走向長壁放頂煤合理放煤工藝參數(shù)的確定

寇海萍

(大同煤礦集團同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司，山西 大同 037003)

引 言

我國煤炭儲量雖然在全球范圍內(nèi)占據(jù)前列，但是在多年開采的情況下急傾斜厚煤層和傾斜厚煤層儲量已經(jīng)很少，而大傾角厚煤層的開采技術和工藝尚不成熟。將傳統(tǒng)的綜采放頂采煤工藝用于大傾角厚煤層開采存在產(chǎn)率低、回采周期短的問題，且其無法對底板留滯的三角煤進行處理[1]。為解決上述問題，擬將走向長壁綜采放頂開采技術應用于大傾角厚煤層的開采中。本文將對走向長壁頂煤合理放煤工藝參數(shù)進行綜合確定。

1 工程概況

本文以某煤礦21051工作面為例開展關于走向長壁放頂煤合理放煤工藝參數(shù)的綜合確定。21051工作面的走向長度為540 m，傾斜工作面長度為80 m，煤層傾角范圍為35°～42°，平均傾角為37°，該工作面煤層的平均厚度為4.8 m。經(jīng)現(xiàn)場探測可知，工作面煤炭的容重為1.43 t/m3，目前可供開采的煤炭儲量有275 768萬t。21051工作面的頂?shù)装迩闆r如表1所示。

表1 21051工作面頂?shù)装迩闆r

水文情況：21051工作面的最大涌水量可達30 m3/h；瓦斯情況：21051工作面瓦斯的絕對涌出量可達0.43 m3/min，相對涌出量可達2.65 m3/t。

針對21051工作面的地質、煤層等情況可選用炮采和綜采兩種方式。綜合對比兩種采煤方式下的技術、經(jīng)濟以及安全等因素，擬采用走向長壁放頂?shù)木C采方式進行開采[2]。

2 放煤工藝參數(shù)的優(yōu)化模擬研究

為最終綜合確定所采用走向長壁放頂采煤方式的最佳工藝，本文將基于PFC2D數(shù)值模擬軟件對不同工藝參數(shù)下的煤炭采出率和頂煤含矸率進行對比分析。

2.1 優(yōu)化模擬方案的設計

對于綜合機械化采煤工藝中放煤步距和采高為其關鍵參數(shù)，本文著重對不同放煤步距和采高工藝下對應的頂煤回收率和煤矸石冒放情況進行對比分析。結合以往綜合機械化采煤工藝參數(shù)中的設計經(jīng)驗，所對比采高包括有1.8、2.0、2.2、2.4 m；所對比放煤步距包括有0.6、0.8、1.2 m。根據(jù)21051工作面的煤層及地質條件，設定數(shù)值模擬模型參數(shù)如下：煤層厚度為6 m；煤層上方為矸石層且厚度為12 m；模擬工作面長度為60 m。模型如第113頁圖1。

2.2 采高參數(shù)的確定

基于如圖1所搭建的數(shù)值模擬模型，對比不同采高與不同放煤步距下對采出率和含矸率進行模擬分析。數(shù)值模擬結果如第113頁表2所示。

圖1 數(shù)值模擬初始化模型

如表2所示，當放煤步距為0.6 m，隨著采高的增加對應采出率不斷降低，對應含矸率也將不再降低。同時，當放煤步距為0.6 m時，煤炭采出率和含矸率的變化趨勢如圖2所示。

表2 不同采高與不同放煤步距的數(shù)值模擬結果

圖2 0.6 m放煤步距時對應不同采高的采出率和含矸率的變化趨勢

如圖2所示，當采高從1.8 m變化至2.0 m時，煤炭采出率降低很小，而煤炭含矸率下降的幅度很大。因此，綜合分析當走向長壁放頂煤放煤步距為0.6 m時，最佳采高為2.0 m。

同理，當放煤步距為1.2 m時，隨著采高的增加對應采出率下降，而含矸率處于動態(tài)變化時呈現(xiàn)先減小后增大再減小的趨勢。結合當放煤步距為1.2 m時的采出率和含矸率的變化趨勢，綜合分析當放煤步距為1.2 m時，對應的最佳采高為1.8 m。

同理，當放煤步距為1.8 m時，隨著采高的增加對應采出率增加，而含矸率不斷減少。因此，當放煤步距為1.8 m時，最佳采高應為2.4 m。

綜上所述，當放煤步距為1.8 m，采高為2.4 m時對應采出率為84.4%，對應含矸率為0.98%；當放煤步距為1.2 m，采高為1.8 m時對應采出率為87.3%，對應含矸率為1.68%；當放煤步距為0.6 m，采高為2.0 m時對應采出率為93%，對應含矸率為3.2%。

結合當前采煤機的采高范圍，考慮到綜采的成本最終確定21051工作面最佳采高為2.0 m[3]。

2.3 放煤步距參數(shù)的確定

根據(jù)“2.2”中研究成果確定最佳采高為2.0 m。對采高為2.0 m下不同放煤步距對應的采出率和含矸率的變化趨勢進行數(shù)值模擬，模擬結果如圖3所示。

圖3 采高為2.0 m不同放煤步距下對應采出率和含矸率的變化趨勢

如圖2所示，隨著放煤步距的增加采出率和含矸率均在減小。但是，采出率的降低幅度明顯大于含矸率的降低幅度。結合表2的數(shù)值模擬仿真結果，最終確定最佳放煤步距為0.6 m。

綜上所述，針對21051工作面的煤層、地質等條件確定的最佳放煤工藝參數(shù)為采高2.0 m，放煤步距0.6 m[4]。

3 結語

對于煤礦企業(yè)而言，以最低生產(chǎn)成本實現(xiàn)最高的生產(chǎn)效率為企業(yè)關注的焦點。因此，對于某個工作面所采用的采煤工藝需綜合考慮該工作面地質、煤層等條件，并基于相關數(shù)值模擬軟件對不同采煤工藝參數(shù)下的含矸率和采出率進行對比。最終結合數(shù)值模擬結果和生產(chǎn)成本等綜合考慮得出最佳的采煤參數(shù)。