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
优发国际一触即发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
官板乌素煤矿是优发国际一触即发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）