厚煤层综放工作面放煤方式技术实践＊

张 涛 刘剑友

（山东科技大学资源与环境工程学院，山东省青岛市，266590）

厚煤层综放工作面放煤方式技术实践＊

张 涛 刘剑友

（山东科技大学资源与环境工程学院，山东省青岛市，266590）

影响综放工作面回采率的因素除放煤步距以外，放煤方式也起着极为重要的作用。为确定工作面合理的放煤方式，提高顶煤回收率，针对北徐楼煤矿的实际地质条件对不同放煤方式进行了理论分析和PFC2D软件模拟研究，掌握了顶煤运动规律及不同放煤方式的优缺点，并确定该煤矿采用单轮顺序的放煤方式。通过在该矿进行工业试验，验证其是否满足矿井生产设计需要。

综放工作面 放煤方式 数值模拟 工业试验

综放开采过程中不可避免地会导致顶煤的损失，放顶煤采煤法放煤方式与放煤顺序对综采放顶煤工作面的顶煤回收率和含矸率有着重要影响。以北徐楼煤矿的实际地质条件为基础，以PFC2D计算程序为研究手段，在工作面采高为2.5m的条件下，分析确定合理的放煤方式。

1 工作面地质条件

3下01综采放顶煤工作面平均长约87m，走向长约788m，开采平均深度804.9m。回采煤层为二叠系下统山西组3下煤，煤层厚度6.4～8.6m，平均厚7.0m，煤层倾角11～20°。伪顶泥岩厚度2.6～3.2m，平均厚2.9m。直接顶细粒砂岩，平均厚度19.06m；其次为泥岩，平均厚度2.55m。直接底泥岩平均厚2.67m；其次为细粒砂岩，平均厚度4.46m。3下01工作面所在区域内的主要地质构造为一向斜，并有一条断层。

2 PFC2D数值模拟

2.1 模拟方案

综放过程中，在超前支承应力和支架支撑力等共同作用下，从支架上方至前方顶煤始动点，顶煤和上方直接顶被破碎成松散块体，打开放煤口后破碎顶煤和直接顶流向放煤口，符合散体流动特征。顶煤和直接顶松散体各自的大小虽然并不一致，为简化计算过程，将其看作均匀分布的颗粒介质。

在2.5m采高条件下，模拟方案中以连续的8个支架为一个单元，模型共设定两个单元，分别模拟3种放煤方式，依据放煤效果对3种不同的放煤方式进行分析比较。

（1）单轮间隔放煤：先打开1＃、3＃、5＃、7＃单号支架放煤，见矸后关闭放煤口，再打开双号支架放煤，将双号支架上的脊背煤放出。

（2）单轮顺序放煤：依照1＃、2＃、3＃……的顺序，依次将两个单元中的顶煤放出，见矸后关闭放煤口。

（3）双轮顺序放煤：先按1＃、2＃、3＃……的顺序，放出支架上方1／2的煤量，滞后一段距离后再依次将顶煤放完，见矸后关闭放煤口。根据现场地质条件，建立放煤模型。

2.2 放煤效果分析

对3种放煤方式进行模拟，分析其放煤效果。

（1）单轮间隔放煤过程见图1。在单轮间隔多口放煤过程中，放煤支架上方形成规则的落煤空间，符合椭球体放矿理论。顶煤放落空间形成的椭球空间，具有一定的自稳性，阻碍了顶煤的自由下落。在放煤过程中应反复摆动尾梁，破坏椭球空间的稳定性，减小顶煤块度，加快顶煤的冒落和放出。由于放煤支架两架宽度大于相邻椭球体轴心之间的长度，因而在双号支架上方形成未能放出的脊背煤。放单号架时，相邻双号架上方部分顶煤随上部矸石向两侧已放单号支架上方滑落。放煤过程中，煤矸分界线下落不规则，易造成混矸，在放出双号架上方的脊背煤时，易提前见矸关闭放煤窗口，造成顶煤的损失，降低了回收率。放出一部分矸石虽可相应提高顶煤的回收率，但又会增加混矸率。

（2）单轮顺序放煤过程见图2。单轮顺序放煤过程中，放煤支架上方也形成了椭球空间，放煤过程中应及时摆动尾梁，破坏椭球空间的稳定，加速顶煤的放出。采用单轮顺序方式放煤后，相邻未放支架上方顶煤因两侧受力不一致，使顶煤进一步松散而加速流向放煤口。与单轮间隔放煤方式相比，单轮顺序放煤时，未放支架上方的煤只向已放一侧支架上方滑落，煤矸分界面下降曲线也比单轮间隔放煤平缓，避免了提前见矸关窗，提高了回收率并可相应降低混矸率。

图1 单轮间隔放煤过程示意图

（3）双轮顺序放煤过程见图3。从矿压破碎顶煤的角度来讲，采用双轮顺序放煤方式时，先放出一部分顶煤，为上方未放顶煤的运动提供了空间，能够对上部未放顶煤进行进一步破碎，减小顶煤块度，增加顶煤的流动性，使顶煤更易于放出。放煤时，放煤窗口上方顶煤受到不均衡力的作用，没有出现椭球体空间或不易出现椭球空间，配合放煤时摆动支架尾梁，顶煤能够顺利地放出。

图2 单轮顺序放煤过程示意图

与单轮放煤相比较，采用双轮顺序放煤方式时，分两次将顶煤放出，二次放煤时，未放支架向相邻已放支架滑落的顶煤相对较少，减少了顶煤的损失。此外，放煤时煤矸分界线下降均衡，煤矸不易混杂，防止了因见矸而提前关闭放煤口，能够有效提高回收率并降低灰分。

图3 双轮顺序放煤过程示意图

2.3 结果分析

对比单轮间隔、单轮顺序及双轮顺序3种放煤方式的放煤效果，统计出各放煤方式的顶煤放出率及单口放煤时间，见表1。

表1 不同放煤方式顶煤放出率与单口放煤时间统计表

从表1可以看出，单轮间隔放煤的顶煤回收率最低，为85.26%；双轮顺序放煤的顶煤回收率最高，为93.52%；单轮顺序的顶煤回收率比双轮顺序稍低，为89.17%。按放煤效果考虑，双轮顺序放煤最优，其次是单轮顺序放煤和单轮间隔放煤。

从现场工作组织来看，单轮间隔及双轮顺序放煤方式需往返操作，且双轮放煤时工序繁杂，耗费工时长，不利于工作面的高效连续生产，而单轮顺序的回收率虽稍低，但单轮顺序放煤简化了放煤工序，提高了工作效率。

分析3种放煤方式的单口放煤时间，单轮顺序放煤方式所用时间最少，单轮间隔次之，双轮顺序放煤所用时间最多，比较可知单轮顺序节省时间的效果明显优于其它两种放煤方式，有利于工作面的快速推进和产量的提高。

选择放煤方式时，不仅应考虑顶煤回收率以及单口放煤时间，还应充分考虑现场施工组织，尽量降低工序的复杂性以确保工作面的连续生产。综合对比3种放煤方式的顶煤放出率、单口放煤时间以及现场施工组织，确定选用回收率较高且放煤时间短的单轮顺序放煤方式。

3 工业性试验

试验工作面从2010年9月正式进入现场工业性试验阶段，工业性试验期间截止到2011年5月，在试验工作面采用单轮顺序放煤方式，通过工区技术员测量工作面推进度、副井电子称称重原煤产量及洗选厂统计矸石量等手段，统计8个月的工作面的推进情况和工作面的产量。统计数据如表2。

表2 工作面主要技术经济指标

工作面从2010年9月到2011年5月总共推进578m，原煤产量总共41.9万t，平均月产量为5.2万t，平均日产煤为1748t，平均回收率为88.29%。

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Practice of caving manner in fully mechanized top－coal caving face in thick coal seam

Zhang Tao1，Liu Jianyou1
（College of Resources and Environmental Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao，Shandong 266590，China）

Among the factors affecting the recovery value in fully mechanized top－coal caving face，the caving manner is of utmost importance as well as caving interval.In order to determine the reasonable caving manner and increase recovery value of top coal，this paper adopts theoretical analysis and PFC2Dsimulation software to analyze the different caving manners according to the actual geological conditions in Beixulou Coal Mine，to have mastered the motion law of the top coal and the advantages and disadvantages of the different caving manners and have determined the caving manner in one－round order in Beixulou Coal Mine.Then some industrial tests are carried out to verify whether it can meet the needs of production design of that coal mine.

fully mechanized top－caving face，manner of caving，numerical simulation，industrial test

TD823.971

A

山东科技大学研究生创新基金资助项目（编号：YCA110307）

张涛（1988－），男，山东潍坊人，山东科技大学研究生，主要从事采矿方面研究。

（责任编辑 张毅玲）