張晉東

(山西焦煤西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司東曲煤礦，山西 太原 030200)

引 言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展離不開(kāi)煤炭能源提供的支撐，同時(shí)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的改革要求加快煤炭產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)改革。我國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)量豐富，煤層的埋藏條件多樣，總體來(lái)說(shuō)，厚煤層的存量占據(jù)了我國(guó)煤炭的大部分，在這之中，隨著煤炭資源的開(kāi)采，對(duì)于大傾角厚煤層的開(kāi)采成為了改革的重點(diǎn)。長(zhǎng)臂綜放開(kāi)采是進(jìn)行大傾角厚煤層開(kāi)采的主要方式，目前進(jìn)行長(zhǎng)臂綜采的工藝大多根據(jù)相關(guān)煤礦的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，無(wú)法依據(jù)礦井的實(shí)際條件進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，使得長(zhǎng)臂綜放開(kāi)采的工藝性不夠完善，其經(jīng)濟(jì)效益也受到一定的影響[1]。針對(duì)這一問(wèn)題，依據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)臂綜采的工藝參數(shù)，采用MATLAB仿真分析的方式，對(duì)其開(kāi)采效果進(jìn)行分析，從而可以有效的對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，結(jié)合礦井的實(shí)際條件提高開(kāi)采的工藝，從而提高礦井的開(kāi)采效率。

1 采放比及放煤間距的理論分析

對(duì)大傾角的厚煤層進(jìn)行長(zhǎng)臂綜采，可以降低開(kāi)采的成本，提高開(kāi)采的效率，并提高礦井開(kāi)采的安全性，具有較強(qiáng)的適用性。采放比對(duì)于頂煤的放出具有重要的作用，采放比的大小決定了頂煤的活動(dòng)空間，在具有充分的活動(dòng)空間時(shí)，頂煤才能完全的破碎從而順利的放出，長(zhǎng)臂綜采的采放比一般在2～3之間，煤層松軟的情況下，可以采用較低的采放比，而在煤層較硬的情況下，選取較高的采放比[2]。對(duì)于采放比的確定，要依據(jù)煤層條件的不同進(jìn)行合理的選擇。

放煤間距是進(jìn)行開(kāi)采時(shí)液壓之間放煤口之間的距離，由于頂煤放出后形成的脊背，主要取決于放煤間距，因此放煤間距對(duì)于頂煤的放出量也具有重要的影響。在進(jìn)行長(zhǎng)臂綜采的過(guò)程中，在放煤的高度一定時(shí)，較小的放煤間距可以提高頂煤的放出量，但這種情況下，會(huì)增加矸石的混入，不利于煤炭質(zhì)量的提高[3]。對(duì)于放煤間距的確定，要依據(jù)煤層條件的不同進(jìn)行合理的選擇。

采放比及放煤間距是影響開(kāi)采效果的重要因素，采用MATLAB數(shù)值分析的方式對(duì)采放比及放煤間距進(jìn)行優(yōu)化，從而提高長(zhǎng)臂綜采的效率。

2 采放比及放煤間距的仿真優(yōu)化

采放比及放煤間距對(duì)頂煤的影響作用，采用MATLAB對(duì)理想介質(zhì)進(jìn)行分析，設(shè)定放煤口的間距為1.5 m，采用一采一放的方式對(duì)不同放煤高度下的頂煤的放出量及頂煤放出率進(jìn)行分析。頂煤的放出量及放出率曲線，如第128頁(yè)圖1、圖2所示。

從圖1、圖2中可以看出，隨著放煤高度即采放比的增加，頂煤的放出量也相應(yīng)增加，而頂煤的放出率呈現(xiàn)拋物線的形式，頂煤放出率先迅速升高，在達(dá)到一定的最大值后降低。這是由于在放煤間距一定時(shí)，矸石在沒(méi)有到達(dá)放煤口之前[4]，頂煤厚度的增加，對(duì)于脊背煤的損失較為固定，使得頂煤的放出量呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，而隨著頂煤高度的持續(xù)增加，放煤口后方的矸石能直接到達(dá)放煤口，使得頂煤的矸石率增加，頂煤的放出率降低，并且隨著矸石的放出，對(duì)于放煤口要進(jìn)行停職放煤，使得放煤口上方的頂煤不能充分放出，進(jìn)一步降低了頂煤的放出率。

圖1 頂煤放出量的變化曲線圖

圖2 頂煤放出率的變化曲線圖

放煤間距的變化對(duì)頂煤的影響作用，同樣采用理想介質(zhì)進(jìn)行分析，設(shè)定頂煤的高度為4 m～6 m，放煤的步距為1 m～3 m變化的過(guò)程中，頂煤的放出率及矸石率隨放煤間距的變化，如圖3、圖4所示。

圖3 頂煤放出率變化曲線圖

圖4 矸石混入率變化曲線圖

對(duì)圖3、圖4進(jìn)行分析可知，在放煤間距一定時(shí)，頂煤的放出率在放煤高度增加時(shí)，其變化呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)，而隨著放煤間距的增加，頂煤的放出率均呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)；在放煤間距變化的過(guò)程中，頂煤的矸石混入率呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢(shì)，放煤高度一定時(shí)，獲得的頂煤的放出量及矸石含量均呈現(xiàn)變化性的影響，結(jié)合不同的放煤高度具有最優(yōu)化的放煤間距。

通過(guò)上述的分析可知，在進(jìn)行長(zhǎng)臂綜采的過(guò)程中，采放比的增加會(huì)增加頂煤的放出量及頂煤的放出率，但過(guò)高的采放比會(huì)造成頂煤放出率的降低；放煤間距的增加對(duì)于頂煤的放出率及含矸率的影響較為復(fù)雜，呈現(xiàn)變化性的影響，在具體的開(kāi)采時(shí)，要結(jié)合采放比進(jìn)行確定最優(yōu)的放煤間距。

長(zhǎng)臂綜采的效率，還受到其他因素的影響，包括放煤的步距及放煤方式的不同，都會(huì)對(duì)頂煤的放出產(chǎn)生影響[5]。合理的放煤步距可以使得放煤口上方的頂煤破碎率提高，并且降低后方矸石到達(dá)放煤口的含量，提高頂煤的質(zhì)量。放煤方式的不同是在回采面上的放煤順序不同，在進(jìn)行長(zhǎng)臂綜采時(shí)，放煤方式主要影響放頂煤的高度及支架的類型，因根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)煤層及相應(yīng)的設(shè)備條件，確定相應(yīng)的放煤方式[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)臂綜放開(kāi)采是進(jìn)行大傾角厚煤層開(kāi)采的主要方式，在進(jìn)行長(zhǎng)臂綜采的過(guò)程中，采放比及放煤間距對(duì)于頂煤的放出量及頂煤的放出率具有重要的影響。針對(duì)采放比及放煤間距的不同，采用MATLAB對(duì)理想介質(zhì)進(jìn)行分析，設(shè)定不同的采放比及放煤間距，對(duì)頂煤的放出量及放出率進(jìn)行分析。結(jié)果表明，放比的增加會(huì)增加頂煤的放出量及頂煤的放出率，但過(guò)高的采放比會(huì)造成頂煤放出率的降低；放煤間距的增加對(duì)于頂煤的放出率的影響較為復(fù)雜，呈現(xiàn)變化性的影響。對(duì)于得到的煤炭，除了提高相應(yīng)的開(kāi)采效率外，含矸率也是重要的質(zhì)量評(píng)價(jià)因素，在不同的放煤高度下，不同的放煤間距含矸率也不同，存在著最優(yōu)的放煤間距。

長(zhǎng)臂綜采的過(guò)程中，受到多種因素的共同作用，在進(jìn)行厚煤層的開(kāi)采時(shí)，應(yīng)根據(jù)采放比及放煤間距對(duì)頂煤放出量及放出率的影響，結(jié)合實(shí)際的工況條件，確定最優(yōu)化的開(kāi)采工藝，提高煤炭開(kāi)采的效率及質(zhì)量。