边角煤高回收率高效开采工艺设计与优化.pdf

第29卷第7期2007年7月北 京 科 技 大 学 学 报9 007边角煤高回收率高效开采工艺设计与优化叶根喜1，2 姜福兴1，2 刘鹏亮3 冯增强4 王道宗4)1)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000833)煤炭科学研究总院开采分院，北京100013 4)兖矿集团公司南屯煤矿，邹城273500摘要针对国内边角煤的开采现状，提出了一套高回收率和高效率的开采工艺用弧三角模型简化边角煤形状，提出了容易实现综合设备配套的“弧形”工作面开采工艺该工艺沿边界顺槽顺序开挖若干支架边窝，采用“取消端头支架，采用简易机头实现快速增、撤支架”的布架方式利用数学线性规划理论，建立了回采效率的目标函数和安全、开采成本的约束函数，对关键工艺参数进行了研究，得出一次增接支架数是优化核心的结论通过优化分析，得出在高回收效率和低成本原则下的最优方案关键词边角煤；工作面；开采工艺；工艺设计；方案优化分类号2近年来，由于矿井的高强度开采，在采区边界遗留了大量的边角煤资源；另外在老矿井中，或因特殊开采遗留下了大片的保护煤柱，或因地表水文条件形成了大量煤炭的滞压据统计，仅兴隆庄煤矿就留有边角煤块段39个，可采储量达1274万t2|我国煤炭资源日益枯竭，高效、安全地回收边角煤资源，实现矿井可持续发展，已经是当前煤炭开采中一项重要内容目前开采边角煤的工作面一般是“台阶”式布置，这种布置方式丢煤过多，还要开挖多个掘进机出入巷道；而等长“旋转”工作面3要重新设计“可变角导煤”装置，不易保证工作面的等长，同时由于前三角点附近顶板受到反复支撑，很容易破坏顶板的完整性，通常顶板较为松散，易造成冒顶事故6依据安全、高回收率、高效率的原则，结合边角煤的地质赋存条件，并考虑现有转运设备的技术情况7|，本文提出“弧形”工作面开采方案1一般条件下边角煤赋存模型与开采工艺11边角煤赋存模型边角煤的形状大多为弧三角形，煤层的平面投影一般为任意四边形，简化为图1所示模型四边形的面积：S=(B+E+H)2+B，煤层的面积：收稿日期：20065修回日期：2006一04一05基金项目：国家自然科学基金重大国际合作项目(0320120001)作者简介：叶根喜(1981一)，男，博士研究生；姜福兴(1962)，男，教授博士生导师角煤储量：Q=中，口为煤层倾角；m；tm_=：=：= of c质储量为528万t，两头损失的小三角形煤柱。储量分别为088万万t，回采率为08，则可采储量为40万t该工作面煤炭回收率为：刁=100=40528100=7578其中，t；叩为回收率12开采工艺设计“弧形”工作面是指将轨道顺槽沿边角煤的边界布置，形状近似为弧三角形，两顺槽布置成一定夹角，如图2所示在工作面推进方向，顺序开挖若干个支架边窝采用“取消端头支架，采用简易机头实现快速增、撤支架”的布架方式，如图3万方数据北京科技大学学报 第29卷 上顺槽 么 夕 净 二 边二 窑迈二川窝二二1三 惫二 二搿二 = 二 区 二 区 = 三= 二 下顺槽 z( 3牡 三 下顺槽 图2“弧形”工作面的布置模型 用简易机头实现快速增、撤支架 a to 边窝的开挖及支护要求为方便掘进机施工，边窝左侧壁与顺槽设计成一定的夹角，一般取140。以上边窝处除了扩大原顺槽的锚、网、索支护范围外，还需要在边窝口增打若干单体液压支柱8】，如图4蒯毒港蒯灞釜图4边窝处增打单体液压支柱支护 c to in a |，在确保安全的前提下，如何最大限度地提高回采效率，是优化的目标，并以此建立目标函数；但回采效率却受到巷道尺寸、“三机”配套和开采成本的约束，也以此建立约束函数21目标函数量化10由回采效率公式P=易知，在回收率一定时，即可采储量为常量时，只要满足回采时间采效率就达到最高在图2所示的(以)=半措场产”一，N (1)601 工 “ ”7其中，厂f(n)为第d；咒为一次增接支架数；B，为支架宽度，m；口为为截深，m；m；1为增一次支架所耗工时，h；V，为满足采放平衡条件下的割煤速度，m为增接支架次数；T。为有效割煤时，hd；声为煤层倾角 N=且掣(2)其中，L，为m把式(2)代入式(1)整理得：N了、l=(船)=l=I(。根喜等：边角煤高回收率高效开采工艺设计与优化竹(1l20 V。T。nB】l3行 (3)其中，d；2和)中对应的计算值由式(3)分析可知，咒越大，越大，即一次增接支架数越多，回采效率就越高I，区相关参数的量化如表1表l“弧形”工作面工艺参数量化1l 2为支架长度，m；m；沿工作面推进方向长度，m；沿工作面推进方向长度，m；|9为区顺槽倾角；工作面的水平投影长度，m；2为撤一次支架所耗工时，约束函数量化221安全约束从安全角度考虑，最大悬顶长度一般要控制在9时考虑避免边窝因重叠而形成的大面积悬顶8|，有下面约束关系： 些堕止粤型0，所以，z=B3说明函数，B3递减，在(B3)内递增，即有：以=托。时，投资成本最低；咒扎。时，回采效率随行的增大而增大，投资成本随咒的增大而减小如果他的范围在式(5)结果的范围之内，可按四舍五入的原则取值23整体优化231优化分析从回采总时间丁=2+整个回采期间，回采效率的优化关键在一次增接支架数行是回采效率优化的核心，结合式(5)和式(9)，行的最优值范围为：，厂 f(5)B1(半逝 (10)Bl J v，综合以上计算分析：在回收率一定情况下，如果，J【万方数据北京科技大学学报 第29卷以回采效率最高为开采原则，挖值取式(10)上限；如果以成本最低为开采原则，咒值取式(10)下限232最优化权重为实现效率和成本的最优化，作如下权重：T+(1一A)F (11)式中，代数符号只表示回采效率、投资成本与总效益的权重关系；资成本的权值，A0，1，工程应用兖矿集团煤业公司南屯煤矿边角煤3 317工作面煤层平均厚度592 m，煤层倾角声为7。，煤容重小备，为13t用“弧形”综放工作面开采工艺，如图5巷道均采用矩形断面，上顺槽宽45 m，高29 m；下顺槽宽45 m，高32 m；支架宽125 m，长43m；割煤速度为35 m截深08 m，放煤速度2 m有效割煤时间144 h；割煤高度28 m，放煤高度312 m；29 m，32 m，59m，口=35。，p=24。，工作面最大长度式(5)得出一次增接支架的范围为2咒5，由式(10)得出成本最小的以。=3根据南屯煤矿的技术条件和设计要求，采用最高效率开采原则，取A=1，挖=5，其他各参数值可根据表1中各式得到，如表23916400 3916600 3916800 3917000 3917200旒 彩 殇 、W 瓤一缪 轨道代 羝顺槽顺槽 煤柱3317 3 !916600 3916800 3917000 3917200图5南屯煤矿“弧形”综放工作面平面图 of f =2摹)通过对边角煤形状的简化，提出了“弧形”工作面开采工艺，减少了三角煤柱的留设，提高了煤炭的回采率和开采质量(2)建立了回采效率的目标函数和安全、开采成本的约束函数，得出一次增接支架数是优化核心的结论(3)得出了在开采效率最高或开采成本最低原则下的最优开采方案(4)为类似地质条件下的边角煤提供了便于实现的高效开采工艺考文献蔡美峰，任奋华。来兴平灵新煤矿西天河下安全开采技术综合分析北京科技大学学学报，2004，26(6)：572谢强珍，张云宁，刘明旺采区边角煤开采技术方案探讨山东煤炭科技，2004，(2)：25屠世浩，郝明奎，谢耀社孤岛煤柱综采工作面旋转开采关键技术中国矿业大学学报，2004，33(5)：520孙希奎综放工作面大角度弧线旋转开采的设计煤炭科学技术，2004，32(4)：28张怀利，王平川邢台矿7715综放工作面旋转开采技术河北煤炭，2003，(4)：20李伟籍志强。聂启胜综采工作面转角开采新工艺的应用煤，2004，13(1)：5罗甫梁，杜宏伟，付斌一种新型可平面弯曲带式输送机煤炭科学技术，2000，28(8)：48参吲吲吲万方数据第7期 叶根喜等：边角煤高回收率高效开采工艺设计与优化 6598姜福兴矿山压力与岩层控制北京：煤炭工业出版社2004：699范玉妹，徐尔，周汉良数学规划及其应用北京：冶金工业出of 003：410 屠世浩长壁综采系统分析的理论与实践徐州：中国矿业大学出版社，2004：59of E行，咒g”，)of f f 船00083。00083，00013，73500，on a as se is he a of in be to a in to or of of It is of of of 叶根喜， 姜福兴， 刘鹏亮， 冯增强， 王道宗， 叶根喜,姜福兴,京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京,100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京,100083)， 刘鹏亮,炭科学研究总院开采分院,北京,100013)， 冯增强,王道宗,矿集团公司南屯煤矿,邹城,273500)刊名： 北京科技大学学报英文刊名： F F (期)： 2007，29(7)被引用次数： 0次参考文献(10条)新煤矿西天河下安全开采技术综合分析期刊论文004(06)区边角煤开采技术方案探讨期刊论文004(02)岛煤柱综采工作面旋转开采关键技术期刊论文004(05)放工作面大角度弧线旋转开采的设计期刊论文004(04)台矿7715综放工作面旋转开采技术期刊论文003(04)采工作面转角开采新工艺的应用期刊论文2004(01)种新型可平面弯曲带式输送机期刊论文000(08)山压力与岩层控制 学规划及其应用 壁综采系统分析的理论与实践 2004相似文献(10条)台矿边角煤工作面防灭火综合治理技术 3(2)通过对邢台矿7505边角煤工作面开采防灭火治理过程的阐述,归纳出开采边角煤工作面综合防灭火技术和经验,1031炮放工作面边角煤回采实践 8(11)通过对米村矿21031三软煤层炮放工作面边角煤回采,探索出采面在沿边角煤正常回采期间,采取增加运输设备长度、增加监测设施、吊挂风帘、及时回收尾巷、浅孔动压注水、安装加煤炭资源回收,采面旋转式出采边角煤工艺研究 2008通过对边角煤进行旋转式初采,浚 工作面运料巷带采技术应用研究 8)角煤、保护煤柱所占的比例越来越高,所以对边角煤、效的提高了煤炭资源的回收率,延长了矿井的服务年限,仅丰富了回采工艺技术,角煤开采技术的研究与应用 )在煤炭资源需求日益加大的今天,中巷道的布置、工作面的设备配套、建军 普采工作面带采回收边角煤 )普采工作面带采回收边角煤是在实践中总结出的一种提高回收率的有效方法,即普采工作面利用原有巷道配置,为有效提高资源回收和煤炭质量,降低吨煤成本,贯胜 试论综采面边角煤回收新工艺 )该文针对综采煤层倾角变大工作面收尾期间边角煤回收困难,资源浪费严重,坑木消耗大等问题,笔者提出逐步加大工作面伪斜,调整支架并在工作面上机头逐步增加3组支架,3节溜槽的方法,贯胜 试论综采面边角煤回收新工艺 )该文针对综采煤层倾角变大工作面收尾期间边角煤回收困难,资源浪费严重,坑木消耗大等问题,笔者提出逐步加