庞庞塔煤矿综放工作面开采技术研究

2022-03-07张君珑

江西煤炭科技 2022年1期

张君珑

（霍州煤电集团吕临能化公司庞庞塔煤矿，山西吕梁 033200）

1 工程概况

霍州煤电集团庞庞塔煤矿位于山西省吕梁市临县木瓜镇，目前主采的9#煤层，埋深320～500 m，煤层平均厚度为11.8 m，倾角平均为24°，属于缓倾斜煤层。9#煤层上覆岩层依次为0.1～1 m 的炭质泥岩，5～7 m 的泥质灰岩和6～9 m 的砂质泥岩，底板岩层分别为1～2 m 泥岩和1～3 m 的细粒砂岩。煤层顶底板岩层情况如表1所示。

表1 煤层顶底板情况

2 综放工作面放煤参数的确定

2.1 采放比

目前，国产主流综放采煤机割煤高度为2.6～3.5 m[1-2]。若割煤高度过大，则易导致工作面粉尘量过大，对通风降尘等环节都将提出更高的要求，而割煤高度太小，则回采率较低，易造成煤炭资源的浪费[3-5]，综合考虑庞庞塔煤矿煤层地质赋存、煤体刚度及节理裂隙发育程度等条件，割煤高度确定为3.2 m。

现有研究结果表明，采放比不超过1:3 时，顶煤冒放性较好，本矿区9#煤层平均厚度为11.8 m，放煤高度平均为8.6 m，采放比为1:2.69，当割煤高度为3.2 m 时，采放比是科学合理的。

2.2 放煤步距

借助PFC 数值模拟软件，以庞庞塔煤矿9#煤层地质条件为工程背景建立模型，煤层平均埋深451 m，平均厚度11.8 m，割煤高度3.2 m，采放比1:2.69，模型由顶煤及上覆岩层构成，分别以黑色圆形单元模拟破碎冒放的顶煤，以白色圆形单元模拟破碎岩块，煤体容重为1.4 t/m3，岩块容重为2.5 t/m3，按照现场实际情况，工作面倾向长度设置为150 m，放煤口尺寸设置为0.7 m。

（1）放煤步距为0.8 m

循环进尺为0.8 m，当一循环一放煤时，分别模拟了循环数为4、8、12、16 时的放煤情况。通过计算可知，工作面共出煤37 850 t，其中放煤量约为21 532 t，实际放煤量为18 325 t，顶煤回收率为85.1%，数值模拟如图1所示。

图1 一循环一放煤时模拟效果

（2）放煤步距为1.6 m

当二循环一放煤时，分别模拟了循环数为4、8、12、16 时的放煤情况。通过计算可知，工作面共出煤37 850 t，其中放煤量约为21 532 t，实际放煤量为17 426 t，顶煤回收率为80.9%，数值模拟如图2所示。

图2 二循环一放煤时模拟效果

（3）放煤步距为2.4 m

当三循环一放煤时，分别模拟了循环数为9、15 时的放煤情况。通过计算可知，工作面共出煤37 850 t，其中放煤量约为20 425 t，实际放煤量为15 896 t，顶煤回收率为77.8%，数值模拟如图3所示。

图3 二循环一放煤时模拟效果

当一循环一放煤时，顶煤回收率可达85.1%；采用二循环一放煤时，顶煤回收率下降了4.2%，为80.9%；采用三循环一放煤时，预计放煤量减少了1 107 t，顶煤回收率为77.8%，如图1～图3所示。三种放煤步距顶煤回收率如表2所示。

表2 不同放煤步距顶煤回收率

综上所述，本矿区开采9#煤层时，综放工作面放煤步距为0.8 m 时顶煤回收率最高，因此，放煤步距定为0.8 m，即一循环一放煤。

2.3 放煤方式

为了确定本矿区综放工作面最佳放煤方式，借助PFC 数值模拟软件对三种放煤方式进行数值模拟。根据现场实际情况，支架宽度设置为1.5 m，为分析方便，仅设置6 架液压支架模拟工作面放煤过程，液压支架分别记为1#、2#、3#、4#、5#、6#。

（1）单轮间隔放煤

在工作面推进过程中，先开启1#、3#、5#支架进行放煤，然后工作面推进一段距离后再开启2#、4#、6#支架进行放煤，放煤过程严格遵循“见矸关窗”原则。通过理论计算可知，预计放煤量约为173 t，实际放煤量142 t，顶煤回收率为82.1%，模拟效果如图4所示。

图4 单轮间隔放煤模拟效果

（2）单轮顺序放煤

在工作面推进过程中，按顺序开启1#、2#、3#、4#、5#、6#支架进行放煤，放煤过程严格遵循“见矸关窗”原则。通过理论计算可知，预计放煤量约为173 t，实际放煤量148 t，顶煤回收率为85.5%，模拟效果如图5所示。

图5 单轮顺序放煤模拟效果

（3）多轮间隔放煤

在工作面推进过程中，放煤时先开启1#、3#、5#支架进行放煤，放出一半顶煤后关闭放煤口，再开启2#、4#、6#支架进行放煤，同样放出一半顶煤后关闭放煤口，重复操作两个轮回将顶煤放完。通过理论计算可知，预计放煤量约为173 t，实际放煤量136 t，顶煤回收率为78.6%，模拟效果如图6所示。

图6 多轮间隔放煤模拟效果

由图4～6 可知，采用单轮顺序放煤时，顶煤回收率达85.5%，而单轮间隔放煤及多轮间隔放煤顶煤回收率分别为82.1%和78.6%，采用单轮顺序放煤时顶煤回收效果最好。因此，综放工作面放煤方式暂定为多轮间隔放煤。

3 工业性试验

选取庞庞塔煤矿9-301 综放工作面进行工业性试验。9-301 工作面采用MG500/1180-QWD 采煤机，割煤高度3.2 m，放煤高度8.6 m，采放比1∶2.69，放煤步距为0.8 m。采煤机割煤时，滞后移架工序4 架的距离，开始放顶煤工序，采取单轮顺序放煤，即从工作面一端开始，顺序打开支架放煤口进行放煤，并与移架的顺序相一致，一次最多同时打开两个支架放煤口。工作面设备配置如表3所示。