長壁綜放開采工藝參數優化分析

張晉東

(山西焦煤西山煤電(集團)有限責任公司東曲煤礦，山西 太原 030200)

引 言

我國經濟的快速發展離不開煤炭能源提供的支撐，同時，經濟發展的改革要求加快煤炭產業的結構改革。我國的煤炭儲量豐富，煤層的埋藏條件多樣，總體來說，厚煤層的存量占據了我國煤炭的大部分，在這之中，隨著煤炭資源的開采，對于大傾角厚煤層的開采成為了改革的重點。長臂綜放開采是進行大傾角厚煤層開采的主要方式，目前進行長臂綜采的工藝大多根據相關煤礦的經驗進行，無法依據礦井的實際條件進行科學的調整，使得長臂綜放開采的工藝性不夠完善，其經濟效益也受到一定的影響[1]。針對這一問題，依據進行長臂綜采的工藝參數，采用MATLAB仿真分析的方式，對其開采效果進行分析，從而可以有效的對參數進行調整，結合礦井的實際條件提高開采的工藝，從而提高礦井的開采效率。

1 采放比及放煤間距的理論分析

對大傾角的厚煤層進行長臂綜采，可以降低開采的成本，提高開采的效率，并提高礦井開采的安全性，具有較強的適用性。采放比對于頂煤的放出具有重要的作用，采放比的大小決定了頂煤的活動空間，在具有充分的活動空間時，頂煤才能完全的破碎從而順利的放出，長臂綜采的采放比一般在2～3之間，煤層松軟的情況下，可以采用較低的采放比，而在煤層較硬的情況下，選取較高的采放比[2]。對于采放比的確定，要依據煤層條件的不同進行合理的選擇。

放煤間距是進行開采時液壓之間放煤口之間的距離，由于頂煤放出后形成的脊背，主要取決于放煤間距，因此放煤間距對于頂煤的放出量也具有重要的影響。在進行長臂綜采的過程中，在放煤的高度一定時，較小的放煤間距可以提高頂煤的放出量，但這種情況下，會增加矸石的混入，不利于煤炭質量的提高[3]。對于放煤間距的確定，要依據煤層條件的不同進行合理的選擇。

采放比及放煤間距是影響開采效果的重要因素，采用MATLAB數值分析的方式對采放比及放煤間距進行優化，從而提高長臂綜采的效率。

2 采放比及放煤間距的仿真優化

采放比及放煤間距對頂煤的影響作用，采用MATLAB對理想介質進行分析，設定放煤口的間距為1.5 m，采用一采一放的方式對不同放煤高度下的頂煤的放出量及頂煤放出率進行分析。頂煤的放出量及放出率曲線，如第128頁圖1、圖2所示。

從圖1、圖2中可以看出，隨著放煤高度即采放比的增加，頂煤的放出量也相應增加，而頂煤的放出率呈現拋物線的形式，頂煤放出率先迅速升高，在達到一定的最大值后降低。這是由于在放煤間距一定時，矸石在沒有到達放煤口之前[4]，頂煤厚度的增加，對于脊背煤的損失較為固定，使得頂煤的放出量呈現上升的趨勢，而隨著頂煤高度的持續增加，放煤口后方的矸石能直接到達放煤口，使得頂煤的矸石率增加，頂煤的放出率降低，并且隨著矸石的放出，對于放煤口要進行停職放煤，使得放煤口上方的頂煤不能充分放出，進一步降低了頂煤的放出率。

圖1 頂煤放出量的變化曲線圖

圖2 頂煤放出率的變化曲線圖

放煤間距的變化對頂煤的影響作用，同樣采用理想介質進行分析，設定頂煤的高度為4 m～6 m，放煤的步距為1 m～3 m變化的過程中，頂煤的放出率及矸石率隨放煤間距的變化，如圖3、圖4所示。

圖3 頂煤放出率變化曲線圖

圖4 矸石混入率變化曲線圖

對圖3、圖4進行分析可知，在放煤間距一定時，頂煤的放出率在放煤高度增加時，其變化呈現先減小后增加的趨勢，而隨著放煤間距的增加，頂煤的放出率均呈現出先增加后減小的趨勢；在放煤間距變化的過程中，頂煤的矸石混入率呈現出先減小后增加的趨勢，放煤高度一定時，獲得的頂煤的放出量及矸石含量均呈現變化性的影響，結合不同的放煤高度具有最優化的放煤間距。

通過上述的分析可知，在進行長臂綜采的過程中，采放比的增加會增加頂煤的放出量及頂煤的放出率，但過高的采放比會造成頂煤放出率的降低；放煤間距的增加對于頂煤的放出率及含矸率的影響較為復雜，呈現變化性的影響，在具體的開采時，要結合采放比進行確定最優的放煤間距。

長臂綜采的效率，還受到其他因素的影響，包括放煤的步距及放煤方式的不同，都會對頂煤的放出產生影響[5]。合理的放煤步距可以使得放煤口上方的頂煤破碎率提高，并且降低后方矸石到達放煤口的含量，提高頂煤的質量。放煤方式的不同是在回采面上的放煤順序不同，在進行長臂綜采時，放煤方式主要影響放頂煤的高度及支架的類型，因根據現場煤層及相應的設備條件，確定相應的放煤方式[6]。

3 結語

長臂綜放開采是進行大傾角厚煤層開采的主要方式，在進行長臂綜采的過程中，采放比及放煤間距對于頂煤的放出量及頂煤的放出率具有重要的影響。針對采放比及放煤間距的不同，采用MATLAB對理想介質進行分析，設定不同的采放比及放煤間距，對頂煤的放出量及放出率進行分析。結果表明，放比的增加會增加頂煤的放出量及頂煤的放出率，但過高的采放比會造成頂煤放出率的降低；放煤間距的增加對于頂煤的放出率的影響較為復雜，呈現變化性的影響。對于得到的煤炭，除了提高相應的開采效率外，含矸率也是重要的質量評價因素，在不同的放煤高度下，不同的放煤間距含矸率也不同，存在著最優的放煤間距。

長臂綜采的過程中，受到多種因素的共同作用，在進行厚煤層的開采時，應根據采放比及放煤間距對頂煤放出量及放出率的影響，結合實際的工況條件，確定最優化的開采工藝，提高煤炭開采的效率及質量。