王月旺

（晋能控股煤业集团北辛窑煤业有限公司，山西 忻州 034000）

1 概况

晋能控股煤业集团北辛窑煤矿3号煤层工作面上顺槽长560 m，下顺槽长520 m，倾向长80 m，煤层厚4.6 m。煤层结构稳定，基本顶为厚度8.0 m的中粒砂岩；直接顶为厚度4.5 m的细粒砂岩，岩层含泥质，胶结疏松，局部裂隙发育；伪顶厚度为0.4 m，炭质泥岩，层理、裂隙比较发育；直接底厚度1.6 m，砂质泥岩；基本底厚度10.0 m，中粒砂岩，顶部有泥岩，遇水会软化，含泥质。

3号煤层工作面的正常涌水量为6 m3/h，最大涌水量为25 m3/h，瓦斯相对涌出量为2.65 m3/h，绝对涌出量为0.5 m3/h。

2 模拟方案设计

根据采煤工作面的实际开采情况以及煤层的实际构成，采用PFC2D数值模拟软件[1]，建立初始仿真模型，如图1。初始过程[2]是指煤炭开始开采和顶煤开始放落的整个过程，在重力作用下，顶煤开始放落，在出现矸石后停止放煤，重新开始下一次的放煤。采用PFC2D对3号煤层工作面不同采高的初始化顶煤冒落形态等进行离散元仿真分析，初始化放顶煤冒落形态如图2。

图1 倾斜工作面初始仿真模型

图2 初始化放顶煤冒落图

从图2中可以看出，在进行自下而上放顶煤时，由于煤层上部的颗粒比较松散，矸石在松散的颗粒作用下，形成较为明显的放煤漏斗。采用自下而上放煤方式，煤矸分层比较明显，由于上部煤层和矸石在松散的颗粒作用下，重力施压给下部放煤层，导致出现部分矸石和放煤体掺杂的现象[3]。

3 工艺参数优化

放煤步距和采煤高度是影响工作面煤炭采出率的关键因素，根据仿真结果，结合工作面的煤炭资源回收率和含矸率，对不同采煤高度和放煤步距下工作面放顶煤工艺参数进行优化，得到放顶煤采出率对比表见表1，不同采煤高度和放煤步距下工作面放顶煤含矸率对比表见表2。……