寇海萍

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

引 言

我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量雖然在全球范圍內(nèi)占據(jù)前列，但是在多年開(kāi)采的情況下急傾斜厚煤層和傾斜厚煤層儲(chǔ)量已經(jīng)很少，而大傾角厚煤層的開(kāi)采技術(shù)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(kāi)采存在產(chǎn)率低、回采周期短的問(wèn)題，且其無(wú)法對(duì)底板留滯的三角煤進(jìn)行處理[1]。為解決上述問(wèn)題，擬將走向長(zhǎng)壁綜采放頂開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用于大傾角厚煤層的開(kāi)采中。本文將對(duì)走向長(zhǎng)壁頂煤合理放煤工藝參數(shù)進(jìn)行綜合確定。

1 工程概況

本文以某煤礦21051工作面為例開(kāi)展關(guān)于走向長(zhǎng)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(zhǎng)度為540 m，傾斜工作面長(zhǎng)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(chǎng)探測(cè)可知，工作面煤炭的容重為1.43 t/m3，目前可供開(kāi)采的煤炭?jī)?chǔ)量有275 768萬(wàn)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(dá)30 m3/h；瓦斯情況：21051工作面瓦斯的絕對(duì)涌出量可達(dá)0.43 m3/min，相對(duì)涌出量可達(dá)2.65 m3/t。

針對(duì)21051工作面的地質(zhì)、煤層等情況可選用炮采和綜采兩種方式。綜合對(duì)比兩種采煤方式下的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及安全等因素，擬采用走向長(zhǎng)壁放頂?shù)木C采方式進(jìn)行開(kāi)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(zhǎng)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(duì)不同工藝參數(shù)下的煤炭采出率和頂煤含矸率進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 優(yōu)化模擬方案的設(shè)計(jì)

對(duì)于綜合機(jī)械化采煤工藝中放煤步距和采高為其關(guān)鍵參數(shù)，本文著重對(duì)不同放煤步距和采高工藝下對(duì)應(yīng)的頂煤回收率和煤矸石冒放情況進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)合以往綜合機(jī)械化采煤工藝參數(shù)中的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，所對(duì)比采高包括有1.8、2.0、2.2、2.4 m；所對(duì)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(zhì)條件，設(shè)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(zhǎng)度為60 m。模型如第113頁(yè)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(duì)比不同采高與不同放煤步距下對(duì)采出率和含矸率進(jìn)行模擬分析。數(shù)值模擬結(jié)果如第113頁(yè)表2所示。

圖1 數(shù)值模擬初始化模型

如表2所示，當(dāng)放煤步距為0.6 m，隨著采高的增加對(duì)應(yīng)采出率不斷降低，對(duì)應(yīng)含矸率也將不再降低。同時(shí)，當(dāng)放煤步距為0.6 m時(shí)，煤炭采出率和含矸率的變化趨勢(shì)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(jié)果

圖2 0.6 m放煤步距時(shí)對(duì)應(yīng)不同采高的采出率和含矸率的變化趨勢(shì)

如圖2所示，當(dāng)采高從1.8 m變化至2.0 m時(shí)，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(dāng)走向長(zhǎng)壁放頂煤放煤步距為0.6 m時(shí)，最佳采高為2.0 m。

同理，當(dāng)放煤步距為1.2 m時(shí)，隨著采高的增加對(duì)應(yīng)采出率下降，而含矸率處于動(dòng)態(tài)變化時(shí)呈現(xiàn)先減小后增大再減小的趨勢(shì)。結(jié)合當(dāng)放煤步距為1.2 m時(shí)的采出率和含矸率的變化趨勢(shì)，綜合分析當(dāng)放煤步距為1.2 m時(shí)，對(duì)應(yīng)的最佳采高為1.8 m。

同理，當(dāng)放煤步距為1.8 m時(shí)，隨著采高的增加對(duì)應(yīng)采出率增加，而含矸率不斷減少。因此，當(dāng)放煤步距為1.8 m時(shí)，最佳采高應(yīng)為2.4 m。

綜上所述，當(dāng)放煤步距為1.8 m，采高為2.4 m時(shí)對(duì)應(yīng)采出率為84.4%，對(duì)應(yīng)含矸率為0.98%；當(dāng)放煤步距為1.2 m，采高為1.8 m時(shí)對(duì)應(yīng)采出率為87.3%，對(duì)應(yīng)含矸率為1.68%；當(dāng)放煤步距為0.6 m，采高為2.0 m時(shí)對(duì)應(yīng)采出率為93%，對(duì)應(yīng)含矸率為3.2%。

結(jié)合當(dāng)前采煤機(jī)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(duì)采高為2.0 m下不同放煤步距對(duì)應(yīng)的采出率和含矸率的變化趨勢(shì)進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果如圖3所示。

圖3 采高為2.0 m不同放煤步距下對(duì)應(yīng)采出率和含矸率的變化趨勢(shì)

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(jié)合表2的數(shù)值模擬仿真結(jié)果，最終確定最佳放煤步距為0.6 m。

綜上所述，針對(duì)21051工作面的煤層、地質(zhì)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(jié)語(yǔ)

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