文 力

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團神角煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 042100）

鑒于我國富煤貧油少氣的資源賦存特征，在未來很長一段時間內(nèi)煤炭依然在能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。在開采初期，由于采用舊式房柱式開采工藝或者采用以掘代采的開采工藝，加上管理不到位導(dǎo)致煤炭的回收率降低，進而造成了煤炭資源的浪費[1]。為保證煤礦可持續(xù)發(fā)展，需要對破壞區(qū)域的煤炭資源進行復(fù)采，加之舊采區(qū)殘余煤炭條件相對復(fù)雜，且巷道斷面小的問題，本文將針對復(fù)采工作面的開采工藝進行優(yōu)化。

1 工程概況

1301 工作面屬于復(fù)采工作面，該工作面煤層結(jié)構(gòu)相對簡單，平均厚度為6.65 m，煤層傾角為2°～6°之間，屬于無煙煤且相對穩(wěn)定。該工作面的水文地質(zhì)條件屬于中等類型，一般情況的涌水量僅為1.0～1.4 m3/h。1301 工作面煤層為3#煤層，在初期開采時采用巷柱式進行開采，開采率偏低，而且在初期開采后已經(jīng)對整個煤層的完整性構(gòu)成破壞。因此，為了能夠切實掌握1301 復(fù)采工作面的現(xiàn)場情況，采用瞬變電磁閥、無線電波坑道透視法等技術(shù)手段對其地質(zhì)條件和巷道分布情況進行探測[2]。經(jīng)探測，1301 復(fù)采工作面的頂?shù)装鍡l件如表1 所示。

表1 1301 復(fù)采工作面頂?shù)装鍡l件

工作面頂?shù)装鍘r層的主要力學(xué)參數(shù)測定結(jié)果如表2 所示。

以上述所探測到1301 復(fù)采綜放工作面的數(shù)據(jù)，并基于PFC2D 數(shù)值模擬軟件對工作面開采工藝參數(shù)進行優(yōu)化。具體研究如下：

2 復(fù)采綜放工作面放煤步距的優(yōu)化

1301 復(fù)采綜放工作面煤層的埋藏深度為200 m，實際操作的割煤高度為2 m，采放比為1∶2.3。根據(jù)1301 復(fù)采綜放工作面的實際情況，基于PF2CD 數(shù)值模擬軟件構(gòu)建仿真模型，如圖1 所示。

圖1 放煤步距優(yōu)化數(shù)值模擬仿真模型

如圖1 所示，藍色和綠色分別為上部頂煤和中部頂煤；紅色為矸石?；谏鲜鏊鶚?gòu)建的模型，分別對放煤步距為0.6、1.2、1.8 m 三種情況下對應(yīng)的在實體煤開采時、過小斷面空巷和過大斷面空巷三種情況下對應(yīng)的放煤效果進行對比。其中，過小斷面的為工作面的舊采小空巷，其寬度為2.5 m，高度為2.0 m；過大斷面為工作面的舊采小空巷，其寬度為6.0 m，高度為3.0 m。數(shù)值模擬仿真結(jié)果如表3 所示。

表3 不同放煤步距對應(yīng)的放煤效果

如表3 所示，當對實體煤進行開采時，雖然放煤步距為0.6 m 時頂煤的放出率最高可達88.8%，但是其對應(yīng)的矸石率高達34%；而當放煤步距為1.2 m 時頂煤的放出率為85.9%，對應(yīng)的含矸率也最低僅為13%；而當放煤步距為1.8 時，頂煤放出率最低，含矸率為17%。因此，當對實體煤進行開采時，應(yīng)將放煤步距設(shè)定為1.2 m。

當對過小斷面煤體進行開采時，隨著放煤步距的增加頂煤放出率逐漸減小，但差距不明顯；放煤步距為0.6、1.8 m 時對應(yīng)的含矸率最高，而放煤步距為1.2 m 時含矸率最低。因此，針對工作面過小斷面對煤體進行開采時，為保證頂煤的回收率和煤質(zhì)，應(yīng)將放煤步距設(shè)定為1.2 m。

當對過大斷面煤體進行開采時，隨著放煤步距的增加頂煤放出率逐漸減小，含矸率呈現(xiàn)先增大后變小的變化趨勢。當放煤步距為1.8 時，雖然含矸率最低對應(yīng)煤質(zhì)最好，但是頂煤放出率最小，造成了煤炭的浪費；而當放煤步距為0.6 m 時，頂煤放出率最大且含矸率指標居中；而當放煤步距為1.2 m 時，指標相比放煤步距0.6 m 的情況均較差。

綜上所述，對于實體煤開采和過小斷面煤層的開采可直接將放煤步距設(shè)定為1.2 m；而對于過大斷面煤層的開采將放煤步距設(shè)定為0.6 m 為最佳?？紤]到開采的方便性，盡可能的將放煤步距設(shè)定為1.2 m，而對于過大斷面煤層開采需要對其關(guān)口進行調(diào)整，達到大幅度提升頂煤放出率的指標[3]。

3 復(fù)采綜放工作面放煤方式的優(yōu)化

基于PF2CD 軟件構(gòu)建放煤方式優(yōu)化的數(shù)值模擬仿真模型，如圖2 所示。

圖2 放煤方式優(yōu)化數(shù)值模擬仿真模型

放煤口寬度設(shè)計為0.7 m，相鄰放煤口的中心間距為1.5 m?；谏鲜瞿Ｐ头謩e對單輪順序放煤、單輪順序局部間隔放煤以及雙輪順序放煤三種放煤方式對應(yīng)的放煤效果進行對比，仿真結(jié)果如表4 所示：

表4 不同放煤方式對應(yīng)放煤效果對比

如表4 所示，采用單輪局部間隔放煤和雙輪順序放煤對應(yīng)的頂煤放出率和含矸率指標相近。但是，在實際操作中，采用雙輪順序放煤相比較單輪局部間隔放煤需要往返操作較多。因此，當工作面較短時，可采用雙輪順序放煤獲得最佳的頂煤放出率和含矸率的指標；而當工作面較長時，可采用工藝相對簡單且效率相對較高的單輪局部間隔放煤方式[4]。

4 結(jié)語

復(fù)采綜放工作面由于初期開采不規(guī)范且工藝落后導(dǎo)致采出率低的同時，造成其煤層條件越發(fā)復(fù)雜。針對此種情況，為了實現(xiàn)對上述工作面的復(fù)采，解決煤炭開采不充分的問題，基于PF2CD 數(shù)值模擬軟件對綜放開采工藝參數(shù)進行優(yōu)化，總結(jié)如下：

1）對于實體煤開采和過小斷面煤層的開采可直接將放煤步距設(shè)定為1.2 m；而對于過大斷面煤層的開采將放煤步距設(shè)定為0.6 m 為最佳?？紤]到開采的方便性，盡可能的將放煤步距設(shè)定為1.2 m，而對于過大斷面煤層開采需要對其關(guān)口進行調(diào)整，達到大幅度提升頂煤放出率的指標。

2）當工作面較短時，可采用雙輪順序放煤獲得最佳的頂煤放出率和含矸率的指標；而當工作面較長時，可采用工藝相對簡單且效率相對較高的單輪局部間隔放煤方式。