N1305综放工作面放煤工艺参数研究

褚 亮，王 凯

(潞安矿业集团 古城煤矿，山西 长治 046000)

综放开采是我国厚煤层开采的重要采煤方式之一，经过多年的探索取得了一定的经验。衡量放顶煤开采工艺最重要的指标无疑是顶煤的回收率[1- 2]。根据矿井不同的生产地质条件选取合理的放煤工艺，对提高煤炭的回采率至关重要[3-6]。针对放顶煤参数研究，许孟和[7]等人引入隶属度对顶煤冒放性进行了分析；王晓飞[8]通过对比分析各个煤矿放顶煤参数，确定了合理的开采工艺参数。本文以古城煤矿N1305工作面为研究背景，对工作面放煤工艺参数进行了分析，确定了工作面合理放煤参数，以期提高煤炭回采率。

1 工程概况

古城煤矿N1305工作面采用走向长壁后退式低位放顶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号煤层位于山西组下部，厚度5.98～6.67 m，平均厚6.32 m，倾角0～3°，结构简单，属稳定煤层。煤层直接顶为泥岩、砂质泥岩，平均厚度4.03 m，老顶为中细粒砂岩，平均厚5.86 m。工作面切眼长度为357 m，设计回采长度1 918 m，采高3.2 m。工作面中部采用230组ZF8500/22/42正规架，端头尾各4组ZFG12000/25/42过渡支架。

2 放煤工艺分析

N1305工作面埋深较深，3号煤层普氏系数f=1.1，为中硬煤层，节理裂隙发育，顶煤冒放性好，适用于综放开采。放煤工艺主要是放煤方式和放煤步距。采用较多的放煤方式有单轮顺序放煤、单轮间隔放煤、多轮顺序放煤，放煤步距采用较多的是一采一放、两采一放等方式。

不同的放煤方式对工作面煤炭采出率有着重要影响。单轮顺序放煤对相邻放煤口的影响较大，易造成架间煤炭损失。采用单轮间隔放煤，由于间隔放煤口的距离较大，所以前一次放煤对后一次放煤的影响较小，因此第一轮的单数支架放煤时，每个放煤口均可认为不受其它放出体影响，再进行双数支架放煤时，放出高度已不再是顶煤厚度，而且放煤时，放出体受两侧放出体的对称影响，放出量也比较均匀，见矸是在放煤口中心，脊煤损失较小。

合理的放煤步距是保证工作面顶煤回收率的关键。放煤步距过小，容易导致顶煤还未放出矸石便到了放煤口；放煤步距过大，导致两次放煤循环之间顶煤丢失。应综合考虑顶煤厚度、放煤口高度以及采煤机截深等因素，确定最优放煤步距，提高顶煤采出率。

3 数值模拟分析

3.1 采高的确定

合理的采高是实现放顶煤工作面高产高效的前提。首先应保证顶煤冒放性，采高不宜过小，其次考虑到采场压力，采高过大时，易导致工作面片帮冒顶，不利于工作面围岩稳定性，考虑工作面支架配套，选取工作面采高为3.2 m。

3.2 放煤方式

由于多轮顺序放煤，每个放煤口需要多次打开，从而要求工人多次往返于工作面，一定程度上制约了放煤速度。且由于其技术要求，操作上难以掌握，结合生产需求，对单轮顺序和单轮间隔放煤进行模拟分析。

采用PFC软件对N1305工作面不同放煤方式进行研究。分别建立2个模型，设定采高为3.2 m，煤厚6.32 m，煤岩层倾角0°，模拟分析单轮顺序和单轮间隔放煤。根据现场放煤要求，程序遵循见矸关窗原则。初始模型如图1所示，煤岩体力学参数见表1。

图1 模型示意

表1 煤岩体力学参数

图2、图3分别为单轮顺序放煤、单轮间隔放煤后煤矸分界面的形态。通过分析煤矸分界面的形态，可以了解顶煤的放出状况和直接顶破碎矸石的运动规律。对两种放煤方式顶煤回收率进行统计，顶煤回收率的数据对比见表2。

图2 单轮顺序放煤形态

图3 单轮间隔放煤形态

表2 不同放煤方式的顶煤回收率

由图2、图3模拟结果可知，相对于单轮顺序放煤，采用间隔放煤方式是合理的。由表2可以看出，采用间隔放煤顶煤回收率比顺序放煤顶煤回收率高7.6%.按见矸关窗计算，顺序放煤受邻架的影响严重，放煤量不规则，煤矸分界面明显发生偏转，含矸率明显增加；间隔放煤的煤矸分界面对称，放煤量比较均匀，煤炭损失较少。而且单轮间隔放煤避免了邻架操作相互影响，可以同时多人放煤，充分利用了后部运输机的运输能力。

因此，综合考虑顶煤放出率和劳动组织等方面因素，单轮间隔放煤是N1305工作面比较合理的放煤方式。

3.3 放煤步距

根据N1305工作面的条件，分别建立0.8 m和1.6 m放煤步距(分别相当于“一刀一放”、“两刀一放”)模型进行模拟。按放煤步距0.8 m、1.6 m的顶煤绝对纯煤回收率和顶煤相对纯煤回收率进行了计算。

顶煤绝对回收率是指支架在相同的推进范围内顶煤放出量占模型顶煤总量的百分比。顶煤相对回收率是指支架在相同的推进范围内顶煤放出量占推进范围内模型顶煤总量的百分比。两者对照有助于消除顶煤超前冒落造成的误差。图4、图5为不同放煤步距下的放煤形态，顶煤回收率的计算结果见表3。

图4 放煤步距为0.8 m时放煤形态

图5 放煤步距为1.6 m时放煤形态

表3 不同放煤步距顶煤回收率%

由图4、图5可以看出，放煤步距为1.6 m时，形成的脊背煤相对放煤步距为0.8 m时明显增多，说明顶煤还未充分放出已进行移架作业。表3对不同放煤步距顶煤回收率的统计表明：“一刀一放”0.8 m放煤步距顶煤回收率较“两刀一放”1.6 m放煤步距的顶煤绝对回收率高3.22%，相对回收率高5.06%.由此可见，N1305工作面采用0.8 m一刀一放的放煤步距是合理的。

4 结 语

1) 根据N1305工作面的地质条件，埋深较深且煤层节理裂隙发育，确定工作面适用于放顶煤开采。

2) 通过对单轮顺序放煤和单轮间隔放煤进行数值模拟分析，单轮间隔放煤顶煤回收率比单轮顺序放煤高7%；采用0.8 m放煤步距顶煤回收率较1.6 m放煤步距的顶煤绝对回收率高3.22%，相对回收率高5.06%.N1305工作面采用单轮间隔放煤，一刀一放的放煤步距有利于提高工作面顶煤的采出率。