薄煤層工作面高效開采效果計算機模擬

張 飛 武 磊 王 強

(遼寧工程技術大學，遼寧 阜新 123000)

1 國外薄煤層開采技術現狀

在前蘇聯，薄煤層的煤層采煤法主要是走向長壁后退式。在前蘇聯機械化程度已超過82%，薄煤層主要是淺截式采煤機，液壓支架已成系列。1937年德國工程師Peter Behrens已經建立了有關薄煤層開采的高效開采，在奧德爾煤田共產黨員礦井中進行了薄煤層水力采煤試驗。試驗薄煤層傾角應該小于為64～66°，厚度也應該小于為 0.6～0.7m。試驗結果為，水槍的能力為20～24t/h，為了進一步擴大水力落煤的效率，對開采煤層實施了震動放炮，水槍的生產率增加到31t/h。

在薄煤層采煤機的發展方面，20世紀80年代后期，西德的薄煤層采煤機主要有EDW230-2LN和EDW300-LN兩種。英國薄煤層采煤機主要有Andson AB16、AS-Euskara和B61。Andson AB16型爬底板采煤機，適用于厚度為0.9～1.2m的煤層，總功率達到150kW。AS-Euskara采煤機是在Andson AB16采煤機的基礎上改進的，這種采煤機對工作面的風流阻力小并且有效風量大。B61采煤機是建立在B57的基礎上的，過橋使用懸臂式不與運輸機連接，采煤機擁有較大的操作空間。

2 國內薄煤層開采技術現狀

我國薄煤層分布地域廣泛、資源豐富，國內薄煤層的可采儲量約為60多億噸，約占全國煤炭總儲量的19%，而產量只占總產量的10.4%，遠遠低于儲量所占比例，并且產量的比重還有進一步下降的趨勢。煤炭資源合理利用是我國能源安全及經濟社會可持續發展的戰略選擇，研究薄煤層的開采技術，提高煤炭資源利用率，提高礦井的回采率和延長礦井的服務年限，對我國煤炭資源的可持續發展具有重要意義。

3 薄煤層開采存在的問題

(1)受開采空間的限制，設備安裝、維護操作及行人困難。

(2)綜采配套設備對薄煤層厚度變化和地質條件變化的適應性差。

(3)相對于厚煤層，薄煤層工作面開采效率低、產量低。

(4)薄煤層工作面回采儲量小，推進速度快，由于設備功率和開采空間的限制，通常工作面長度設計較小，掘進率相對較高，使得采掘接替變得緊張。

(5)薄煤層工作面工作環境惡劣，工人勞動強度大。

(6)薄煤層具有兩硬特點，加大了薄煤層開采的難度。

4 工作面生產系統計算機模擬軟件開發目的

薄煤層工作面開采效率受諸多因素的影響，有些對于中厚或厚煤層開采影響較小或沒有影響的因素，對于薄煤層開采卻有很大影響，如煤層硬度、煤層厚度局部的起伏變化、小斷層等，分析各影響因素對開采效率的影響工作較復雜。計算機模擬技術可以研究復雜的對象，為了詳細分析各影響因素對薄煤層工作面開采效率的影響，將影響薄煤層工作面開采效率的因素及影響程度分析清楚，應用計算機較強的仿真性，重復再現工作面的生產過程，達到研究目的。

影響薄煤層工作面開采效率的因素有地質條件、開采設備、工序安排、工藝操作、輔助生產設備、液壓泵站系統、供水供電系統等，各種因素對工作面的影響表現為工作面的停機，所以，工作面停開機是一個隨機過程，統計工作面停開機時間的數據是隨機數，可以應用概率與數理統計的知識，分析工作面的停開機時間數據(隨機數)的分布規律，則計算機可以根據工作面停開機時間數據的分布規律，采用隨機數發生器產生工作面生產過程的模擬數據，再現工作面的生產系統，輔助分析影響薄煤層工作面開采效率的因素，為優化工作面生產系統提供依據。

5 工作面生產系統計算機模擬軟件介紹

使用Visual Basic語言編寫，開發了“工作面生產系統計算機模擬軟件”，Visual Basic作為一套獨立的Windows系統開發工具，可用于開發Windows環境下的各類應用程序，是一種可視化的、面向對象的、采用事件驅動方式的結構化高級程序設計語言，并使用Windows應用程序接口(API)函數，采用動態鏈接庫(DLL)、動態數據交換(DDE)、對象的鏈接與嵌入(OLE)以及開放式數據庫訪問(ODBC)等技術，可以高效、快速地編制出Windows環境下功能強大、圖形界面豐富的應用軟件系統。

系統利用現場調研生產班的停開機時間以及采煤機速度作為模擬的基礎數據，輸入工作面基礎參數后，系統根據用戶選擇的生產條件及模擬時長自動生成每個工作面生產班的生產情況與開機率，待將用戶要求模擬的班次全部模擬完成后，系統自動輸出全部班次的最后結果表，包括總進刀數、工作面推進度、開機率、總產量，從而直觀定量的反映出地質因素、生產設備因素、輔助生產設備因素、工序操作因素、工序安排因素等對工作面生產的影響程度。

6 不同生產條件下開采效果模擬

工作面受各種因素影響，導致工作面產量和開機率較低，其主要影響因素為地質因素、生產設備因素及輔助設備因素。應用“工作面生產系統計算機模擬軟件”分析其開采效果，分析不同生產條件下工作面的產量。

開機率是采煤機運轉時間占工作面每日可利用生產時間的百分比，它是綜采工作面地質條件、管理水平、設備運行、工藝配合以及各生產系統可靠性的綜合反映。據有關資料顯示，我國中厚煤層綜采工作面采煤機的最大開機率可達75%～95%(神東礦區)，開采條件和管理水平較好的礦井開機率為31%～51%，薄煤層工作面采煤機的平均開機率更低一些，約在26% ～34%左右。所以，分別以開機率84%、47%、31%三種分析工作面的開采效果。

7 實際生產條件下開采效果模擬

應用“工作面生產系統計算機模擬軟件”，結合工作面的跟班調研數據，對工作面進行模擬研究。工作面開采煤層為3-2#煤層，煤層厚度平均為1.32m，傾角12°，直接頂為細砂巖及粉砂巖互層，厚度 4.12m，工作面長 102.4m，走向長度724m。工作面工作制度為七三制，四班采煤。采煤機采用斜切式進刀方式，雙向割煤，截割深度0.73m。

輸入系統所需參數后，對地質因素、生產設備因素和輔助設備因素在一個月內對工作面開機率和產量的影響程度分別進行模擬。利用現場跟班調研的工作面機組停機時間、開機時間的期望和機組運行速度的期望和方差為基礎參數，對工作面實際開采效果進行模擬。