摘 要：为解决大倾角厚煤层开采时由于采煤工艺参数不合理所导致的单产率低、回采周期长以及搬家频繁的问题， 以 21051 综采工作面为例在对其煤层、地质条件等进行综合分析的基础上，基于 PF2CD 软件构建了数值模拟仿真 模型对不同开采工艺下的工作参数进行分析，为 21051 综采工作面的实际开采奠定了扎实的基础。

　　关键词：大倾角;厚煤层;倾斜长壁放顶煤开采;走向长壁放顶煤开采;含矸率;采出率

　　0 引言

　　根据倾角的不同可分为倾斜、急倾斜和大倾斜煤 层，不同倾角煤层所适用的最佳采煤工艺存在较大的 差异。针对传统综采工艺所面临的生产效率低、周 期长以及操作复杂的问题;此外，还存在煤炭回收效 率低的核心关键问题。鉴于上述实际生产中存在的问 题，本文对大倾角采煤工作面的采煤工艺参数进行优 化，最终达到高效开采的目的。

　　1 工程概况

　　本文结合实践生产，对长度为 540 m 的工作面进 行研究，该工作面中包含的倾斜工作面长度约为 80 m。 在前期的勘探中发现 ，该工作面煤层的厚度在 4.8 m 左右，根据相关标准可知其属于大倾角工作面。

　　为确保实践生产的安全性，需要对煤矿工作面的 综合情况进行探测和评估 。在水文条件方面，该工作 面的涌水量可达 45 m3/h ，对应的正常涌水量即平均 值为 15 m3/h;在瓦斯条件方面，分为相对涌出量和绝 对涌出量，分别为 2.65 m3/t 和 0.429 m3/min。根据工作 面煤层的顶底板情况，煤层的硬度小于 0.5.直接顶的 硬度系数介于 2 和 4 之间，直接低的硬度系数同样介 于 2 和 4 之间。

　　综合对该工作面的情况进行分析，拟从经验和理 论的角度分析其适宜采用放顶煤的开采工艺。

　　2 采煤工艺的优化模拟研究

　　结合工作面及煤层的地质条件，本文重点对放顶 煤开采工艺中的倾斜长壁和走向长壁两种开采工艺 进行分析，重点通过对比煤炭采出率和采出煤炭的含 矸率等指标，得出上述两种开采工艺的最佳选择。 基于 PFC2D 软件构建的仿真模型，如图 1 所示。

　　基于图 1 的初始模型对放煤步距、采放比和开采 方式对顶煤回收率和含矸率两项关键指标进行仿真 对比。其中，放煤步距包括有 0.6、1.2、1.8 m;采高包括 有 1.8、2.0、2.2 m;开采方式包括有沿倾斜上向和沿倾 斜下向两种。

　　2.1 沿倾斜上向开采方式采煤参数的确定

　　沿倾斜上向开采方式下不同采高和放煤步距对 应的采出率和含矸率结果对比，如表 1 所示。

　　分析表 2 中的仿真数据得出如下结论：

　　1)对于放煤步距为 0.6 m 的情况，当所选用的采 高为 2.0 m 时工作面的采出率为最大值，而且所采出 煤炭的含矸率处于中等水平 ;对于放煤步距为 1.2 m 的情况，当所选的采高为 1.8 m 时，对应煤炭的开采 率和开采煤炭的含矸率指标均为最佳。对于放煤步距 为 1.8 m 的情况，不同采高的含矸率指标相近，而采 高为 2.0 m 时的采出率指标最好 。因此，初步确定沿 倾斜向上开采方式的最佳采高为 2.0 m。

　　2)如表 2 中仿真所得的数据可知，对于 2.0 m 的 采高，煤炭的采出率和采出煤炭的含矸率随着放煤步 距的增加表现为下降的趋势 。综合考虑经济效益，确 定最佳放煤步距为 0.6 m。

　　2.2 沿倾斜向下开采方式采煤参数的确定

　　沿倾斜下向开采方式下不同采高和放煤步距对 应的采出率和含矸率结果对比，如表 2 所示。

　　分析表 3 中的仿真数据得出如下结论：

　　1)对于放煤步距在 0.6 m 的情况，采出率在采煤 高度为 1.8 m 时对应的指标为最佳，在其余三种采高 工况下所采出煤炭的含矸率指标相近 。因此，在同等 分析的基础上，确定适用于该工作面的最佳采煤高度 为 1.8 m。

　　2)当采高为 1.8 m 时，放煤步距为 0.6 m 时对应 的采出率较 1.2 m 和 1.8 m 时大接近 10% ;虽然放煤 步距为 0.6 m 时的含矸率较高 。但是，综合考虑经济 性，确定最佳放煤步距为 0.6 m。

　　综上所述，对于倾斜长壁开采工艺而言，当沿倾 斜向上开采时最佳放煤工艺参数为：采高为 2.0 m，放 煤步距为 0.6 m; 当沿倾斜向下开采时最佳放煤工艺 参数为：采高为 1.8 m，放煤步距为 0.6 m。两种开采方 式对应的采出率和含矸率指标对比，如表 3 所示。

　　对比表 3 中的仿真数据可知，采用沿倾斜向上开 采工艺对应的煤炭采出率和所采出煤炭的含矸率指 标均相对沿倾斜向下开采工艺优秀 。因此，最终确定 倾斜长壁开采工艺的最佳开采方式为沿倾斜向上开采，具体参数为：采高设定为 2.0 m，放煤步距设定为 0.6 m，开采方式为一刀一放。

　　同理，对走向长壁放顶煤开采条件下的采高和放 煤步距组合对应的含矸率和采出率指标进行对比得 出：适用于走向长壁放顶煤开采的最佳采高为 2.0 m， 放煤步距为 0.6 m ， 即采用一刀一放的放煤工艺最为 合理;对应此工艺参数下的采出率为 92%，含矸率为 3.10%。

　　3 结语

　　在煤炭的实际开采过程中，由于每个工作面的煤 层、地质条件等存在较大的差异，为了保证工作面的 开采效率、煤炭质量等综合性指标需要根据工作面的 实际情况确定与之相匹配的开采工艺参数。本文基于 PF2CD 软件对大倾角煤层开采的放煤工艺参数进行 优化，得出如下结论：

　　1)对于大倾角厚煤层的工作面可采用走向长壁 放顶煤开采和倾斜长壁放顶煤开采两种方式。

　　2)通过仿真分析可知，对于走向长壁放顶煤开采 而言，最佳开采方式为沿倾斜向上开采，采高为 2.0 m， 放煤步距为 0.6 m，对应采出率为 94.46%，含矸率为 3.05% ;对于倾斜长壁放顶煤开采而言 ，最佳采高为 2.0 m，放煤步距为 0.6 m，对应采出率为 92%，含矸率 为 3.10%。

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