回采工作面放頂煤工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉宇鵬

（河南永錦能源有限公司云蓋山煤礦二礦,河南 許昌 461000）

頂層石窟開采是一種綜合機(jī)械化的長(zhǎng)壁開采技術(shù)，這種新的采礦技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)利益有很大的好處。然而，頂層煤層空化的新技術(shù)涉及大范圍的工作表面周圍巖石的損傷，低回收率和氣體排放量的增加。由于過(guò)去缺乏這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)研究，所以在中國(guó)這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展受到限制。在本文中，通過(guò)結(jié)合實(shí)際情況，將采礦和空化比，空化步驟距離，使用實(shí)驗(yàn)室類似模擬方法分析從頂部煤炭碎裂等因素對(duì)頂層煤炭空化的影響,為改善完全機(jī)械化的上煤炭運(yùn)輸開采中的最高煤炭回收率提供理論基礎(chǔ)。

1 回采工作面的現(xiàn)狀分析

1.1 回采工作面放煤工藝特點(diǎn)

頂煤挖掘技術(shù)的主要特點(diǎn)是，采用頂層煤炭運(yùn)輸控制理論，將提高頂層煤炭的洞窟率，解決相應(yīng)的頂層煤炭損失問(wèn)題。另外，根據(jù)煤層產(chǎn)生條件，通過(guò)實(shí)現(xiàn)上述對(duì)應(yīng)技術(shù)，可以使工作面的最上部煤炭分配率增加80～90%以上。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)最高煤的采集率可以增加5～10%，其經(jīng)濟(jì)利益是相當(dāng)可觀的，對(duì)于最高煤角色礦的可持續(xù)開發(fā)也是必要的。最高級(jí)的煤炭運(yùn)輸技術(shù)主要是最終的煤炭運(yùn)輸技術(shù)、煤炭分配步驟、煤炭運(yùn)輸法和終端煤炭空化等，主要是在工作面結(jié)束之前停止分配，提前放置約10m，我們必須注意解決兩個(gè)問(wèn)題，選擇最終開采線的合理位置。在穩(wěn)定的屋頂狀態(tài)下制作去除支撐的空間，有效防止后面進(jìn)入。在工作方向的兩個(gè)步驟中，兩個(gè)頂層煤層空化之間的距離被稱為循環(huán)空化步驟。間接熱移動(dòng)干燥機(jī)的原理是，為了確定循環(huán)煤繪制的步進(jìn)距離，要完全分解，并在緩慢的范圍內(nèi)制造最高的煤炭，提高恢復(fù)率，減少致癌原率。當(dāng)確定空化距離時(shí)，應(yīng)保證覆蓋開口以上最上部的煤被松軟的頂層炭填滿。空化間隔的大小主要與頂層炭的厚度有關(guān)。當(dāng)最大的煤炭厚度較小時(shí)，通常采取一個(gè)采礦和一個(gè)洞穴更為合理；如果頂部的煤炭厚度較大，則可以適當(dāng)?shù)卦黾涌栈襟E，并且可以使用兩個(gè)采礦和一個(gè)移動(dòng)或兩個(gè)采礦和一個(gè)移動(dòng)。空化距離與屋頂空化和移動(dòng)特性和頂層煤炭碎裂程度有關(guān)，由圖1得出，煤層的薄厚程度對(duì)鉆孔偏斜的影響：煤層厚度在3m以下的鉆孔偏斜程度較小，煤層厚度在3m以上的鉆孔偏斜程度增加。

圖1 煤層的薄厚程度對(duì)鉆孔偏斜的影響圖

1.2 回采工作面放煤工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

作為優(yōu)化“煤礦開采”過(guò)程的方法，本文提出的綜合建議是完成以下步驟，根據(jù)采礦面設(shè)備的現(xiàn)狀和煤炭保管、制圖的基礎(chǔ)理論，進(jìn)行了詳細(xì)的分析，選定了各種制圖采煤方式。根據(jù)礦山的實(shí)際生產(chǎn)情況，定義了用于測(cè)試實(shí)際煤炭繪制效果的特定索引，關(guān)于各自選擇的理論測(cè)試方式，依次進(jìn)行運(yùn)算配置，進(jìn)行實(shí)證收集效果測(cè)試的所有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。冶煉煤炭的科學(xué)方法當(dāng)然可以使煤的接觸面均勻，因此顯然可以截?cái)啵詈玫拿禾炕厥胀耆瓿桑梢詼p少混合。在整個(gè)煤炭制法中，如果煤炭制法不能有效控制，則頂層煤炭混合研究的情況非常嚴(yán)重，特別是導(dǎo)致煤炭損失的明顯情況。

2 放頂煤工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 煤炭制圖步驟的優(yōu)化設(shè)計(jì)

如果煤炭制圖步驟的選擇是科學(xué)合理的，它確實(shí)可以改善恢復(fù)率，在一定程度上減少致癌原率。更好的采煤階段可以在頂層煤的頂部制造源，毫無(wú)疑問(wèn)頂層煤后有時(shí)可以到達(dá)采煤口。這樣，就可以完全發(fā)揮出煤炭提取效果，達(dá)到最好的程度。如果煤炭開采超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限界，最上面的煤炭上的雁根將首先到達(dá)煤炭開采口。而且，在炭后面很難將其排出。如果煤炭抽選工程低于特定界限，科格爾將在煤炭初期階段進(jìn)入采煤口，使上面的煤炭難以完全排出。練習(xí)后，如果空化步驟真的是科學(xué)的，最上面的煤炭對(duì)應(yīng)空化量自然會(huì)達(dá)到最大，而量也會(huì)達(dá)到最小。實(shí)際上，我們有一個(gè)特殊的理論，可以用來(lái)指導(dǎo)繪制方法選擇橢圓體理論。根據(jù)不同的煤炭制法，分析具體的煤炭制法，展示了在礦山后方的煤炭的伽瑪混合的實(shí)際情況。煤炭的抽選在幾個(gè)圓形截面上進(jìn)行。煤炭運(yùn)輸按區(qū)間和間隔按一輪的順序進(jìn)行，以回環(huán)和單輪序列繪制煤炭。

2.2 煤層情況及相似模擬試驗(yàn)

以15個(gè)煤層的開采為例，石層的厚度為5.4 ～7.93 米，平均6.38 米，煤層為兩層巖石，巖石的上層相對(duì)穩(wěn)定，厚度為0.2 ～0.3 m，巖石分布的下層不穩(wěn)定，厚度為0～1m，石材系數(shù)f為2.5 ，煤炭的單位重量為4.4 tm3。長(zhǎng)方體是高純度的黑色頁(yè)巖。立即屋頂?shù)暮穸绕骄鶠?.72 米，為0.5 ～3.15 米。主要的屋頂是深灰色的石灰?guī)r和石灰質(zhì)頁(yè)巖，硬度為10.62 米。直接底為深灰砂頁(yè)巖、硬巖、厚度1.94 ～3.1 m、平均厚度2.8 m。在工作方面，采用了長(zhǎng)壁后退的完全機(jī)械化的頂層煤炭運(yùn)輸采礦，一次采用全高開采法和全覆蓋法進(jìn)行管理。工作方面全長(zhǎng)116米，罷工長(zhǎng)861米，礦山高6.38 米。由于采掘過(guò)程中上層地基運(yùn)動(dòng)的特性和頂層煤籠的特性，完全機(jī)械化的上部煤層空化面中周圍巖石的移動(dòng)空間包括5個(gè)區(qū)域和支撐面積，頂部煤炭破碎排放區(qū)，填充面積，在可大致區(qū)分為煤炭壁的周期性破壞和下沉區(qū)域支撐區(qū)域，主體為具有最大剛性的油壓支撐體，近似主體最終輸送的填充面積主要由浮動(dòng)煤和傳動(dòng)巖構(gòu)成，其密度和介質(zhì)剛度為煤厚，在由空化巖石厚度和巖相決定的石壁開采過(guò)程中，由于橋墩壓力的影響，石炭體產(chǎn)生裂縫，剛性下降的周期性破壞和沉降是伴隨周期性破壞和沉降的上層。在采礦過(guò)程中，這五個(gè)區(qū)域的位置是時(shí)間的函數(shù)，頂層煤炭破碎和放電區(qū)域?qū)攲用禾慷纯哂绊懽畲螅ぷ髅娴倪M(jìn)展和連續(xù)變化。區(qū)域之間的邊界是模糊的，但是分割是明顯的。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)觀察和測(cè)量空化比為1.8:1時(shí)，工作面加權(quán)規(guī)則的分析：長(zhǎng)方體的第一空化步驟為13.5 m，基本屋頂?shù)牡谝患訖?quán)步驟為36.3 %m，平均周期性加權(quán)步驟為9.6 m循環(huán)的平均支撐強(qiáng)度為0.85 mp，上部煤炭破碎及放電區(qū)域I的長(zhǎng)度為3.8 m。而且，頂層煤炭的碎裂是0.82 。在空化比為1.5 :1的情況下，工作面加權(quán)規(guī)則的分析：長(zhǎng)方體的第一空化步驟為12.5 m，基本頂棚的第一加權(quán)步驟為32.6 米，平均周期性加權(quán)步驟為9.2 m循環(huán)內(nèi)的平均支撐強(qiáng)度為0.88 MP，上部煤炭破碎及放電區(qū)域的長(zhǎng)度。也就是說(shuō)，區(qū)域II為3.6 米，頂層煤炭的碎裂為0.85 。當(dāng)空化挖掘比為1.2 :1時(shí)，工作面加權(quán)規(guī)則的分析：長(zhǎng)方體的第一空化步驟為10.8 m，基本屋頂?shù)牡谝患訖?quán)步驟為29.2米，平均周期性加權(quán)步驟為8.8 m循環(huán)內(nèi)的平均支撐強(qiáng)度為0.96 MP，上部煤炭破碎及放電區(qū)域的長(zhǎng)度。也就是說(shuō)，區(qū)域II為3.3 m，頂層煤炭的碎裂為0.92 。由于上煤的壓壞程度直接影響空化效應(yīng)和回收率，所以分析了支撐壓力的分布特性。應(yīng)力集中系數(shù)為1.86 空腔化率為1.5 :1時(shí)，支承壓力的分布范圍約為50m，峰值點(diǎn)在工作面前25m左右，應(yīng)力集中系數(shù)為1.95 的空化比為1.2:1時(shí)，支承壓力的分布范圍約為46m峰值點(diǎn)在工作面前方約為23m，應(yīng)力集中系數(shù)為2.02。根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)，空化比的變化直接影響空化的影響。在有煤層厚度的范圍內(nèi)，開采率增加，即頂炭的厚度越厚，峰值支撐壓力的位置就越遠(yuǎn)離煤壁，支撐體的支撐強(qiáng)度比較小，即頂部炭的厚度越薄峰值支撐壓力的位置接近煤壁，支撐體的支撐強(qiáng)度大。也就是說(shuō)，在固定了煤層厚度的情況下，最上層炭變厚的話，頂層煤就很難變松，空化性能很差。

2.3 效益預(yù)測(cè)

2.3.1 通過(guò)對(duì)臨時(shí)支援設(shè)計(jì)的優(yōu)化和管理，屋頂安全性事故發(fā)生大幅減少，出入面安全率大幅提高，保證員工的勞動(dòng)環(huán)境安全。根據(jù)改進(jìn)的安全系數(shù)，估計(jì)約有600萬(wàn)間接利潤(rùn)可以在一年內(nèi)引入礦山。

2.3.2 通過(guò)優(yōu)化臨時(shí)支撐設(shè)計(jì)，前探測(cè)光束的安裝時(shí)間大幅縮短，生產(chǎn)工作時(shí)間增加，勞動(dòng)效率利用率提高。該項(xiàng)目將直接間接為煤礦帶來(lái)近40萬(wàn)元的利潤(rùn)。從這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)來(lái)看，通過(guò)對(duì)臨時(shí)支撐裝置的設(shè)計(jì)優(yōu)化，約100萬(wàn)元將在一年內(nèi)保存在礦山。如果我們長(zhǎng)期考慮的話，經(jīng)濟(jì)上的好處是無(wú)法計(jì)量。

3 結(jié)論

在本文中，基于工程學(xué)實(shí)例，結(jié)合頂煤籠敷采礦技術(shù)的特性，采用試驗(yàn)方法優(yōu)化了頂層鑄造開采技術(shù)的設(shè)計(jì)。采礦技術(shù)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)非常大，但是為了驗(yàn)證和優(yōu)化設(shè)計(jì)還需要很多練習(xí)。礦山單位必須完全實(shí)現(xiàn)礦山技術(shù)所帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)利益，與單位操作的礦業(yè)項(xiàng)目相結(jié)合，將技術(shù)完全實(shí)踐，以提高采礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)水平實(shí)際優(yōu)化和調(diào)整開采技術(shù)。借助測(cè)試方法，進(jìn)行了空化技術(shù)的科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。這項(xiàng)礦山技術(shù)可以帶來(lái)非常好的經(jīng)濟(jì)效益，但是需要進(jìn)行很多實(shí)際工作的確認(rèn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于采礦單位來(lái)說(shuō)，他們必須深入了解該礦山技術(shù)所能引導(dǎo)的超經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，將該技術(shù)整合到單位的實(shí)際開采項(xiàng)目中，完成具體實(shí)施在執(zhí)行過(guò)程中不斷優(yōu)化和調(diào)整挖掘技術(shù)，提高礦山生產(chǎn)的整體技術(shù)水平。