厚煤層綜合采煤工藝參數(shù)優(yōu)化分析

李 超

（西山煤電屯蘭礦綜采二隊，山西 古交 030200）

引言

煤炭為我國經(jīng)濟發(fā)展的動力，在未來很長一段時間內(nèi)其仍然在我國能源結構中占據(jù)主導地位，因此對煤礦生產(chǎn)率和回采率等指標提出了更高的要求。煤礦開采效率在一定程度上與采煤方式和采煤工藝參數(shù)相關。針對厚煤層綜采工作面，為整體上提升煤礦開采效率，對其采煤工藝參數(shù)進行優(yōu)化，并對其現(xiàn)場應用效果進行分析[1]?；诒疚难芯炕A可針對今后大傾角特厚煤層的高效、安全開采提供理論指導。

1 工程概況

本文以某礦的16#煤層所屬工作面為例開展研究，該煤層的厚度范圍為1.67 m～10.51 m，平均煤層厚度為8.5 m；煤層的傾角范圍為15°～25°，平均煤層傾角為20°。16#煤層所述工作面的走向長度為1 768 m，其中傾斜工作面的長度為310 m。16#煤層所屬工作面的頂?shù)装鍡l件，如表1 所示。

表1 16#煤層工作面頂?shù)装宓刭|(zhì)條件

經(jīng)探測，16#煤層所屬工作面的瓦斯涌出量僅為0.02 m3/min，其屬于低瓦斯礦井；同時，工作面涌水的主要形式為滴水或淋水。

總體來講，16#煤層屬于厚煤層，其所屬工作面為大傾角工作面；而且，16#煤層的硬度屬于中硬級別，結構相對復雜。因此，16#煤層開采難度較大。

2 采煤方式的確定及工藝參數(shù)的優(yōu)化

結合16#煤層所屬工作面的地質(zhì)、煤層、水文等條件確定最終可行的采煤方式，并對采工藝參數(shù)進行優(yōu)化。

2.1 采煤方式的確定

采煤方式為直接決定煤炭開采率、開采安全性的主要因素[2]。目前，煤礦可采用的采煤方式包括有大采高一次采全后綜采工藝、放頂煤開采工藝以及分層開采工藝。其中，放頂煤開采工藝包含有走向長壁整層綜放開采工藝和水平分段綜放開采工藝；分層開采工藝包括有綜采分兩層開采工藝、上分層高檔普采工藝和下分層綜采工藝。

綜合從采煤方式應用的技術可行性、經(jīng)濟效益等考核因素進行評價。16#煤層所屬工作面采用長壁綜放開采工藝為最佳。但是，在分析過程中可知長壁綜放開采工藝并不是在所有方面均為最佳選擇，比如：

1）雖然長壁綜放開采工藝在經(jīng)濟效益方面最佳；但是，該開采工藝在安全技術方面偏差；

2）雖然長壁綜放開采工藝在技術可行性方面的優(yōu)勢最大，但是在實際應用中還存在煤炭回收率低的問題。

因此，為進一步提升長壁綜放開采工藝的應用效果，還需對其采煤工藝參數(shù)進行優(yōu)化。

2.2 采煤工藝參數(shù)的優(yōu)化

對于長壁綜放開采工藝而言，影響最終開采效果的參數(shù)包括有采放比、放煤間距以及放煤步距等。本小節(jié)將在初步理論分析的基礎上確定工藝參數(shù)的大概范圍，而后對范圍工藝參數(shù)對應的開采效果進行對比，最終確定最佳采煤工藝參數(shù)。

結合放煤橢球體理論、放煤散體介質(zhì)理論以及頂煤損傷力學理論對采煤工藝參數(shù)進行初步確定[3]。采煤工藝參數(shù)初步確定結果，如下頁表2 所示。

表2 采煤工藝參數(shù)的初步確定

本將基于MATLAB 軟件，采用定量分析法對不同采煤工藝參數(shù)下矸石混入率和頂煤放出率進行對比，從而實現(xiàn)對采煤工藝參數(shù)的優(yōu)化。

2.2.1 采放比參數(shù)的優(yōu)化

本工程中根據(jù)煤層的厚度及采煤機的性能確定采煤高度為2.6 m 為最佳[4]。因此，對采放比參數(shù)的優(yōu)化即對放煤高度參數(shù)的優(yōu)化。當放煤口邊長為0.5 m，放煤方式為一采一放（對應的放煤步距為0.6 m），放煤口間距為1.5 m 時，對3 m～8 m 范圍之內(nèi)放煤高度的矸石混入率和頂煤放出率進行對比，結果如圖1所示。

圖1 不同放煤高度對應的開采效果

如圖1 所示，當放煤高度為5 m～6 m 時對應頂煤的放出率最高；隨著放煤高度的增高，矸石的混入率逐漸增加。因此，該工程對應的最佳放煤高度為5 m～6 m，則對應的最佳采放比為1∶1.92～1∶2.3 均可。

2.2.2 放煤間距與放煤步距參數(shù)的優(yōu)化

當放煤口邊長為0.5 m，放煤方式為一采一放（對應的放煤步距為0.6 m），放煤高度為4 m 時，對1 m～3 m 范圍之內(nèi)放煤間距的矸石混入率和頂煤放出率進行對比，結果如圖2 所示。

如圖2 所示，隨著放煤間距的增加，頂煤放出率先增大后減小，當放煤高度為4 m 時對應放煤間距為1.3 m 時頂煤放出率最大；隨著放煤間距的增加，矸石混入率先減小后增大，當放煤高度為4 m 時對應放煤間距為2.1 m 時矸石混入率最小。同時，放煤間距與放煤高度兩項參數(shù)為線性關系，如式（1）所示：

圖2 不同放煤間距對應的開采效果

式中：l 為放煤間距，h 為放煤高度。

本工程的最佳放煤高度為5 m～6 m，則對應的最佳放煤間距為1.5 m～1.7 m。

同理，得出放煤步距與放煤高度也呈線性關系，如式（2）所示：

式中：L 為放煤步距距，h 為放煤高度。

本工程的最佳放煤高度為5 m～6 m，則對應最佳的放煤步距為1 m～1.1 m。

3 結語

不同綜采工作面由于地質(zhì)、水文、煤層等條件的不同，其所匹配的最佳采煤方式和采煤工藝參數(shù)也不同[5]。為保證煤炭的生產(chǎn)效率、煤炭回收率以及開采的安全性，應充分結合開采工作面的實際情況對采煤方式和工藝參數(shù)進行優(yōu)化確定。本文以16#煤層所屬工作面為例開展研究，對其采煤方式和采煤工藝參數(shù)進行優(yōu)化確定：

1）通過對比一次采全后綜采工藝、放頂煤開采工藝以及分層開采工藝的優(yōu)劣勢，確定采用長壁綜放開采工藝對16#煤層進行開采；

2）適用于16#煤層的最佳采煤工藝參數(shù)分別如下：最佳采放比為1∶1.92～1∶2.3，最佳放煤間距為1.5 m～1.7 m，最佳的放煤步距為1 m～1.1 m。