摘要：为进一步提升综采工作面的生产能力和生产效率，以21051综采工作面为例在对其基本条件及地质条件综合分析的基础上，确定采用放顶煤采煤工艺对其进行开采；然后，基于PFC2D软件对走向长壁放顶煤和倾斜长壁放顶煤两种开采工艺参数对应的采出率和含矸率等指标进行对比，得出对应开采方式下的最佳放煤工艺参数，研究成果可指导该工作面的实际生产。
关键词：倾斜长壁放顶煤,走向长壁放顶煤,放煤步距,采高,含矸率,采出率
煤矿综采工作面生产能力主要受制于工作面配套设备的生产能力、工作面煤层及岩层的基本地质条件以及所采用的采煤工艺。对于大倾角厚煤层综采工作面而言，其与缓倾斜、倾斜厚煤层的条件不同，传统的水平分段综采放顶煤开采工艺的应用存在单产效率低、回采周期短以及搬家频繁的问题，从而导致综采工作面的回收率[1-2]。因此，针对大倾角厚煤层的综采工作面需要根据现场条件确定最佳的采煤工艺。本文将结合实践生产对21051工作面的综放开采工艺进行研究。
1工程概况
本文以21051综采工作面为例开展系列研究，该工作面的走向长度为540 m，其中，倾斜工作面的长度为80 m。工作面的煤层平均厚度为4.8 m，经探测其储量约296 525万t，可采煤层的储量约275 768万t。21051综采工作面的顶底板地质条件，如表1所示。
经过探测可知，21051综采工作面的正常涌水量为8 m3/h，最大涌水量可达30 m3/h。瓦斯条件为：工作面的瓦斯相对涌出量为2.65 m3/t，绝对涌出量为0.429 m3/min。综合来讲，21051综采工作面煤层的普氏硬度＜0.5，直接顶和直接底岩层的普氏硬度为2~4之间。
结合21051综采工作面的现场条件，可采用的采煤方案包括有放顶煤采煤工艺和炮采放顶煤开采工艺；同时，综合技术、安全以及经济等方面因素分析，21051综采工作面最佳适宜的采煤工艺为放顶煤采煤工艺。
2放煤工艺参数的确定
对于放顶煤采煤工艺而言，确定最佳的放煤工艺参数才能够保证工作面具有较高的采出率和较低的含矸率。因此，基于PFC2D软件分别对倾斜长壁开采和走向长壁开采在放煤过程中顶煤的流放规律进行分析，并对不同放煤工艺条件下的采出率和含矸率指标进行综合分析，最终得出最佳的放煤工艺参数。
2.1倾斜长壁放顶煤开采工艺研究
对21051综采工作面采用倾斜长壁放顶煤开采时的放煤工艺参数进行确定。倾斜长壁放顶煤开采包括有自下而上和自上而下两种开采方式。分别对倾斜长壁放顶煤开采工艺下放煤步距为0.6、1.2、1.8 m，放煤步距为1.8、2.0、2.2 m条件下，二者相互组合采煤工艺下顶煤的放落过程和顶煤回收率进行对比。根据21051综采工作面的煤层及岩层顶底板条件构建的数值模拟基本模型，如图1所示。
2.1.1自下而上开采工艺模拟结果分析
对不同采高和放煤步距所组成的开采工艺在21051综采工作面开采时对应的顶煤采出率和含矸率指标进行对比，对比结果如表2所示。
如表2所示，就采出率指标而言，当放煤步距为0.6 m，采高为2.0 m时对应的指标最好；就含矸率而言，当放煤步距为1.8 m，采高为1.8 m时对应的指标最好。
当放煤工艺参数中的采高一定时，随着放煤步距的增大对应采出率减小，而且其减小的幅度不断减小；对应的含矸率也减小，而且其减小幅度也呈现为减小的趋势[3]。因此，初步将放煤步距确定为1.2 m。当放煤步距为1.2 m时，综合分析采出率和含矸率指标，将采高确定为1.8 m。
综上所述，对于自下而上的综放开采工艺时，适用于21051综采工作面的最佳采高为1.8 m，放煤步距为1.2 m。
2.1.2自上而下开采工艺模拟结果分析
从表3的仿真数值可以明显看出采用，对于倾斜长壁开采工艺中的自上而下开采方式对应的顶煤采出率和含矸率指标均低于下而上的开采方式[4-5]。
综上所述，对于倾斜长壁综放开采工艺而言，适用于21051工作面的开采方式为自下而上的开采方式，且最佳采高为1.8 m，对应的放煤步距为1.2 m，对应的采出率为90.73%，含矸率为1.16%。
2.2走向长壁放煤工艺参数的确定
同样，对走向长壁放煤工艺参数中的采高和放煤步距两项关键参数进行确定。分别对走向长壁放顶煤开采工艺下放煤步距为0.6、1.2、1.8 m，放煤步距为1.8、2.0、2.2、2.4 m条件下，二者相互组合采煤工艺下顶煤的放落过程和顶煤回收率进行对比。基于图1中的初始模型，对不同采高和放煤步距所组成的开采工艺在21051综采工作面开采时对应的顶煤采出率和含矸率指标进行对比，对比结果如表4所示。
综合分析不同放煤步距与采高组合采煤工艺下的采出率和含矸率两项指标得出：当放煤步距为0.6 m时，对应最佳采高为2.0 m；当放煤步距为1.2 m时，对应的最佳采高为1.8 m；当放煤步距为1.8 m时，对应的最佳采高为2.4 m。
综合对比上述三种不同放煤步距和对应最佳采高开采工艺下的采出率和含矸率，最终确定放煤步距为0.6 m，采高为2.0 m的开采工艺为最佳适用于21051综采工作面走向长壁开采工艺，对应的采出率为92%，含矸率为2.10%。
3结论
本文以21051综采工作面为例，基于PFC2D数值模拟软件对其最佳综放开采工艺参数进行确定，总结如下：
1）相比于炮采放顶煤开采工艺而言，综合技术、安全以及经济等方面因素分析，21051综采工作面最佳适宜的采煤工艺为放顶煤采煤工艺。
2）对于倾斜长壁综放开采工艺而言，适用于21051工作面的开采方式为自下而上的开采方式，且最佳采高为1.8 m，对应的放煤步距为1.2 m，对应的采出率为90.73%，含矸率为1.16%。
3）对于走向长壁综放开采工艺而言，其最佳放煤步距为0.6 m，采高为2.0 m；对应的采出率为92%，含矸率为2.10%。
参考文献
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[3]李仕明，张玉治，李德全.综放工作面端头放煤工艺试验研究[J].煤炭工程，2005（9）：56-58.
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