长壁综放开采工艺参数优化分析

张晋东

(山西焦煤西山煤电(集团)有限责任公司东曲煤矿，山西 太原 030200)

引 言

我国经济的快速发展离不开煤炭能源提供的支撑，同时，经济发展的改革要求加快煤炭产业的结构改革。我国的煤炭储量丰富，煤层的埋藏条件多样，总体来说，厚煤层的存量占据了我国煤炭的大部分，在这之中，随着煤炭资源的开采，对于大倾角厚煤层的开采成为了改革的重点。长臂综放开采是进行大倾角厚煤层开采的主要方式，目前进行长臂综采的工艺大多根据相关煤矿的经验进行，无法依据矿井的实际条件进行科学的调整，使得长臂综放开采的工艺性不够完善，其经济效益也受到一定的影响[1]。针对这一问题，依据进行长臂综采的工艺参数，采用MATLAB仿真分析的方式，对其开采效果进行分析，从而可以有效的对参数进行调整，结合矿井的实际条件提高开采的工艺，从而提高矿井的开采效率。

1 采放比及放煤间距的理论分析

对大倾角的厚煤层进行长臂综采，可以降低开采的成本，提高开采的效率，并提高矿井开采的安全性，具有较强的适用性。采放比对于顶煤的放出具有重要的作用，采放比的大小决定了顶煤的活动空间，在具有充分的活动空间时，顶煤才能完全的破碎从而顺利的放出，长臂综采的采放比一般在2～3之间，煤层松软的情况下，可以采用较低的采放比，而在煤层较硬的情况下，选取较高的采放比[2]。对于采放比的确定，要依据煤层条件的不同进行合理的选择。

放煤间距是进行开采时液压之间放煤口之间的距离，由于顶煤放出后形成的脊背，主要取决于放煤间距，因此放煤间距对于顶煤的放出量也具有重要的影响。在进行长臂综采的过程中，在放煤的高度一定时，较小的放煤间距可以提高顶煤的放出量，但这种情况下，会增加矸石的混入，不利于煤炭质量的提高[3]。对于放煤间距的确定，要依据煤层条件的不同进行合理的选择。

采放比及放煤间距是影响开采效果的重要因素，采用MATLAB数值分析的方式对采放比及放煤间距进行优化，从而提高长臂综采的效率。

2 采放比及放煤间距的仿真优化

采放比及放煤间距对顶煤的影响作用，采用MATLAB对理想介质进行分析，设定放煤口的间距为1.5 m，采用一采一放的方式对不同放煤高度下的顶煤的放出量及顶煤放出率进行分析。顶煤的放出量及放出率曲线，如第128页图1、图2所示。

从图1、图2中可以看出，随着放煤高度即采放比的增加，顶煤的放出量也相应增加，而顶煤的放出率呈现抛物线的形式，顶煤放出率先迅速升高，在达到一定的最大值后降低。这是由于在放煤间距一定时，矸石在没有到达放煤口之前[4]，顶煤厚度的增加，对于脊背煤的损失较为固定，使得顶煤的放出量呈现上升的趋势，而随着顶煤高度的持续增加，放煤口后方的矸石能直接到达放煤口，使得顶煤的矸石率增加，顶煤的放出率降低，并且随着矸石的放出，对于放煤口要进行停职放煤，使得放煤口上方的顶煤不能充分放出，进一步降低了顶煤的放出率。

图1 顶煤放出量的变化曲线图

图2 顶煤放出率的变化曲线图

放煤间距的变化对顶煤的影响作用，同样采用理想介质进行分析，设定顶煤的高度为4 m～6 m，放煤的步距为1 m～3 m变化的过程中，顶煤的放出率及矸石率随放煤间距的变化，如图3、图4所示。

图3 顶煤放出率变化曲线图

图4 矸石混入率变化曲线图

对图3、图4进行分析可知，在放煤间距一定时，顶煤的放出率在放煤高度增加时，其变化呈现先减小后增加的趋势，而随着放煤间距的增加，顶煤的放出率均呈现出先增加后减小的趋势；在放煤间距变化的过程中，顶煤的矸石混入率呈现出先减小后增加的趋势，放煤高度一定时，获得的顶煤的放出量及矸石含量均呈现变化性的影响，结合不同的放煤高度具有最优化的放煤间距。

通过上述的分析可知，在进行长臂综采的过程中，采放比的增加会增加顶煤的放出量及顶煤的放出率，但过高的采放比会造成顶煤放出率的降低；放煤间距的增加对于顶煤的放出率及含矸率的影响较为复杂，呈现变化性的影响，在具体的开采时，要结合采放比进行确定最优的放煤间距。

长臂综采的效率，还受到其他因素的影响，包括放煤的步距及放煤方式的不同，都会对顶煤的放出产生影响[5]。合理的放煤步距可以使得放煤口上方的顶煤破碎率提高，并且降低后方矸石到达放煤口的含量，提高顶煤的质量。放煤方式的不同是在回采面上的放煤顺序不同，在进行长臂综采时，放煤方式主要影响放顶煤的高度及支架的类型，因根据现场煤层及相应的设备条件，确定相应的放煤方式[6]。

3 结语

长臂综放开采是进行大倾角厚煤层开采的主要方式，在进行长臂综采的过程中，采放比及放煤间距对于顶煤的放出量及顶煤的放出率具有重要的影响。针对采放比及放煤间距的不同，采用MATLAB对理想介质进行分析，设定不同的采放比及放煤间距，对顶煤的放出量及放出率进行分析。结果表明，放比的增加会增加顶煤的放出量及顶煤的放出率，但过高的采放比会造成顶煤放出率的降低；放煤间距的增加对于顶煤的放出率的影响较为复杂，呈现变化性的影响。对于得到的煤炭，除了提高相应的开采效率外，含矸率也是重要的质量评价因素，在不同的放煤高度下，不同的放煤间距含矸率也不同，存在着最优的放煤间距。

长臂综采的过程中，受到多种因素的共同作用，在进行厚煤层的开采时，应根据采放比及放煤间距对顶煤放出量及放出率的影响，结合实际的工况条件，确定最优化的开采工艺，提高煤炭开采的效率及质量。