張君瓏

（霍州煤電集團(tuán)呂臨能化公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200）

1 工程概況

霍州煤電集團(tuán)龐龐塔煤礦位于山西省呂梁市臨縣木瓜鎮(zhèn)，目前主采的9#煤層，埋深320～500 m，煤層平均厚度為11.8 m，傾角平均為24°，屬于緩傾斜煤層。9#煤層上覆巖層依次為0.1～1 m 的炭質(zhì)泥巖，5～7 m 的泥質(zhì)灰?guī)r和6～9 m 的砂質(zhì)泥巖，底板巖層分別為1～2 m 泥巖和1～3 m 的細(xì)粒砂巖。煤層頂?shù)装鍘r層情況如表1所示。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 綜放工作面放煤參數(shù)的確定

2.1 采放比

目前，國(guó)產(chǎn)主流綜放采煤機(jī)割煤高度為2.6～3.5 m[1-2]。若割煤高度過(guò)大，則易導(dǎo)致工作面粉塵量過(guò)大，對(duì)通風(fēng)降塵等環(huán)節(jié)都將提出更高的要求，而割煤高度太小，則回采率較低，易造成煤炭資源的浪費(fèi)[3-5]，綜合考慮龐龐塔煤礦煤層地質(zhì)賦存、煤體剛度及節(jié)理裂隙發(fā)育程度等條件，割煤高度確定為3.2 m。

現(xiàn)有研究結(jié)果表明，采放比不超過(guò)1:3 時(shí)，頂煤冒放性較好，本礦區(qū)9#煤層平均厚度為11.8 m，放煤高度平均為8.6 m，采放比為1:2.69，當(dāng)割煤高度為3.2 m 時(shí)，采放比是科學(xué)合理的。

2.2 放煤步距

借助PFC 數(shù)值模擬軟件，以龐龐塔煤礦9#煤層地質(zhì)條件為工程背景建立模型，煤層平均埋深451 m，平均厚度11.8 m，割煤高度3.2 m，采放比1:2.69，模型由頂煤及上覆巖層構(gòu)成，分別以黑色圓形單元模擬破碎冒放的頂煤，以白色圓形單元模擬破碎巖塊，煤體容重為1.4 t/m3，巖塊容重為2.5 t/m3，按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，工作面傾向長(zhǎng)度設(shè)置為150 m，放煤口尺寸設(shè)置為0.7 m。

（1）放煤步距為0.8 m

循環(huán)進(jìn)尺為0.8 m，當(dāng)一循環(huán)一放煤時(shí)，分別模擬了循環(huán)數(shù)為4、8、12、16 時(shí)的放煤情況。通過(guò)計(jì)算可知，工作面共出煤37 850 t，其中放煤量約為21 532 t，實(shí)際放煤量為18 325 t，頂煤回收率為85.1%，數(shù)值模擬如圖1所示。

圖1 一循環(huán)一放煤時(shí)模擬效果

（2）放煤步距為1.6 m

當(dāng)二循環(huán)一放煤時(shí)，分別模擬了循環(huán)數(shù)為4、8、12、16 時(shí)的放煤情況。通過(guò)計(jì)算可知，工作面共出煤37 850 t，其中放煤量約為21 532 t，實(shí)際放煤量為17 426 t，頂煤回收率為80.9%，數(shù)值模擬如圖2所示。

圖2 二循環(huán)一放煤時(shí)模擬效果

（3）放煤步距為2.4 m

當(dāng)三循環(huán)一放煤時(shí)，分別模擬了循環(huán)數(shù)為9、15 時(shí)的放煤情況。通過(guò)計(jì)算可知，工作面共出煤37 850 t，其中放煤量約為20 425 t，實(shí)際放煤量為15 896 t，頂煤回收率為77.8%，數(shù)值模擬如圖3所示。

圖3 二循環(huán)一放煤時(shí)模擬效果

當(dāng)一循環(huán)一放煤時(shí)，頂煤回收率可達(dá)85.1%；采用二循環(huán)一放煤時(shí)，頂煤回收率下降了4.2%，為80.9%；采用三循環(huán)一放煤時(shí)，預(yù)計(jì)放煤量減少了1 107 t，頂煤回收率為77.8%，如圖1～圖3所示。三種放煤步距頂煤回收率如表2所示。

表2 不同放煤步距頂煤回收率

綜上所述，本礦區(qū)開(kāi)采9#煤層時(shí)，綜放工作面放煤步距為0.8 m 時(shí)頂煤回收率最高，因此，放煤步距定為0.8 m，即一循環(huán)一放煤。

2.3 放煤方式

為了確定本礦區(qū)綜放工作面最佳放煤方式，借助PFC 數(shù)值模擬軟件對(duì)三種放煤方式進(jìn)行數(shù)值模擬。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，支架寬度設(shè)置為1.5 m，為分析方便，僅設(shè)置6 架液壓支架模擬工作面放煤過(guò)程，液壓支架分別記為1#、2#、3#、4#、5#、6#。

（1）單輪間隔放煤

在工作面推進(jìn)過(guò)程中，先開(kāi)啟1#、3#、5#支架進(jìn)行放煤，然后工作面推進(jìn)一段距離后再開(kāi)啟2#、4#、6#支架進(jìn)行放煤，放煤過(guò)程嚴(yán)格遵循“見(jiàn)矸關(guān)窗”原則。通過(guò)理論計(jì)算可知，預(yù)計(jì)放煤量約為173 t，實(shí)際放煤量142 t，頂煤回收率為82.1%，模擬效果如圖4所示。

圖4 單輪間隔放煤模擬效果

（2）單輪順序放煤

在工作面推進(jìn)過(guò)程中，按順序開(kāi)啟1#、2#、3#、4#、5#、6#支架進(jìn)行放煤，放煤過(guò)程嚴(yán)格遵循“見(jiàn)矸關(guān)窗”原則。通過(guò)理論計(jì)算可知，預(yù)計(jì)放煤量約為173 t，實(shí)際放煤量148 t，頂煤回收率為85.5%，模擬效果如圖5所示。

圖5 單輪順序放煤模擬效果

（3）多輪間隔放煤

在工作面推進(jìn)過(guò)程中，放煤時(shí)先開(kāi)啟1#、3#、5#支架進(jìn)行放煤，放出一半頂煤后關(guān)閉放煤口，再開(kāi)啟2#、4#、6#支架進(jìn)行放煤，同樣放出一半頂煤后關(guān)閉放煤口，重復(fù)操作兩個(gè)輪回將頂煤放完。通過(guò)理論計(jì)算可知，預(yù)計(jì)放煤量約為173 t，實(shí)際放煤量136 t，頂煤回收率為78.6%，模擬效果如圖6所示。

圖6 多輪間隔放煤模擬效果

由圖4～6 可知，采用單輪順序放煤時(shí)，頂煤回收率達(dá)85.5%，而單輪間隔放煤及多輪間隔放煤頂煤回收率分別為82.1%和78.6%，采用單輪順序放煤時(shí)頂煤回收效果最好。因此，綜放工作面放煤方式暫定為多輪間隔放煤。

3 工業(yè)性試驗(yàn)

選取龐龐塔煤礦9-301 綜放工作面進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。9-301 工作面采用MG500/1180-QWD 采煤機(jī)，割煤高度3.2 m，放煤高度8.6 m，采放比1∶2.69，放煤步距為0.8 m。采煤機(jī)割煤時(shí)，滯后移架工序4 架的距離，開(kāi)始放頂煤工序，采取單輪順序放煤，即從工作面一端開(kāi)始，順序打開(kāi)支架放煤口進(jìn)行放煤，并與移架的順序相一致，一次最多同時(shí)打開(kāi)兩個(gè)支架放煤口。工作面設(shè)備配置如表3所示。

表3 綜放工作面設(shè)備配置

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)，龐龐塔煤礦9-301 綜放工作面頂煤回收率可達(dá)87.2%，與數(shù)值模擬結(jié)果較為接近，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)論

本文針對(duì)龐龐塔煤礦的9#煤層賦存條件及地質(zhì)條件，采用理論分析和數(shù)值模擬的方法，得到以下結(jié)論：

1）綜放工作面的割煤高度為3.2 m，放煤高度為8.6 m，采放比1:269。

2）本礦區(qū)綜放工作面最佳放煤步距為0.8 m，最佳放煤方式為單輪順序放煤，

3）通過(guò)在9-301 工作面進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，頂煤回收率高達(dá)87.2%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。