褚 亮，王 凱

(潞安礦業(yè)集團(tuán) 古城煤礦，山西 長(zhǎng)治 046000)

綜放開采是我國(guó)厚煤層開采的重要采煤方式之一，經(jīng)過多年的探索取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。衡量放頂煤開采工藝最重要的指標(biāo)無疑是頂煤的回收率[1- 2]。根據(jù)礦井不同的生產(chǎn)地質(zhì)條件選取合理的放煤工藝，對(duì)提高煤炭的回采率至關(guān)重要[3-6]。針對(duì)放頂煤參數(shù)研究，許孟和[7]等人引入隸屬度對(duì)頂煤冒放性進(jìn)行了分析；王曉飛[8]通過對(duì)比分析各個(gè)煤礦放頂煤參數(shù)，確定了合理的開采工藝參數(shù)。本文以古城煤礦N1305工作面為研究背景，對(duì)工作面放煤工藝參數(shù)進(jìn)行了分析，確定了工作面合理放煤參數(shù)，以期提高煤炭回采率。

1 工程概況

古城煤礦N1305工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式低位放頂煤一次采全高全部垮落式采煤法，工作面埋深503.8～581.4 m，3號(hào)煤層位于山西組下部，厚度5.98～6.67 m，平均厚6.32 m，傾角0～3°，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬穩(wěn)定煤層。煤層直接頂為泥巖、砂質(zhì)泥巖，平均厚度4.03 m，老頂為中細(xì)粒砂巖，平均厚5.86 m。工作面切眼長(zhǎng)度為357 m，設(shè)計(jì)回采長(zhǎng)度1 918 m，采高3.2 m。工作面中部采用230組ZF8500/22/42正規(guī)架，端頭尾各4組ZFG12000/25/42過渡支架。

2 放煤工藝分析

N1305工作面埋深較深，3號(hào)煤層普氏系數(shù)f=1.1，為中硬煤層，節(jié)理裂隙發(fā)育，頂煤冒放性好，適用于綜放開采。放煤工藝主要是放煤方式和放煤步距。采用較多的放煤方式有單輪順序放煤、單輪間隔放煤、多輪順序放煤，放煤步距采用較多的是一采一放、兩采一放等方式。

不同的放煤方式對(duì)工作面煤炭采出率有著重要影響。單輪順序放煤對(duì)相鄰放煤口的影響較大，易造成架間煤炭損失。采用單輪間隔放煤，由于間隔放煤口的距離較大，所以前一次放煤對(duì)后一次放煤的影響較小，因此第一輪的單數(shù)支架放煤時(shí)，每個(gè)放煤口均可認(rèn)為不受其它放出體影響，再進(jìn)行雙數(shù)支架放煤時(shí)，放出高度已不再是頂煤厚度，而且放煤時(shí)，放出體受兩側(cè)放出體的對(duì)稱影響，放出量也比較均勻，見矸是在放煤口中心，脊煤損失較小。

合理的放煤步距是保證工作面頂煤回收率的關(guān)鍵。放煤步距過小，容易導(dǎo)致頂煤還未放出矸石便到了放煤口；放煤步距過大，導(dǎo)致兩次放煤循環(huán)之間頂煤丟失。應(yīng)綜合考慮頂煤厚度、放煤口高度以及采煤機(jī)截深等因素，確定最優(yōu)放煤步距，提高頂煤采出率。

3 數(shù)值模擬分析

3.1 采高的確定

合理的采高是實(shí)現(xiàn)放頂煤工作面高產(chǎn)高效的前提。首先應(yīng)保證頂煤冒放性，采高不宜過小，其次考慮到采場(chǎng)壓力，采高過大時(shí)，易導(dǎo)致工作面片幫冒頂，不利于工作面圍巖穩(wěn)定性，考慮工作面支架配套，選取工作面采高為3.2 m。

3.2 放煤方式

由于多輪順序放煤，每個(gè)放煤口需要多次打開，從而要求工人多次往返于工作面，一定程度上制約了放煤速度。且由于其技術(shù)要求，操作上難以掌握，結(jié)合生產(chǎn)需求，對(duì)單輪順序和單輪間隔放煤進(jìn)行模擬分析。

采用PFC軟件對(duì)N1305工作面不同放煤方式進(jìn)行研究。分別建立2個(gè)模型，設(shè)定采高為3.2 m，煤厚6.32 m，煤巖層傾角0°，模擬分析單輪順序和單輪間隔放煤。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)放煤要求，程序遵循見矸關(guān)窗原則。初始模型如圖1所示，煤巖體力學(xué)參數(shù)見表1。

圖1 模型示意

表1 煤巖體力學(xué)參數(shù)

圖2、圖3分別為單輪順序放煤、單輪間隔放煤后煤矸分界面的形態(tài)。通過分析煤矸分界面的形態(tài)，可以了解頂煤的放出狀況和直接頂破碎矸石的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。對(duì)兩種放煤方式頂煤回收率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，頂煤回收率的數(shù)據(jù)對(duì)比見表2。

圖2 單輪順序放煤形態(tài)

圖3 單輪間隔放煤形態(tài)

表2 不同放煤方式的頂煤回收率

由圖2、圖3模擬結(jié)果可知，相對(duì)于單輪順序放煤，采用間隔放煤方式是合理的。由表2可以看出，采用間隔放煤頂煤回收率比順序放煤頂煤回收率高7.6%.按見矸關(guān)窗計(jì)算，順序放煤受鄰架的影響嚴(yán)重，放煤量不規(guī)則，煤矸分界面明顯發(fā)生偏轉(zhuǎn)，含矸率明顯增加；間隔放煤的煤矸分界面對(duì)稱，放煤量比較均勻，煤炭損失較少。而且單輪間隔放煤避免了鄰架操作相互影響，可以同時(shí)多人放煤，充分利用了后部運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力。

因此，綜合考慮頂煤放出率和勞動(dòng)組織等方面因素，單輪間隔放煤是N1305工作面比較合理的放煤方式。

3.3 放煤步距

根據(jù)N1305工作面的條件，分別建立0.8 m和1.6 m放煤步距(分別相當(dāng)于“一刀一放”、“兩刀一放”)模型進(jìn)行模擬。按放煤步距0.8 m、1.6 m的頂煤絕對(duì)純煤回收率和頂煤相對(duì)純煤回收率進(jìn)行了計(jì)算。

頂煤絕對(duì)回收率是指支架在相同的推進(jìn)范圍內(nèi)頂煤放出量占模型頂煤總量的百分比。頂煤相對(duì)回收率是指支架在相同的推進(jìn)范圍內(nèi)頂煤放出量占推進(jìn)范圍內(nèi)模型頂煤總量的百分比。兩者對(duì)照有助于消除頂煤超前冒落造成的誤差。圖4、圖5為不同放煤步距下的放煤形態(tài)，頂煤回收率的計(jì)算結(jié)果見表3。

圖4 放煤步距為0.8 m時(shí)放煤形態(tài)

圖5 放煤步距為1.6 m時(shí)放煤形態(tài)

表3 不同放煤步距頂煤回收率%

由圖4、圖5可以看出，放煤步距為1.6 m時(shí)，形成的脊背煤相對(duì)放煤步距為0.8 m時(shí)明顯增多，說明頂煤還未充分放出已進(jìn)行移架作業(yè)。表3對(duì)不同放煤步距頂煤回收率的統(tǒng)計(jì)表明：“一刀一放”0.8 m放煤步距頂煤回收率較“兩刀一放”1.6 m放煤步距的頂煤絕對(duì)回收率高3.22%，相對(duì)回收率高5.06%.由此可見，N1305工作面采用0.8 m一刀一放的放煤步距是合理的。

4 結(jié) 語

1) 根據(jù)N1305工作面的地質(zhì)條件，埋深較深且煤層節(jié)理裂隙發(fā)育，確定工作面適用于放頂煤開采。

2) 通過對(duì)單輪順序放煤和單輪間隔放煤進(jìn)行數(shù)值模擬分析，單輪間隔放煤頂煤回收率比單輪順序放煤高7%；采用0.8 m放煤步距頂煤回收率較1.6 m放煤步距的頂煤絕對(duì)回收率高3.22%，相對(duì)回收率高5.06%.N1305工作面采用單輪間隔放煤，一刀一放的放煤步距有利于提高工作面頂煤的采出率。