復(fù)采綜放工作面工藝參數(shù)優(yōu)化研究

文 力

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

鑒于我國(guó)富煤貧油少氣的資源賦存特征，在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)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(kāi)采初期，由于采用舊式房柱式開(kāi)采工藝或者采用以掘代采的開(kāi)采工藝，加上管理不到位導(dǎo)致煤炭的回收率降低，進(jìn)而造成了煤炭資源的浪費(fèi)[1]。為保證煤礦可持續(xù)發(fā)展，需要對(duì)破壞區(qū)域的煤炭資源進(jìn)行復(fù)采，加之舊采區(qū)殘余煤炭條件相對(duì)復(fù)雜，且巷道斷面小的問(wèn)題，本文將針對(duì)復(fù)采工作面的開(kāi)采工藝進(jìn)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(duì)簡(jiǎn)單，平均厚度為6.65 m，煤層傾角為2°～6°之間，屬于無(wú)煙煤且相對(duì)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?jī)H為1.0～1.4 m3/h。1301 工作面煤層為3#煤層，在初期開(kāi)采時(shí)采用巷柱式進(jìn)行開(kāi)采，開(kāi)采率偏低，而且在初期開(kāi)采后已經(jīng)對(duì)整個(gè)煤層的完整性構(gòu)成破壞。因此，為了能夠切實(shí)掌握1301 復(fù)采工作面的現(xiàn)場(chǎng)情況，采用瞬變電磁閥、無(wú)線電波坑道透視法等技術(shù)手段對(duì)其地質(zhì)條件和巷道分布情況進(jìn)行探測(cè)[2]。經(jīng)探測(cè)，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(cè)定結(jié)果如表2 所示。

以上述所探測(cè)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(duì)工作面開(kāi)采工藝參數(shù)進(jìn)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(shí)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(shí)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(lán)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(duì)放煤步距為0.6、1.2、1.8 m 三種情況下對(duì)應(yīng)的在實(shí)體煤開(kāi)采時(shí)、過(guò)小斷面空巷和過(guò)大斷面空巷三種情況下對(duì)應(yīng)的放煤效果進(jìn)行對(duì)比。其中，過(guò)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(guò)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(duì)應(yīng)的放煤效果

如表3 所示，當(dāng)對(duì)實(shí)體煤進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，雖然放煤步距為0.6 m 時(shí)頂煤的放出率最高可達(dá)88.8%，但是其對(duì)應(yīng)的矸石率高達(dá)34%；而當(dāng)放煤步距為1.2 m 時(shí)頂煤的放出率為85.9%，對(duì)應(yīng)的含矸率也最低僅為13%；而當(dāng)放煤步距為1.8 時(shí)，頂煤放出率最低，含矸率為17%。因此，當(dāng)對(duì)實(shí)體煤進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，應(yīng)將放煤步距設(shè)定為1.2 m。

當(dāng)對(duì)過(guò)小斷面煤體進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，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(shí)對(duì)應(yīng)的含矸率最高，而放煤步距為1.2 m 時(shí)含矸率最低。因此，針對(duì)工作面過(guò)小斷面對(duì)煤體進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，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(dāng)對(duì)過(guò)大斷面煤體進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，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(shì)。當(dāng)放煤步距為1.8 時(shí)，雖然含矸率最低對(duì)應(yīng)煤質(zhì)最好，但是頂煤放出率最小，造成了煤炭的浪費(fèi)；而當(dāng)放煤步距為0.6 m 時(shí)，頂煤放出率最大且含矸率指標(biāo)居中；而當(dāng)放煤步距為1.2 m 時(shí)，指標(biāo)相比放煤步距0.6 m 的情況均較差。

綜上所述，對(duì)于實(shí)體煤開(kāi)采和過(guò)小斷面煤層的開(kāi)采可直接將放煤步距設(shè)定為1.2 m；而對(duì)于過(guò)大斷面煤層的開(kāi)采將放煤步距設(shè)定為0.6 m 為最佳?？紤]到開(kāi)采的方便性，盡可能的將放煤步距設(shè)定為1.2 m，而對(duì)于過(guò)大斷面煤層開(kāi)采需要對(duì)其關(guān)口進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到大幅度提升頂煤放出率的指標(biāo)[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(jì)為0.7 m，相鄰放煤口的中心間距為1.5 m。基于上述模型分別對(duì)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(duì)應(yīng)的放煤效果進(jìn)行對(duì)比，仿真結(jié)果如表4 所示：

表4 不同放煤方式對(duì)應(yīng)放煤效果對(duì)比

如表4 所示，采用單輪局部間隔放煤和雙輪順序放煤對(duì)應(yīng)的頂煤放出率和含矸率指標(biāo)相近。但是，在實(shí)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(dāng)工作面較短時(shí)，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(biāo)；而當(dāng)工作面較長(zhǎng)時(shí)，可采用工藝相對(duì)簡(jiǎn)單且效率相對(duì)較高的單輪局部間隔放煤方式[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

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

1）對(duì)于實(shí)體煤開(kāi)采和過(guò)小斷面煤層的開(kāi)采可直接將放煤步距設(shè)定為1.2 m；而對(duì)于過(guò)大斷面煤層的開(kāi)采將放煤步距設(shè)定為0.6 m 為最佳。考慮到開(kāi)采的方便性，盡可能的將放煤步距設(shè)定為1.2 m，而對(duì)于過(guò)大斷面煤層開(kāi)采需要對(duì)其關(guān)口進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到大幅度提升頂煤放出率的指標(biāo)。

2）當(dāng)工作面較短時(shí)，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(biāo)；而當(dāng)工作面較長(zhǎng)時(shí)，可采用工藝相對(duì)簡(jiǎn)單且效率相對(duì)較高的單輪局部間隔放煤方式。