支撐壓力對頂煤起著預壓裂的作用，當煤體中的內力強國可供支撐的強度極限時，煤體就會產生裂隙，只有當煤體處于壓力相互平衡的狀態下，才能保證整體的完整性。工作面的支架和反復支撐，可以將頂煤進一步破碎的范圍擴大，提高頂煤放置的效率。在上方裂隙產生張開和閉合的作用之下，其實產生的作用的大小和反復支撐次數有較大的關系。根據頂煤中的應力、變形和破壞發展的規律，可以沿著走向分為幾個不同的區域。
2 放頂煤工作面的破碎機理和回收的應用
2.1 主要因素
影響的主要因素有開采深度、煤層強度、支護強度以及煤層厚度等各種。開采深度中的工作面的頂煤破碎，是需要在合適的垂直應力以及開采深度下的，高度達到兩百米以上時，工作面前方的頂煤均需要進行預破碎的預測，以及采煤深度增大的調查，將頂部可以開采的區域進行平衡放大。而煤層的深度則是因為，煤體破壞的實質是其受到的應力超過了其強度的極限。一般來說，煤體的強度越大，就會越難被破壞，無法解決煤層強度，就會影響頂煤自降的質量。頂煤在不同的支架阻力的情概況下，破煤的效果時截然不同的。經過調整支架的阻力后發現，支架的阻力較小的時候，頂煤可以更容易在煤壁的上方發生破壞[3]。但是當支架的阻力較大時，就會破壞使用支架的后部，破碎的程度和范圍都會越大。頂煤的整體破碎程度和支護的強度之間，有一套可供參考的數據計算模式。而一般來講，如果煤層的強度足夠低，而頂煤的厚度足夠大，就更加容易產生剪切破壞和水平位移的作用。頂煤的厚度處理和維護的難度較大，經常會因為不正當的操作造成整個采集工程的功虧一簣。在支護區的上方頂煤有一定的厚度，是對工作面工作空間頂板穩定性是有力的。如果頂煤的厚度加大之后，頂煤的破碎程度就要進一步降低，緩沖了支架的作用，所以煤層的厚度和整體破碎度之間也有定量關系。
2.2 放頂煤工藝參數
放頂煤通常是經過移動支架等來進行可打眼的爆破，但是這種放頂煤的強度、步距等都有一定的標準。放頂煤是綜放開采的關鍵工序，應該確定放煤工藝參數和放煤順序。放煤的步距實際上就是指，在工作面的推進方向，將兩次放頂煤間的推進距離，也就是循環放煤步距。在確定放煤步距的過程中，需要是的頂煤的破碎和松散等需要控制在合理的范圍內，提高了采出率。放煤的步距和煤的軟硬程度以及層節理發育等都有密切的聯系[4]。在確定放煤的步距時，需要考慮到支架的結構以及放煤口的位置。進過一次性的放煤后，松散的煤體也有自身的活動規律，會受到放煤漏斗等的影響。但是放煤的步距數據要想保證科學性，就需要通過復雜的計算和作圖等方法來進行確定。放煤口的間距大小的作用和放煤的步距作用相抵，只要間距過大，煤炭的損失量就會增加;但是間距太小，就會使得煤炭的質量較低，所以控制間距的大小是非常重要額步驟。放煤口的高度也是影響煤炭回收率的重要因素，當放煤扣得高度較高時，放煤的體積就會減少。但是又必須高于輸送機的高度，否則就會出現裝煤困難等問題。無論是放煤口的間距和高度，都需要控制在合理的范圍之內，都有不同程度的限制。而放煤的方式則是針對工作面的煤炭采出率而言的，對總的放煤速度和正規循環的完成度產生影響的部分。放煤的方式一般包括放煤順序和一次性頂煤的放出量。即便是采用放頂煤的方式，也可以采取單輪順序的放煤或者是多輪順序的放煤等。
3 放頂煤工作面的破碎機理和回收的應用問題和措施 在放頂煤的過程中，經常會出現亟待解決的問題，很多都會造成放煤的不正常。碎煤如果成拱形，就會放不下來;如果是每塊的體積過大，大塊的煤堵在放煤口，也會導致煤采集的失敗。在處理頂煤破碎的過程中，常用的方式便是通過擺動支架的尾梁，也可以通過升降支架來解決。但是不同的問題的解決方式也不同，如果選擇的方式不當，也會使得解決問題的工具遭受不同程度的損害。在工作面頂板穩定的條件之下，也可以適當的擺動支架來將頂煤進行松動破碎。遇到大塊的煤體時，應該采用打眼爆破的方式，防治在工作面端頭因為輸送機的過煤高度產生阻礙的煤塊[5]。而在解決問題的措施研究中，也有許多有力的措施。如適當加大工作面長度，根據不同工作面長度的數值表明，隨著工作面的推進，支撐的壓力也會不斷增大。所以可以盡可能的加大工作面的長度，有利于對頂煤初始破壞，提高采出率和工作面的產量。也需要縮小區段之間的煤柱的尺寸，煤柱的尺寸過大就會影響整個煤炭開采的流暢度，但是煤柱較小就會造成煤炭開采過程中出現危險的風險系數擴大。要想加強工作面初采的質量，就需要你找規定的要求操作，減少工藝過程中的丟煤損失。工作面的煤炭開采效率和工人的素質以及生產管理水平等因素都相關。人為因素在整個過程中，解決的難度較低，所以必須盡可能的減少人為原因的影響。
4 放頂煤工作面的破碎機理和回收的應用建議
實現頂煤的有效破碎和順利放出是放頂煤的核心問題，也是在進行支架選型和確定放頂煤工藝的重要依據。在采用放頂煤開采中，首先需要了解頂煤的破碎機理和頂煤的自然落下的高度，確保需要開采的煤層真的具有可放性的特點，保證施工中的各種應用可以最大限度的提高煤炭的回收率，最終實現高產降耗的目的。放煤的工作面在回采的過程中，是需要根據采煤的工作面壓力分布來確定應力的集中區，根據煤層自身具有的支撐壓力的度，來采取不同強度的安排。頂煤破碎是支撐壓力、頂板活動等共同作用的結果[6]。
隨著工作面的繼續推進，支架的反復支撐對工作面支架的頂煤直接起到直接作用，壓力的周期性變化會使得壓力的作用更加明顯，利用得到就可以對頂煤的破壞起到進一步的發展，但是運用不當便會使得整個開采的過程難度系數都直接上升。根據應力分布規律和工作面開采的各種共同作用，工作面推進的方向分為完整區、破壞發展區、裂隙發育區以及垮落破碎區等各個部分。不同區域有著各自的區域特性，工作面應該根據不同區域的特性來為整個實踐過程提供科學的依據，達到放頂煤的工作面的預期效果。
放頂煤的高度的合理確定需要在一定范圍內，頂煤的最大可放高度也需要通過相關數據來進行分析確定。根據已經收集到的各種數據顯示，煤層高度的增加會減少頂煤裂隙的擴容系數，在后期的施工中影響具體坡面的遞減速率，影響形成暫時穩定狀態的時間。
5 結語
綜上所述，新時代下的工業發展，一直都很注重經濟效益和生態效益的相互平衡，所以對于工業發展中的資源使用以及資源回收利用等，都提高了重視程度。放頂煤工作面的開采技術，是在傳統的分層開采技術上發展而來的，因為傳統的分層技術中會因為人力財力物力等的額外投入，增加相應的生產成本，而且生產的技術并沒有減少，所以性價比較低，被逐漸淘汰。
參考文獻
[1] 宋傳文.放頂煤工作面頂煤破碎機理及提高回收率技術的研究[D].山東科技大學，2017.
[2] 李晨.公烏素礦綜放工作面頂煤破碎機理及回收率研究[D].內蒙古科技大學，2013.
[3] 陰磊.公烏素煤礦1604放頂煤工作面采煤關鍵參數研究[D].內蒙古科技大學，2013.
[4] 郝雷，武光輝，袁西亞，等.厚煤層綜放工作面頂煤冒放性及回收率分析[J].陜西煤炭，2015（2）：29-30.
[5] 張偉.厚煤層綜放工作面頂煤冒放特征及其評價研究[D].河南理工大學，2014.
[6] 左學勝，夏潔，閻照斌.基于可拓工程方法的艦空導彈作戰通道性能分析[J].指揮控制與仿真，2016，28（6）：60-62.
[7] 陳濤，郭院成，楊萬全，等.基于可拓工程方法的公路建設項目綜合評價[J].中外公路，2016，28（4）：262-265.
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