厚煤层工作面多种放煤方式的选择.pdf

第6 5 卷第4 期2024年2 月自动化应用Automation ApplicationVol.65 No.4Feb 2024厚煤层工作面多种放煤方式的选择王晋（山西焦煤西山煤电东曲煤矿，山西太原0 30 2 0 0)摘要：我国大部分煤炭以厚煤层的形式埋藏于地下深处，综放开采是主要的开采工艺方式。在综采过程中，不同的放煤方式对煤层的采出具有重要影响。针对不同放煤方式的影响作用进行仿真分析，可为厚煤层放煤方式的选择提供一定参考。结果表明，单轮间隔放煤具有较好的开采效果，是更适合厚煤层开采的放煤方式。关键词：厚煤层，综放开采，放煤方式，仿真分析中图分类号：TD823Selection of Multiple Coal Drawing Methods in Thick Coal Seam Working Face(Shanxi Coking Coal Xishan Coal Power Dongqu Coal Mine,Taiyuan,Shanxi 030200,China)Abstract:Most of Chinas coal is buried deep underground in the form of thick coal seams,and fully mechanized top coalcaving is the main mining process.In the process of fully mechanized mining,different coal drawing methods have asignificant impact on the extraction of coal seams.Simulate and analyze the impact of different coal mining methods,canprovide some reference for the selection of coal mining methods in thick coal seams.The results indicate that single wheelinterval coal caving has a good mining effect,and is a more suitable coal caving method for thick coal seam mining.Key words:thick coal seam,fully mechanized top coal caving,coal caving method,simulation analysis文献标识码：AWANGJinD0I:10.19769/j.zdhy.2024.04.0040引言随着易开采煤层不断的开采消耗，深部厚煤层开采利用已成为我国煤炭的主要发展方向。我国厚煤层分布的煤炭占比较多，厚煤层开采对煤炭的整体产量及质量具有重要影响。随着采煤技术及装备的发展，综放开采技术的应用使得厚煤层的开采具有较高效率及较低成本 1,对厚煤层的开采利用具有重要意义。在综放开采过程中，厚煤层存在采出率低及含研率较高的问题。在顶煤的损失中,放煤工艺造成的煤炭损失占总损失煤量的6 5%以上，是导致采出率低的主要原因 2。因此,在厚煤层的综采过程中,应分析顶煤的破碎机理,选择合理的采放比增加顶煤的破碎性，同时，选取较优的放煤方式提高顶煤的采出率。通过多种放煤方式对厚煤层采出率及含研率的影响作用进行仿真分析 3,选取合理的放煤方式,以减少综放开采中顶煤的工艺损失，提高厚煤层的采出率及煤矿的综合效益。1厚煤层综放开采放煤方式分析模型的建立厚煤层进行综放开采时，主要放煤工艺包括放煤顺序、各放煤口的放煤次数及放煤量，在放煤过程中，按放煤顺序可分为顺序放煤和间隔放煤；各放煤口的放煤次数可分为单轮放煤和多轮放煤，按放煤量的变化可分为等量和不作者简介：王晋，男，19 8 7 年生，工程师，研究方向为综采自动化。.10.等量放煤 4。在实际作业中，难以有效控制放煤口放煤量的变化,因此,放煤方式往往取决于放煤顺序及放煤次数。以某厚煤层煤矿开采为例分析放煤方式，工作面推进长度为130 0 m，宽度为2 6 0 m，煤层平均埋深为30 0 m，煤层稳定可采，厚度分布为5.5 6.5 m，平均厚度为6 m，是典型的厚煤层开采。煤层分布结构简单，含有一定的夹研，夹研厚度为0.2 m左右,直接顶为3.5 m的粉砂岩,基本顶为4m的硬质细砂岩，直接底包括1.5 m的细粒砂岩及0.5 m的泥岩，老底为4.7 m的细粒砂岩。采用综放开采的方式开采煤层，采高为3m,此时上部顶煤为3m，具有充足的冒落空间，应采用一次全量放煤的方式进行开采。采用PFC2D离散元分析软件对不同放煤方式的效果展开仿真计算，在软件中将煤炭颗粒看作刚体，对颗粒的刚度及相互间的作用力等参数赋值，通过连续介质的方式模拟煤炭颗粒间的运动及相互作用 5,对复杂工程问题进行仿真求解，适用于分析煤岩破碎过程的破裂规律及散体的运动规律。根据工作面开采情况，沿工作面长度方向进行建模分析，在两侧预留6 m边界消除边界效应影响,模拟20套支架放煤作用。在放煤方式上，选取4 种不同的放煤方式进行分析，分别为单轮顺序放煤、单轮间隔放煤、双轮顺序放煤、双轮间隔放煤。单轮顺序放煤，即按支架的顺序依次放煤，放煤口见研关闭；单轮间隔放煤，即先进行奇数列支架的放煤，同样见研关闭，然后进行偶数列支架的放煤，将第4 期间隔的脊背煤放出；双轮顺序放煤，即按支架的顺序依次放煤，第1轮放出顶煤数量的1/2,然后再按顺序进行第2轮放煤，放煤口见关闭；双轮间隔放煤，即首先按奇数列支架放煤，依次放出顶煤的1/2,再进行偶数列支架的放煤，同样放出顶煤的1/2,然后重复第2 轮放煤至见研关闭。2厚煤层综放开采放煤方式仿真分析2.1不同放煤方式的冒落分析采用PFC2D依次对不同放煤方式顶煤的冒落进行放煤模拟，单轮放煤是实际作业中最易于实施的放煤方式，具有较好的控制性,放煤速度较快，具有较高的生产效率，但单轮顺序放煤易造成较强的混研，影响顶煤的采出及质量。在PFC2D软件中,经仿真模拟,放煤结束后的冒落形态如图1所示。在单轮顺序放煤中，后部支架受前支架放煤后形成的煤研的影响，使得相邻的放煤口相互影响,降低了实际放煤高度。此外，靠近放煤口位置的顶煤受力不均，使得顶煤及煤研的流动性增强，造成了较多混研。图1单轮顺序放煤形态单轮间隔放煤将奇偶数的放煤口进行分隔放煤，1次放煤后会形成脊背煤，再通过偶数第2 次放煤放出，减少顶煤的损失。采用单轮间隔放煤进行仿真模拟，放煤结束后的冒落形态如图2 所示。奇数号放煤结束后，顶煤上方形成的连续分布的驼峰状落煤高度变化较小，煤研之间的分界面平滑。经偶数号放煤口的放出，大多顶煤能放出，仅有少部分煤炭受到煤研的挤压作用进人临近的奇数号支架上方而不能放出。图2 单轮间隔放煤形态采用双轮顺序放煤可稳定下降煤研的分界面，降低煤炭的混研程度。在实际作用中，这种放煤方式的速度较慢，会对工作面的生产效率造成影响，且难以有效控制首次放煤顶煤数量，易造成煤研分界面的变化不稳定。采用双轮顺序放煤放煤进行仿真模拟,第2 轮放煤结束后的冒落形态如图3所示。在放煤过程中，第1轮放煤结束后，煤研分界面呈不规则的起伏状态，不能实现煤研分界面的稳定下降，经第2 轮放煤结束后，煤研较少的达到放煤口，支架上方残留的顶煤数量较多,造成了顶煤的损失。图3双轮顺序放煤形态在实际作业过程中，双轮间隔放煤的操作复杂性较系统解决方案自动化应用高，导致顶煤的放出量以及煤研分界面的变化同样难以有效控制，影响了顶煤的放出。采用双轮间隔放煤放煤进行仿真模拟，第2 轮放煤结束后的冒落形态如图4 所示。在放煤过程中，与单轮间隔放煤相比,采用双轮间隔放煤残留的顶煤量有所降低，但减小的幅度有限图4 双轮间隔放煤形态2.2不同放煤方式的数据分析经过模拟计算4 种不同的放煤方式，对4 种不同工艺下顶煤的回收率及含研率进行数据统计分析，得到不同放煤工艺顶煤回收率及含研率变化如表1所列。由表1可知，单轮顺序放煤的顶煤回收率最低，含率最高，开采效果最差；以双轮间隔放煤的顶煤回收率最高，含研率最低，开采效果最佳；同时，单轮间隔放煤的回收率及含研率与双轮间隔放煤的数据相差不大，同样具有较好开采效果。考虑到实际作业工程中双轮间隔放煤的工艺复杂性，不利于提升工作面整体工作效率，因此，单轮间隔放煤是最佳的放煤方式，具有较好的开采效果，便于执行控制现场。表1不同放煤方式的数据统计放煤方式顶煤回收率含研率放煤方式顶煤回收率含研率单轮顺序80.3%单轮间隔90.6%3结语(1)厚煤层综放开采是我国主要的煤炭开采工艺方式，能提高煤矿的开采效率，但易造成一定的顶煤损失。放煤工艺的不同对顶煤的开采损失具有较大影响，需采用模拟仿真的形式分析不同开采方式造成的顶煤损失。(2)建立不同的放煤方式仿真模型，模拟放煤过程，分析得到的顶煤采出率及含研率。结果表明，单轮间隔放煤具有较好的开采效果，便于现场实际操作，是更适合厚煤层开采的放煤方式。1黄华，苗凯军，屠世浩，等特厚煤层分叉合并区放煤方式适用性分析与优选 J.采矿与岩层控制工程学报,2 0 2 3,5(3)：16-2 3.2杨艺,高阳,罗开成,等.基于YADE的综放工作面进刀放煤三维仿真 J.煤矿安全，2 0 2 2,5 31)：16 7-17 3.3张鹏鹏.山西晶鑫煤业32 17 综放工作面放煤工艺优化研究 J.煤炭与化工,2 0 2 1,4 4(5):6-8.4段志旭,不同放煤工序煤岩体破断机理试验研究 J.山东煤炭科技,2 0 2 0(9):19 6-2 0 0.5王雍昌.特厚煤层综放开采放煤工艺参数研究 J.同煤科技，2020(4):8-11.(责任编辑：黄霞）.1111.4%7.2%参考文献双轮顺序81.8%双轮间隔91.1%9.3%6.7%