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摘要：以某煤矿101综放工作面为例，通过对综放工作面的基本情况分析，认为其存在顶煤放落困难、放出率低的问题。针对上述出现的情况，通过现场实测、统计分析、数值模拟等一系列研究手段，从优化回采工艺参数入手，对101综放工作面的回采率和回采效果进行了探讨，研究结果与方法可对该矿提升工作面的回采率以及下一步矿井安全高效开采提供依据。
关键词：综放开采；回采工艺；参数实测；工艺优化
0引言
该煤矿属于“十一五”计划中的一座矿井，它是标准的“一井一面”、安全、高效综合机械化矿井，仅有一个回采面。该矿开采的煤层较厚，硬度较高，埋深较浅。本文所研究的侏罗系下统101工作面是侏罗系下统塔里奇克组下煤层的首个综放工作面，但由于新矿井刚刚起步，没有充分了解矿井的地质条件和开采规律，为其生产埋下安全隐患[1]。在这种背景下，开展煤矿回采率提升研究工作就显得十分重要。对此，本文对原有煤层回采工艺参数的实测分析、数据统计以及仿真模拟等工作步骤予以优化，从实践结果来看优化效果较好。
1综采工作面基本概况
文章所分析101综放工作面位于缓倾斜煤层，其平均倾角约为6°,厚度达9.0 m，地层构造简单，但硬度较高。尽管地质条件较为复杂，顶煤冒放性能却并不理想，为此进行了深入研究。通过采用向长壁式整体机械放顶煤一次采全高技术，每次采高3 m，顶煤层的厚度可控制在5.6～7 m，采放比是1∶2。工作面上采煤机的截割深度和移架周期循环间距为0.8 m，同时设定了控制顶煤的最大高度为6.0 m，最小空顶高度为5.2 m。该工作面埋藏深度达283.5 m，纵向长度为1 580 m，斜向长度为171 m，配备了110多个液压支架（型号为ZF9000/20/32）。底板的厚度在14.18~17.10 m之间变化，而顶板由粉砂和细砂组成，质地坚硬。直接顶部主要由粘土胶结粉砂岩构成，平均厚度约为7.50 m。通过这些技术和设备的运用，提高了工作面的采煤效率，同时保证了安全性和稳定性，对于实际生产具有重要意义。
2工作面回采率较低原因现场实际观测及具体分析
2.1工作面顶煤破断冒落结构观测分析及放煤情况统计
在该工作面中采煤机单次截割深度约0.8 m，同时2位专门放煤员进行管控，随后依据1刀1放次序做2轮放煤。需要注意放煤具体时间以及2轮放煤总时间并没有确切规定。通过对采场支护后煤层的冒落性的观测，可以看出，在采煤作业时坍塌煤矿由于堆叠、咬合等因素往往易于出现拱形结构。综放工作面在放顶时，成拱的情况越多，顶煤冒放的可能性就越小[2]。通过对现场实测，发现有些煤块的直径可以达到1.0 m，由于积聚在一起的煤块尺寸较大，从上方掉落时易造成支架后部煤体悬挂，上部煤体相互支撑，咬合拱无法进入后部带式输送机，这也就直接导致了顶煤冒放率降低。以101综放工作面60 d的日生产数据为基础，提出了顶煤冒放率和工作面回采率低于50%的结论。通过对采场的实测和分析，认为要想进一步提高顶煤冒放率，其关键是在回采时尽量避免拱形结构的出现。
就综合机械化的顶板煤炭开采来说，要增加回采率和冒放率，重点是要确保顶板煤层顺利破碎并均匀下落，从而提高采出效率，达到安全有效的放顶煤回采过程。该矿101综放工作面的回采工艺参数在特定的状态下，对防止拱形结构的产生，提高顶煤的正常冒落与回收具有重要作用，所以科学合理确定下回采工艺参数十分关键。文章基于煤层赋存已知背景下将基于放顶煤工艺参数视角针对其导致工作面顶煤冒放性出现展开分析。
2.2工作面回采工艺实测分析
在101工作面移架操作中，研究发现移架所需时间的80%分布在90～120 s里，这一现象揭示了整体移架效率的不足。此现状主要根源于操作人员的技术水平和现场管理的不完善。为了提高作业效率，需采取一系列措施，包括但不限于加强技术培训，以提升操作人员的技能水平，改善现场管理的质量。这些措施旨在优化操作流程，减少操作时间，并最终达到提高整体作业效率的目的。因此，针对现有问题，应当注重技术培训和现场管理水平的提升，以实现作业效率的持续改进。
全面统计与分析其采、放煤时间后结果为：采煤与放煤平均时长分别是240.2 s、40～345 s之间，占总体实测数据的78%。整体放煤期较长，其原因主要是放煤困难以及放煤工人数不足等因素，因此建议每次放煤的间隔不能超过160 s，2轮放煤的总时长不得超过320 s，并安排至少4名放煤工。
3工作面放顶煤工艺参数优化研究
3.1放顶煤放煤步距数值模拟研究
以该煤矿为例，要想优化回采工艺参数可以由放煤步距与方式着手。为此，借助于颗粒流法（PFC2D）分别针对推进与倾斜两个方向构建顶煤冒放离散元数值模拟模型，并对其在不同开采工艺条件下的采出率进行了分析。模拟了综放工作面的放顶煤技术，即在模型顶板上加载，模拟上覆岩体的自重，同时按实际开采明确出相关参数，这样可以使得数值模拟放煤和空间条件和实际放煤空间二者相匹配，并最终基于放煤周期开展循环放煤。
针对该煤矿的具体开采条件，依据刀数量不同提出以下放煤步距方案，详见表1。1刀1放，步距为0.8 m；2刀1放，步距为1.6 m；3刀1放，步距则是2.4 m。针对连续推进工作面顶煤冒放基于预设技术参数和程序开展仿真，随后研究并总结出不同放煤步距下顶煤释放规律，从而得出具体放出率。
循环放煤步距，简单而言即采空区里2个采煤段挖掘距离。开采作业中控制开采高度确定后，煤矿采出率高低在很大程度上取决于放煤步距。因而其合理性，应以放煤速率越大、煤层含矸量越小为基准，保证煤层上部煤块与后部采空区煤块一同下落至放煤口[3]。通过统计原顶煤量与放煤量这两项数据，随后计算出煤层上方约4 m顶煤区域粒径，共计8 021个，把顶煤量底板下全部颗粒都排出。
通过模拟研究结果表明：
1）全部开采方式都出现了顶板冒落成拱情况，并且和现场实际相同。但是放煤采取1刀1放所出现放煤成拱概率会比其他两种模拟方案小很多，这是由于该方式下顶部煤层会被矸石强烈冲击并且在采空区所积聚煤块不多。另外出现这种情况的另外一个原因在于顶板坍塌时间要迟于顶煤，在这种情况下前者滑落至采空区时采煤机与放煤支架均前移了。
2）当循环割煤条件相同情况下，采用2刀1放、3刀1放的放煤方法，很可能导致单架放煤时间不够，此时支架已经向前推进。综合以上分析，采取模拟方案1能够促使顶煤冒放性予以提升。
3.2放顶煤放煤方式数值模拟研究
在以上所述的循环放煤步距的基础上，对综放工作面的放煤方式进行了仿真模拟研究，并针对放煤步距选择对应的放煤方式进行优化选择。在同一循环进尺内，重点分析了支架的放煤方式与放煤轮次。恰当的放煤方式可以有效地降低坚硬顶板煤冒落形成拱形结构概率，这一方面增强顶板煤冒落轻松度，另一方面有助于提升冒放性。在选取放煤方式与轮次上，本文按照1轮、2轮顺序和间距4种方式开展数值模拟。
通过模拟发现，1轮顺序和间距上一方面放煤成效最低并且所剩煤量很多，另一方面和2轮顺序所出现煤矸石都可以落到后侧刮板输送机中。而在2轮间距中放煤成效最好，这是因为循环回采的实施能够让煤矸石置于煤层上方。通过计算以上不同放煤方式取得其相对应顶煤采出率，详细数据见表2。总得来说，在该工作面选择“1刀1放”的循环放煤步距和2轮间隔放煤法，取得了较好的回采效果，并严格控制了放煤和移架的时间。
4结语
本文通过现场实测分析和数值模拟，详细分析了某煤矿101首采综放工作面的回采效果，并提出了相应优化策略。经分析比较上述集中不同放煤步距与方式来看，结果显示综放工作面回采成效最优方案为1刀1放的循环放煤步距和2轮间隔的放煤方式。同时采取包括工艺参数调整以及最低4位专门放煤工管控方式让顶煤放出率上升约36%，并且工作面回采率也得到不小提升；使用机械、人员以及工艺一致情况下工作面产煤数量大幅上升，企业获利也相应显著提高。
参考文献
[1]曹卫军.特厚硬煤层优化采放工艺参数研究[J].能源技术与管理，2020（1）：70-72.
[2]刘琪，陈修键.特厚煤层放顶煤回采工艺回收率的探讨[J].矿业快报，2004（2）：29-32.
[3]贾有根.单轮分组间隔顺序放顶煤新工艺的研究与应用[J].煤炭技术，2022（5）：12-13.
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