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        固莊煤業(yè)綜放工作面合理放煤工藝研究

        2022-08-08 11:46:58薛武濤
        2022年8期
        關(guān)鍵詞:支架

        薛武濤

        (山西省陽泉固莊煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 陽泉 045000)

        1 工程概況

        固莊煤業(yè)15708工作面位于15號煤層七采區(qū)東翼,煤層平均煤厚為6.75 m,煤層傾角為3~5°,煤層含夾矸2~3層,夾矸厚度多在0.05~0.15 m,賦存穩(wěn)定。煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。

        表1 煤層頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)

        15708工作面走向長度為400 m,傾向長度為138 m,工作面西部為15701、15702工作面采空區(qū),東部和南部為鄧家峪小煤窯破壞區(qū),北部為15303、15304工作面采空區(qū)。工作面巷道沿煤層底板布置,采用綜合機(jī)械化放頂煤方法開采,其機(jī)采高度為2.4 m,放頂煤高度為4.35 m,采放比為1∶1.7,頂板管理采用全部垮落法。為盡可能地提高15708綜放工作面的頂煤回收率,需對其合理的放煤工藝展開研究。

        2 放煤工藝數(shù)值模擬分析

        2.1 合理放煤步距

        1) 模擬方案。根據(jù)15708工作面實(shí)際賦存條件,采用PFC2D顆粒流模擬軟件建立模型,其中機(jī)采高度為2.4 m,放頂煤高度為4.35 m,采放比為1∶1.7.在縱向上用不同顏色的顆粒將頂煤進(jìn)行分層,便于后續(xù)分析。模擬時采用平行黏接本構(gòu),根據(jù)煤巖體物理力學(xué)試驗(yàn)對煤層及頂板矸石層進(jìn)行賦參,如表2所示。

        表2 煤巖體參數(shù)

        模擬中通過wall單元建立支架并模擬放煤過程,共設(shè)置三個方案,分別為一采一放、兩采一放及三采一放,由于采煤機(jī)截割深度為0.6 m,則三種方案的放煤步距分別為0.6 m、1.2 m及1.8 m.模擬結(jié)束后,通過命令對三種放煤步距下放出的頂煤量及含矸率進(jìn)行量化統(tǒng)計(按顆粒數(shù)量統(tǒng)計頂煤及矸石的放出量)。

        2) 模擬結(jié)果分析。三種放煤步距推進(jìn)放煤后的煤矸分界線特征如圖1、圖2和圖3所示??芍?dāng)放煤步距為一采一放時,矸石大部分堆積在底板,由于步距較小,矸石容易混入放煤口,造成含矸率較高;當(dāng)放煤步距為三采一放時,步距較大,部分頂煤來不及放出便被遺留進(jìn)采空區(qū),造成頂煤回收率降低;而放煤步距為兩采一放時的煤矸分界線較均勻,且界面明顯,放煤效果要優(yōu)于一采一放及三采一放。

        圖1 一采一放模擬結(jié)果

        圖2 兩采一放模擬結(jié)果

        圖3 三采一放模擬結(jié)果

        三種放煤步距下的頂煤放出量及含矸率統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。一采一放的頂煤回收率為76.1%,三采一放的頂煤回收率為68.6%;而兩采一放的頂煤回收率最高,為80.2%,較一采一放及三采一放分別提高了4.1%、11.6%.同時,一采一放時的含矸率最高,為10.5%,而兩采一放及三采一放的含矸率基本相差不大。因此,確定出合理的放煤步距為兩采一放(1.2 m).

        表3 不同放煤步距放煤量統(tǒng)計結(jié)果

        2.2 合理放煤方式

        放煤方式是放煤工藝中最復(fù)雜的工序,主要包含了放煤順序、放煤量、放煤次數(shù)以及同時打開的放煤口數(shù)量等。其中放煤順序又分為順序放煤及間隔放煤,放煤次數(shù)又分為單輪放煤、雙輪放煤及多輪放煤,同時打開的放煤口數(shù)量分為單口打開放煤及多口分段放煤等。由于在實(shí)際生產(chǎn)中,放煤量無法精確控制,而多口分段放煤管理難度較高,因此在研究合理放煤方式時,只對放煤順序及放煤次數(shù)進(jìn)行分析,根據(jù)礦井以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定出三種放煤方式,分別為:單輪間隔放煤、雙輪間隔放煤及雙輪順序放煤。

        1) 模擬方案。采用PFC2D模擬軟件建立模型,同時布置12個支架(1號~12號),模擬工作面傾向方向的放煤過程,三種方案的具體步驟如下:

        方案一:單輪間隔放煤。先打開支架編號為單數(shù)的支架放煤口進(jìn)行放煤,放煤口見矸后停止放煤,隨后打開編號為雙數(shù)的支架放煤口,將上一段遺留的脊煤放出。

        方案二:雙輪間隔放煤。先依此打開單號支架的放煤口(1號、3號、5號,…,)進(jìn)行放煤,一次放煤量為頂煤的1/2,隨后依此打開雙號支架的放煤口(2號、4號、6號,…,)進(jìn)行第二輪放煤,也只放出頂煤的1/2,再按此步驟重復(fù)一輪,見矸停止。

        方案三:雙輪順序放煤。支架按順序依此進(jìn)行放煤,第一次的放煤量為頂煤的1/2,第一輪結(jié)束后,進(jìn)行第二輪依此放煤,將頂煤全部放出,見矸關(guān)閉放煤口。各方案模擬結(jié)果如下:

        單輪間隔放煤時,煤矸分界線下沉不均勻,不規(guī)則,這是由于單號支架放煤時,帶動雙號支架上方的頂煤向兩側(cè)滑動并形成了脊煤不易放出,導(dǎo)致雙號支架放煤時混矸嚴(yán)重,提前結(jié)束放煤,進(jìn)而造成頂煤回收率偏低。

        雙輪順序放煤時的煤矸分界線下沉均勻,且分界線較圓滑,放煤效果也較理想。

        雙輪間隔放煤,放出頂煤1/2的量時,煤矸分界線下沉較均勻,但第二輪放完單號支架上方的頂煤后,雙號支架上方的矸石基本達(dá)到了放煤口,導(dǎo)致雙號支架放煤時提早見矸而停止放煤,使得頂煤回收率偏低。

        三種放煤方式的頂煤放出量及含矸率統(tǒng)計結(jié)果如表4所示。單輪間隔放煤的效果最差,雙輪順序放煤的頂煤回收率最高且含矸率最低,分別為73.3%、8.9%.

        3 現(xiàn)場工程實(shí)踐

        根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果確定出合理的放煤工藝為兩采一放、雙輪順序放煤,按此工藝指導(dǎo)15708綜放工作面的現(xiàn)場生產(chǎn)試驗(yàn),并統(tǒng)計放煤量及含矸率。現(xiàn)場試驗(yàn)時長為15 d,工作面推進(jìn)長度為70.2 m,頂煤的平均回收率為86.4%,工作面平均回收率為90.68%,含矸率為12.53%,放煤效果較理想,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

        表4 不同放煤方式放煤量統(tǒng)計結(jié)果

        4 結(jié) 語

        通過PFC2D模擬軟件分析了固莊煤業(yè)15708綜放工作面的合理放煤工藝。模擬結(jié)果表明:放煤步距為兩采一放時的頂煤回收率最高,而一采一放時混矸嚴(yán)重,三采一放時采空區(qū)遺煤較多;雙輪順序放煤的頂煤回收率最高,且含矸率最低?,F(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明,采用兩采一放及雙輪順序放煤的工藝后,工作面平均回收率為90.68%,頂煤的平均回收率為86.4%,含矸率為12.53%,放煤效果較理想。

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