褚 亮，王 凱

(潞安礦業(yè)集團 古城煤礦，山西 長治 046000)

綜放開采是我國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。衡量放頂煤開采工藝最重要的指標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，對提高煤炭的回采率至關(guān)重要[3-6]。針對放頂煤參數(shù)研究，許孟和[7]等人引入隸屬度對頂煤冒放性進行了分析；王曉飛[8]通過對比分析各個煤礦放頂煤參數(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，對工作面放煤工藝參數(shù)進行了分析，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，老頂為中細粒砂巖，平均厚5.86 m。工作面切眼長度為357 m，設(shè)計回采長度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。

不同的放煤方式對工作面煤炭采出率有著重要影響。單輪順序放煤對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，所以前一次放煤對后一次放煤的影響較小，因此第一輪的單數(shù)支架放煤時，每個放煤口均可認為不受其它放出體影響，再進行雙數(shù)支架放煤時，放出高度已不再是頂煤厚度，而且放煤時，放出體受兩側(cè)放出體的對稱影響，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，其次考慮到采場壓力，采高過大時，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，對單輪順序和單輪間隔放煤進行模擬分析。

采用PFC軟件對N1305工作面不同放煤方式進行研究。分別建立2個模型，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動規(guī)律。對兩種放煤方式頂煤回收率進行統(tǒng)計，頂煤回收率的數(shù)據(jù)對比見表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)窗計算，順序放煤受鄰架的影響嚴重，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，可以同時多人放煤，充分利用了后部運輸機的運輸能力。

因此，綜合考慮頂煤放出率和勞動組織等方面因素，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(分別相當于“一刀一放”、“兩刀一放”)模型進行模擬。按放煤步距0.8 m、1.6 m的頂煤絕對純煤回收率和頂煤相對純煤回收率進行了計算。

頂煤絕對回收率是指支架在相同的推進范圍內(nèi)頂煤放出量占模型頂煤總量的百分比。頂煤相對回收率是指支架在相同的推進范圍內(nèi)頂煤放出量占推進范圍內(nèi)模型頂煤總量的百分比。兩者對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)，頂煤回收率的計算結(jié)果見表3。

圖4 放煤步距為0.8 m時放煤形態(tài)

圖5 放煤步距為1.6 m時放煤形態(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，形成的脊背煤相對放煤步距為0.8 m時明顯增多，說明頂煤還未充分放出已進行移架作業(yè)。表3對不同放煤步距頂煤回收率的統(tǒng)計表明：“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回收率高3.22%，相對回收率高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) 通過對單輪順序放煤和單輪間隔放煤進行數(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回收率高3.22%，相對回收率高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。