后溜寬度與頂煤回收率的相關性研究

王志剛，楊雙鎖，孫 淼，武 劍

（太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024）

后溜寬度與頂煤回收率的相關性研究

王志剛，楊雙鎖，孫 淼，武 劍

（太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024）

根據頂煤的放出規律和放煤工藝，通過分析采放比、放煤步距等開采工藝參數，結合后溜結構參數和性能分析，研究后溜寬度與頂煤回收率的相關性。工作面的頂煤采出率與工作面的采放工藝與后部輸送寬度有密切的關系，通過工藝參數分析把放煤工藝與后溜寬度相接合地定量分析，再由其相關性分析選擇適當的后溜寬度，提高結構的合理性，進而提高頂煤的回收率，減少資源損失，提高經濟效益。

頂煤回收率；后溜寬度；相關性

1 問題的提出

放頂煤本身的特點和規律，加之綜放面對后部輸送機的特殊要求，決定了后溜寬度與不同的放頂煤工藝相結合有較大的難度，若結合不當會導致后溜寬度與放頂煤工藝不相適應，直接降低頂煤回收率。后溜輸送結構是綜采工作面配套設備的重要組成部分，是煤炭裝運的重要環節，它在很大程度上決定了采煤工作面的生產能力和效率。若后溜寬度選擇不當，直接影響工作效率和頂煤回收率。因此根據放頂煤工藝，尋求與之適應的后溜結構寬度，是較為有效的辦法。

2 放頂煤工藝與后溜寬度的相關分析

根據放頂煤工藝，確定采放比和放煤步距，結合后溜結構主要技術參數，要在不同的條件下，確定相適應的后溜寬度。放煤工藝和后溜寬度對頂煤采出率很有影響，后溜寬度對頂煤采出率的影響主要是其運輸能力和寬度。因此把放煤工藝與后溜寬度相接合，形成提高頂煤回收率的相適應的整體，以期提高工作效率，進而提高頂煤回收率。

2.1 放頂煤工藝與后溜運輸參數的分析

橢球體放煤理論研究中，放頂煤的第一個過程是頂煤松動、破壞、垮落。當底層煤采以后，頂煤在礦山壓力和自重作用下破壞、垮落,形成松散無規則的塊體堆，其頂煤垮落高度取決于頂煤放出前的煤體碎脹系數和底分層開采高度,例如算式[1]：

式中：h為放頂煤高度，m；h′為工作面采高，m；k為頂煤松散（碎脹）系數，一般取1.2～1.5。開采高度為:h′=h（k-1），即合理采放高度比為:h′/h=k-1。設煤層厚度為H，則合理的底分層開采厚度和頂煤放出厚度應分別為：h'=H（k-1）/k；h=H/k.

根據我國放煤工作面的實際統計,確定放煤步距時可用經驗公式：d=（0.15～0.21）h.式中：d為放煤步距；h為放煤高度。

刮板輸送機的輸送能力[2]算式為：

式中：Q為刮板輸送機輸送能力，t/h；q為輸送機每米長度上貨載質量，kg/m；v為刮板鏈運行速度，m/s；A為輸送機溜槽裝載斷面面積，m2；r為負載集散密度，t/m3；ψ為輸送機溜槽裝滿系數，一般取0.65～0.9。

2.2 頂煤回收工藝與后溜寬度的相關性研究

根據所述參數（見表1），由采放比和放煤步距的設定[3-7]，參照放頂煤支架間距，打開單個放煤口放煤量T為：式中：T為放煤量，kg；d為放煤步距，m；h為放頂煤高度，m；D為支架間距，一般D=1.2～1.6 m；γ為實體煤密度，γ=1350kg/m3。

放頂煤開采工藝中，不同采放比和不同的放煤步距相結合，可得到不同工藝下的單個放煤口的放煤量見圖1和表1。

表1 放頂煤工藝參數分析

圖1 不同放煤工藝與單個放煤口的放煤量的分析

單個放煤口放煤量T確定后，由人為控制放煤速度得到經驗放煤時間t，可知單位時間的放煤量T/t。根據刮板輸送機的運行速度v，分析輸送機每米長度上的載貨質量q為：q=T/（tv）.

由刮板輸送機的輸送能力：Q=3.6qv=3600Avrψ.

簡化得到放煤量T與q間的定量關系：

設計中部槽運煤斷面A為：

式中：b0為中部槽上槽口寬度；h0為中部槽上槽高度；K0為裝載系數,雙向截煤綜采面K0=0.8～0.9；h1為輸送機擋板凈高度；b1為中部槽上裝煤寬度；b2為擋板上采煤機牽引裝置寬度；h2為擋板上采煤機牽引裝置高度。

由式（2）可得后溜裝煤寬度Z和運煤斷面的定量關系：

式中：Z為后溜裝煤寬度；f（x）由裝置確定的常數。則由式（1）和式（3）得：

式中：Z為后溜裝煤寬度,m；T為單個放煤口放煤量kg；r為負載集散密度，t/m3；ψ為輸送機溜槽裝滿系數，一般取0.65～0.9；f（x）為裝置確定的常數；t為人為放煤時間，min。

單個放煤口放煤量T，由放頂煤開采工藝采放比和放煤步距確定，同后溜寬度形成定性關系，以確定其后溜中槽運煤寬度，使頂煤最大化落入回收，提高頂煤的回收率。

圖2 后溜寬度與單個放煤口放煤量T分析曲線

由式（4）中ψ為輸送機溜槽裝滿系數，一般取0.65～0.9；r為負載集散密度，一般取 0.85～1.0 t/m3；刮板輸送機的運行速度v一般為0.63～1.50 m/s；根據刮板輸送機的一般裝置，取f（x）為0.48，其它常數取平均時，可得到放頂煤工藝中不同采放步距和采放比的單個放煤口放煤量T和后溜寬度Z的定量關系，進而可以確定采放比和放煤步距與后溜寬度的分析關系。根據放頂煤工藝，結合后溜寬度適當調節，來提高頂煤的回收率。例如由圖1，當采放比為1∶1和放煤步距為兩采一放時，單個放煤口的放煤量T約為10 000 kg，再由圖2關系可得后溜寬度0.66 m。根據工作面空間實際情況進一步優化，最大化地提高頂煤的回收率。

圖3 后溜寬度與單個放煤口放煤時間分析曲線

由式（4）關系，當采放比為1∶1和放煤步距為兩采一放時，單個放煤口的放煤量T約為10 000 kg，可得圖3后溜寬度與單個放煤口放煤時間分析曲線。在不同的采放比和放煤步距條件下，合理控制放煤時間，結合刮板輸送機的輸送能力選擇適當的后溜寬度，提高頂煤的回收率。

為了同時滿足輸送機要求的最小斷面：

式中：ρ為溜槽上松散煤堆積密度，ρ=0.85～1.0t/m3；Q為輸送量。

可設計斷面面積系數k=A/AZ/Aminf（x）＞1.根據后溜寬度對運輸斷面進行優化，可提高運輸能力和頂煤回收率。

工作面的放煤工藝和設備配備都是影響綜放面頂煤采出率的關鍵因素。工作面的頂煤采出率與工作面的采放工藝和后部輸送寬度有密切的關系,因此確定合理的采放比、放煤步距，要結合具體的條件，合理地選擇后溜寬度。根據放頂煤工藝和后溜寬度相結合，即按Z=dhDγf（x）/1000tVrψ的定量分析，得出后溜寬度的最優化，最大化提高頂煤的回收率。

3 結論

把放頂煤工藝中的采放比、放煤步距和后部輸送機的參數相接合，對頂煤回收進行合理定量分析。Z=Tf（x）/1000tVrψ在不同的采放比和不同的放煤步距的情況下，即按Z=dhDγf（x）/1 000tVrψ，選擇適當的后溜寬度，可達到運輸能力同時不造成頂煤的損失，為頂煤回收確定合理的空間結構，可提高頂煤的回收率。

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Abstract:Based on the drawing law and caving coal craft of top-coal,the study analyzes some craft parameters(such as mining-caving ratio,interval,etc),backward structure parameters and performance to find out the correlation between backward width and recovery of top-coal.The top-coal recovery ratio has close relationship with the mining and caving craft and backward transporting width.By the quantitative analysis and correlation analysis of caving craft and backward width,the paper presents suitable backward width,improves the structure,increases the top-coal recovery ratio,decreases the waste of resources and then raises the economic benefits.

Keywords:recovery of top-coal;backward width;correlation

編輯：徐樹文

Correlation Analysis of Backward Width and Recovery of Top-Coal

WANG Zhi-gang,YANG Shuan-suo,SUN Miao,WU Jian
(College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024,China)

TD823.4；TD528

A

1672-5050（2010）05-0037-03

2010-03-15

王志剛（1986—），男，山東濟寧人，在讀碩士研究生，從事采礦工程研究工作。