厚煤层综合采煤工艺参数优化分析

2023-01-28李超

山西化工 2022年8期

李超

（西山煤电屯兰矿综采二队，山西古交 030200）

引言

煤炭为我国经济发展的动力，在未来很长一段时间内其仍然在我国能源结构中占据主导地位，因此对煤矿生产率和回采率等指标提出了更高的要求。煤矿开采效率在一定程度上与采煤方式和采煤工艺参数相关。针对厚煤层综采工作面，为整体上提升煤矿开采效率，对其采煤工艺参数进行优化，并对其现场应用效果进行分析[1]。基于本文研究基础可针对今后大倾角特厚煤层的高效、安全开采提供理论指导。

1 工程概况

本文以某矿的16#煤层所属工作面为例开展研究，该煤层的厚度范围为1.67 m～10.51 m，平均煤层厚度为8.5 m；煤层的倾角范围为15°～25°，平均煤层倾角为20°。16#煤层所述工作面的走向长度为1 768 m，其中倾斜工作面的长度为310 m。16#煤层所属工作面的顶底板条件，如表1 所示。

表1 16#煤层工作面顶底板地质条件

经探测，16#煤层所属工作面的瓦斯涌出量仅为0.02 m3/min，其属于低瓦斯矿井；同时，工作面涌水的主要形式为滴水或淋水。

总体来讲，16#煤层属于厚煤层，其所属工作面为大倾角工作面；而且，16#煤层的硬度属于中硬级别，结构相对复杂。因此，16#煤层开采难度较大。

2 采煤方式的确定及工艺参数的优化

结合16#煤层所属工作面的地质、煤层、水文等条件确定最终可行的采煤方式，并对采工艺参数进行优化。

2.1 采煤方式的确定

采煤方式为直接决定煤炭开采率、开采安全性的主要因素[2]。目前，煤矿可采用的采煤方式包括有大采高一次采全后综采工艺、放顶煤开采工艺以及分层开采工艺。其中，放顶煤开采工艺包含有走向长壁整层综放开采工艺和水平分段综放开采工艺；分层开采工艺包括有综采分两层开采工艺、上分层高档普采工艺和下分层综采工艺。

综合从采煤方式应用的技术可行性、经济效益等考核因素进行评价。16#煤层所属工作面采用长壁综放开采工艺为最佳。但是，在分析过程中可知长壁综放开采工艺并不是在所有方面均为最佳选择，比如：

1）虽然长壁综放开采工艺在经济效益方面最佳；但是，该开采工艺在安全技术方面偏差；

2）虽然长壁综放开采工艺在技术可行性方面的优势最大，但是在实际应用中还存在煤炭回收率低的问题。

因此，为进一步提升长壁综放开采工艺的应用效果，还需对其采煤工艺参数进行优化。

2.2 采煤工艺参数的优化

对于长壁综放开采工艺而言，影响最终开采效果的参数包括有采放比、放煤间距以及放煤步距等。本小节将在初步理论分析的基础上确定工艺参数的大概范围，而后对范围工艺参数对应的开采效果进行对比，最终确定最佳采煤工艺参数。

结合放煤椭球体理论、放煤散体介质理论以及顶煤损伤力学理论对采煤工艺参数进行初步确定[3]。采煤工艺参数初步确定结果，如下页表2 所示。

表2 采煤工艺参数的初步确定

本将基于MATLAB 软件，采用定量分析法对不同采煤工艺参数下矸石混入率和顶煤放出率进行对比，从而实现对采煤工艺参数的优化。

2.2.1 采放比参数的优化

本工程中根据煤层的厚度及采煤机的性能确定采煤高度为2.6 m 为最佳[4]。因此，对采放比参数的优化即对放煤高度参数的优化。当放煤口边长为0.5 m，放煤方式为一采一放（对应的放煤步距为0.6 m），放煤口间距为1.5 m 时，对3 m～8 m 范围之内放煤高度的矸石混入率和顶煤放出率进行对比，结果如图1所示。