張金山，李 晨，曹躍輝，馬 猛

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

·試驗(yàn)研究·

綜放開(kāi)采工藝參數(shù)與頂煤回收率的試驗(yàn)研究

張金山，李 晨，曹躍輝，馬 猛

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

為了研究綜放開(kāi)采工藝參數(shù)與頂煤回收率的關(guān)系，以公務(wù)素煤礦1604綜放工作面為背景，進(jìn)行了頂煤回收率的相似模擬試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明:該綜放工作面頂煤采放比在1∶2.5左右、放煤高度在6 m左右、放煤工藝采用一采一放時(shí)，頂煤回收率最好。將該工藝參數(shù)應(yīng)用于工作面后頂煤混矸率有所降低，頂煤回收率有了較大幅度的提高。

綜放開(kāi)采;工藝參數(shù);頂煤回收率;試驗(yàn)研究

綜采放頂煤開(kāi)采由于具有高產(chǎn)、高效、安全、低耗等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)各礦區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用［1］，但頂煤回收率偏低，則嚴(yán)重制約著綜放開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展。頂煤回收率不僅是判斷煤礦是否合理利用綜放開(kāi)采技術(shù)的因素，也是衡量煤礦資源回收的重要因素。提高綜放技術(shù)頂煤回收率，是可持續(xù)發(fā)展在礦山企業(yè)的具體體現(xiàn):首先減少了煤炭資源的不必要損失，其次也充分發(fā)揮高產(chǎn)、高效等優(yōu)點(diǎn)，增加了企業(yè)的營(yíng)業(yè)收入，提高企業(yè)職工待遇［2］。

公務(wù)素煤礦位于桌子山煤田，共含煤7層，其中可采煤層 4 層，分別為 9#、12#、16#、17#煤層，可采煤層總厚度13.7 m。其中，9#層為中厚煤層，16#層為特厚煤層，12#、17#層為薄煤層，公務(wù)素煤礦采空區(qū)處理采用全部垮落法，頂板自行跨落后充填采空區(qū)。16#煤層平均厚度8.5 m屬于特厚煤層，在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，該綜放工作面頂煤回收率僅有72%，屬于中等水平。為了提高頂煤回收率，采用相似模擬試驗(yàn)，結(jié)合公務(wù)素煤礦水文地質(zhì)情況對(duì)1604綜放面頂煤回收率進(jìn)行了初步的探索性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果可以作為其他煤礦相似的地理?xiàng)l件下提高頂煤回收率的參考。

1 試驗(yàn)研究方案

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室相似模擬試驗(yàn)時(shí)，必須使設(shè)計(jì)的模型與實(shí)際工作面的幾何尺寸大小符合幾何相似比，否則研究便沒(méi)有意義。總體來(lái)講，對(duì)試驗(yàn)精度要求越高，則需要模擬試驗(yàn)的幾何相似比就越大，模擬尺寸相應(yīng)也就越大［3］。考慮到試驗(yàn)周期與試驗(yàn)成本等因素，本模擬試驗(yàn)取幾何相似比為1∶20。

1.1 試驗(yàn)材料

公務(wù)素煤礦1604綜放工作面放頂煤支架高度約為3.6 m，根據(jù)相似比設(shè)計(jì)模型中高度應(yīng)該為18 cm。此次模擬試驗(yàn)選用放頂煤二維試驗(yàn)臺(tái)，為了能夠?qū)斆悍懦黾爸Ъ苓M(jìn)行前移時(shí)頂煤流動(dòng)性進(jìn)行觀(guān)測(cè)，特意在裝置前擋板安裝了透明的有機(jī)玻璃板，前擋板下方還有能夠水平自由滑動(dòng)的玻璃擋板。

模擬試驗(yàn)的材料采用碎石。對(duì)公務(wù)素煤礦1604綜放面的頂煤塊度大小進(jìn)行取樣統(tǒng)計(jì)后得出結(jié)論:頂煤塊度半徑最小為8 cm，最大為50 cm，且絕大部分頂煤塊度在25～40 cm。根據(jù)1∶20的幾何相似比，本試驗(yàn)?zāi)Ｐ退玫牟牧狭綁K度應(yīng)該取最小0.4 cm，最大2.5 cm，且大部分塊度應(yīng)該在1～2 cm，這樣得出的結(jié)果才具有可信度。

1.2 試驗(yàn)方案

影響頂煤回收率的因素很多，主要有煤層厚度、采放比、煤層可放性、放煤工藝等。在本試驗(yàn)中假設(shè)其他因素不變，僅考慮采放比和放煤工藝在發(fā)生變化時(shí)頂煤回收率的變化。試驗(yàn)分為A、B兩組:A組研究在放煤工藝采用一采一放不變的條件下，采放比分別為:1∶2、1∶2.5、1∶3變化時(shí)的頂煤回收情況。B組研究在采放比為1∶2.5不變的條件下，放煤工藝分別為一采一放、兩采一放和三采一放時(shí)候的頂煤回收情況。試驗(yàn)方案及組織方式見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)方案

2 試驗(yàn)結(jié)果討論

2.1 不同采放比對(duì)頂煤回收率的影響

A組試驗(yàn)放煤工藝采用一采一放，考慮的因素是采放比。采放比分三種情況:1∶2、1∶2.5、1∶3。試驗(yàn)假設(shè)采煤機(jī)割煤全部回收，通過(guò)稱(chēng)量回收的碎石重量后可以計(jì)算出頂煤回收率與頂煤混矸率。經(jīng)過(guò)計(jì)算后的結(jié)果見(jiàn)表2。A組模擬試驗(yàn)見(jiàn)圖1。

表2 A組實(shí)驗(yàn)頂煤回收率

從表2可以看出，采放比由1∶2到1∶2.5時(shí)，頂煤回收率提高了12.5%，提高效果明顯。但是采放比由1∶2.5到1∶3時(shí)，頂煤回收率卻略有減小。可以推斷在綜放開(kāi)采中隨著采放比的提高，頂煤回收率也在提高，但是當(dāng)采放比提高到一定限度時(shí)，頂煤回收率開(kāi)始下降。也就是說(shuō)放煤高度存在一個(gè)臨界值，超過(guò)這一臨界值頂煤回收率將不會(huì)有太大的提高。由此可知，本實(shí)驗(yàn)中采放比的臨界值應(yīng)該在1∶2.5左右，即要想獲得較高的頂煤回收率放煤高度必須保持在一定的范圍內(nèi)。從表2還可以看出，頂煤混矸率隨著放煤高度的升高在逐步降低，但是也存在臨界值，超過(guò)臨界值后頂煤混矸率有所上升。在采放比為1∶2.5與采放比1∶2時(shí)對(duì)頂煤混矸率進(jìn)行比較可以看出前者僅為后者的一半，而采放比為1∶3時(shí)的頂煤混矸率較1∶2.5時(shí)有上升的趨勢(shì)。通過(guò)分析可知，隨著采放比的提高，混矸率有明顯的下降趨勢(shì)，但是當(dāng)采放比大到一定值時(shí)混矸率會(huì)上升。原因是采放比過(guò)大時(shí)，放煤時(shí)的控制難度將會(huì)提高，導(dǎo)致混入矸石較多。因此，通過(guò)在一采一放的放煤工藝下不同采放比的放煤效果比較可以看出，綜放面頂煤采放比在1∶2.5左右時(shí)頂煤回收率較好，該條件下的放煤高度經(jīng)計(jì)算應(yīng)保持在6 m左右。

2.2 不同放煤工藝對(duì)頂煤回收率的影響

B組試驗(yàn)采放比采用1∶2.5，考慮放煤工藝發(fā)生變化即一采一放、兩采一放、三采一放時(shí)頂煤回收情況。試驗(yàn)假設(shè)采煤機(jī)割煤全部回收，通過(guò)稱(chēng)量回收的碎石重量后可以計(jì)算出頂煤回收率與頂煤混矸率。經(jīng)過(guò)計(jì)算后的結(jié)果見(jiàn)表3。B組模擬試驗(yàn)見(jiàn)圖2。

圖2 B組模擬試驗(yàn)圖

表3 B組試驗(yàn)頂煤回收率

由表3可知，一采一放時(shí)頂煤的回收率比兩采一放和三采一放都要高。頂煤含矸率也在相應(yīng)的減小。因此，由該組實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在采放比為1∶2.5的條件下，一采一放雖然在含矸率上高，但是高的幅度并不是很大，并且它的頂煤回收率明顯要比其它兩種工藝方式高，即采用一采一放時(shí)效果較好。

3 結(jié)論

1)該綜放面隨著采放比的增大，頂煤混矸率在降低，頂煤回收率在提高。但是當(dāng)采放比超過(guò)1∶2.5后頂煤混矸率有上升趨勢(shì)，頂煤回收率有下降的趨勢(shì)。也就是說(shuō)采放比在1∶2.5左右時(shí)頂煤回收效果最好。

2)該綜放面采用一采一放的放煤工藝時(shí)頂煤混矸率較其他放煤工藝略有提高，但是頂煤回收率最高。也就是說(shuō)采用一采一放的放煤工藝時(shí)，頂煤回收效果最好。

3)將本試驗(yàn)成果應(yīng)用于綜放面后發(fā)現(xiàn)，不僅頂煤混矸率降低，而且頂煤回收率有大幅度的提高。

［1］ 王家臣.厚煤層開(kāi)采理論與技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社.2009:19－21.

［2］ 徐永圻.煤礦開(kāi)采學(xué)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.1999:116－120.

［3］ 顧大釗.相似材料與相似模型［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1995:20－25.

Experiment Research on Process Parameters and Top Coal Recovery Ratio of Full Mechanized Caving Mining

Zhang Jin －shan，Li Chen，Cao Yue －h(huán)ui，Ma Meng

So as to study the relationship of process parameters and top coal recovery ratio in full mechanized caving mining，under the background of 1604 full mechanized caving face of Gongwusu coal mine，taken the study on top coal recovery ratio by similarity simulation experiment.The results showed that when the caving face top coal extraction－caving ratio is about 1∶2.5，the caving height is about 6 m and the caving technology is one caving one extraction.The effect of top coal recovery ratio is best.Taking the process parameters into the caving face found that top coal mixed gangue ratio declined slightly，the top coal recovery ratio has been greatly improved.

Full mechanized caving mining;Process parameters;Top coal recovery ratio;Experiment research

TD823.4+9

A

1672－0652(2012)08－0042－03

2012－06－07

張金山(1959—)，男，河南沁陽(yáng)人，1987年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)北京研究生部，教授，主要從事采礦工程的教學(xué)及研究工作(E －mail)lcjc@163.com