大倾角松软煤层综放工作面工艺参数优化

很好的能源专业知识

2009年第5期

doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2009.05.032

能源技术与管理85

大倾角松软煤层综放工作面工艺参数优化

顾乐常1，马小涛2，高杰2

(1.连云港市煤炭工业公司白集煤矿，江苏徐州221137；2.中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州221008)

［摘

要］以某矿大倾角、松软煤层综放工作面为例，采用相似模拟和PFC数值模拟相结合的放煤步距及放煤方向等主要参数进行了优化分析，确定了综放面方法，对采放比、

合理的工艺参数，为类似条件下的大倾角煤层综放开采提供参考。

［关键词］大倾角；综放开采；放煤参数；相似模拟

+

［中图分类号］TD822.1［文献标识码］B［文章编号］1672蛳9943(2009)05蛳0085蛳02

1工程概况

某矿7302工作面埋深450m，地质条件复

2.2

数值模拟研究内容模拟内容：

（1）不同开采方式对顶煤回采率的影响模

杂，煤层裂隙发育、破碎，煤层倾角为20°~35°，平

均为28°。据掘进所见，工作面在回采过程中遇到一向斜构造和一条落差为1.5m，前方上升的正断层。工作面主采煤层赋存稳定，平均厚度为6.0m，工作面走向长330m，倾斜长210m，其顶底板岩性如表1所示。

表1

综放面主采煤层顶底板岩性状况

岩性特征

灰色，厚层状，石英、长石为主，

含黑色矿物及少量白云母，坚

f=7~15硬，

黑灰色，致密，性脆，含植物化

f=3~7石及煤屑，上部含砂质，黑灰色，致密，性脆，富含大量

植物根部化石，f=3~7灰色，石英、长石为主，含黑色矿物及白云母，具裂隙、厚层状，f=7~15

拟，推进方式分别进行仰采和俯采的数值模拟，为

了便于比较，放煤步距统一取0.6m。

（2）不同放煤步距对顶煤回采率的影响模拟。根据工作面实际，煤层厚度为6m，破碎矸石厚度取6m。计算采用的岩石力学参数如表2所示。

表2

岩石名称直接顶顶煤

容重/kg.m-3

27001300

数值计算参数表

法向刚度/N·m-1

6e103e10

切向刚度/N·m-1

6e103e10

顶底板名称岩石名称厚度/m

老顶

中粒砂岩

10.48

2.3计算结果分析

直接顶砂质泥岩3.8

直接底砂质泥岩2.84

2.3.1不同开采方式顶煤回采率研究

计算模型如图1所示。方案一模拟仰斜开采，即A→B→C；方案二模拟俯斜开采，即C→B→A。计算后的煤矸冒落状态分别如图2所示。

老底细砂岩5.91

2

2.1

PFC数值模拟研究

PFC2D3.0简介

PFC计算程序主要用于研究颗粒的运动规律和散体力学分析，是由美国明尼苏打大学和美国ItascaConsultingGroupInc.开发的离散单元法的计算软件。在研究顶煤冒放的问题中，通过现场实验来得到颗粒介质本构模型相当困难，另外，随着微机功能的逐步增强，用颗粒模型模拟整个问题成为可能，一些本构特性可以在模型中自动形成。因此，采用PFC数值模拟软件分析放顶煤的冒落状态是可行的。

图1不同开采方式顶煤放出模型

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86顾乐常，等大倾角松软煤层综放工作面工艺参数优化

图4所示。

2009年第5期

（a）A→B→C

图4不同放煤步距的顶煤放出率

3

3.1

（b）C→B→A

相似模拟研究

相似模拟实验方案

本实验研究的目的是为了研究综放工作面开

图2不同放煤方向的煤矸冒落状态

两种开采条件下，顶煤放出率分别为62%和74%，可见俯斜开采时顶煤放出率要明显高于仰

斜开采的情况。

2.3.2不同放煤步距顶煤回采率研究

按照在放煤口连续见矸即关门的原则放煤，放煤步距分别取0.6m、1.2m及1.8m进行模拟。三种放煤步距情况下顶煤和矸石的垮落、放出及煤损状况如图3所示。

采过程中，采放比、放煤步距、煤层倾角及放煤方向对采出率所造成的影响，进而更好地确定生产过程中的有关参数。实验方案分为以下两步：

第一步，分别取采放比为1∶0.8、1∶1和1∶1.2，放煤步距为0.6m（一刀一放）和1.2m（两刀一放）进行试验，比较各模型的采出率及含矸率，用以研究不同采放比和放煤步距对顶煤回采率的影响，实验方案如表3所示。

表3

模型编号

123456

相似模拟实验方案一

采放比1∶0.81∶0.81∶11∶11∶1.21∶1.2

放煤步距/m

0.61.20.61.20.61.2

（a）放煤步距0.6m

第二步，以工作面倾角25°、30°和35°，分别

自下向上放煤和自上向下放煤试验，比较各模型的采出率及含矸率，用以研究不同倾角和放煤方向对顶煤回采率的影响，实验方案如表4所示。

表4

相似模拟实验方案二

煤层倾角（/°）

252530303535

放煤方向向上向下向上向下向上向下

模型编号

789101112

（b）放煤步距1.2m

（c）放煤步距1.8m

3.2实验结果分析

图3不同放煤步距的煤矸冒落状态

通过大倾角不同放煤步距条件下顶煤放出情

况的研究，可以发现，在放煤步距为0.6m时顶煤放出率最高。不同放煤步距条件下顶煤采出率如

3.2.1采放比及放煤步距对顶煤回采率的影响

模型1至模型6试验结果如表5所示。

可见，随着采放比的提高，其采煤采出率下降，含矸率上升，在同一采放比（下转第110页）

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110能源技术与管理2009年第5期

区域产生的顶板应力集中，给调架工作带来更大困难。

（6）加强支架顶梁升降时的管理，支架顶梁应平整，严禁出现支架顶梁落差太大而产生咬架、爬架的现象。

（7）在支架底座箱下有沟堑时，要使用木墩进行衬垫处理，避免支架底座蹬空而造成的支架失稳。

（8）加强现场监督检查，把好支护质量关，做好现场工规范操作。技术上用好度尺定点测量，指导歪斜支架调整工作，使支架逐步恢复到正常工作状态。

（2）现场地质条件、现场工程质量差、工人技

术操作水平低、高温高湿环境多因素集中影响，降低了液压支架承载能力，恶化其支护状况，是造成综采工作面支架歪架、倒架的主要原因。（3）综采面咬架、歪架、倒架的预防措施，应重点放在提高工作面支护质量下功夫，提高初撑力和工作阻力，避免咬架、歪架、倒架事故的发生。同时对倒架事故的处理控制，应重点做好其支架支护状态的调整，做好现场工程质量和现场操作管理。

（4）对综采面支架的歪架、爬架、咬架事故，需要做到措施落实、组织精细和科学管理，有效控制避免事故的发生。

［作者简介］

4结语

（1）在大淋水、大倾角环境条件下，孟巴矿1109综采工作面采取的支架防倒控制处理措施，实践证明具有较强的针对性、可操作性、规范性和科学性。

李士锦（1966-），男，江苏灌云人，采矿工程师，1988年毕业于大同煤炭工业学校综合机械化采煤专业，现任徐州矿务集团有限公司孟巴项目部生产技术部经理。

［收稿日期：2009-09-25］

（上接第86页）时，随放煤步距由0.6m变为1.2m，

其采出率下降，含矸率也有所下降。

表5

放煤步距采放比采出率/%含矸率/%

4结论

采放比及放煤步距对放煤的影响

一刀一放（0.6m）

两刀一放（1.2m）（1）数值模拟和相似模拟的结果都说明，放煤

步距取一刀一放时，顶煤放出率要高于两刀一放。故大倾角工作面的放煤步距取0.6m比较合适。

（2）数值模拟的结果表明俯斜开采放顶煤时，顶煤放出率要高于仰斜开采的情况。所以，工作面布置时应尽量布置成俯斜工作面，尽量避免仰斜布置。

（3）相似模拟结果表明随着采放比的降低，其采出率就逐渐降低，且所放煤中的矸石含量却增加。因此，对于大倾角综放工作面，应尽量加大采煤的厚度，减小所放顶煤的厚度，以提高采出率，降低含矸率。

（4）由于倾斜煤层放煤方向直接影响到顶煤及上覆岩石的运行轨迹，因此，对顶煤采出率及含矸率影响较大。由相似模拟实验结果可以看出，上行放煤比下行放煤采出率高。

［作者简介］

模型1模型3模型5模型2模型4模型61∶0.883.38.62

1∶179.39.99

1∶1.275.911.8

1∶0.878.64.29

1∶178.52.91

1∶1.274.57.31

煤层倾角及放煤方向对顶煤回采率的影响为了便于比较，采放比按工作面实际比例，均取1∶0.8，放煤步距统一为两刀一放。考虑到模型边界影响，先单独计算各支架的采出率及含矸率，然后再计算出总采出率及含矸率。模型7至模型12试验结果如表6所示。可见，采用上行放煤方式比下行放煤方式采出率要高，但含矸率有所增加。

表6

煤层倾角（/°）253035

3.2.2

煤层倾角及放煤方向对放煤影响

上行放煤

下行放煤采出率/%78.980.180.4

含矸率/%3.593.292.97

采出率/%81.585.481.7

含矸率/%

5.44.195.24

顾乐常（1966-），男，江苏徐州人，工程师，现任连云港市煤炭工业公司白集煤矿副总工程师，从事采矿工程技术与管理方面的工作。

［收稿日期：2009-05-26］

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pnxq.html