胡光華，邊樹(shù)鵬

(山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司 生產(chǎn)技術(shù)部， 山西 太原 030022)

隨著我國(guó)煤炭工業(yè)的發(fā)展、煤炭生產(chǎn)科技的進(jìn)步以及開(kāi)采條件復(fù)雜程度等的不斷變化，合理把握開(kāi)拓煤量、準(zhǔn)備煤量、回采煤量(簡(jiǎn)稱“三量”)可采期可以解決工作面生產(chǎn)接續(xù)問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在礦井“三量”合理可采期及礦井采掘接替優(yōu)化決策方面做了大量的研究，取得了一定的研究成果。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)卞正富等[1]在總結(jié)我國(guó)現(xiàn)行《“三量”規(guī)定》不足的基拙上，分析了影響“三量”合理可采期的因素，如“三量”的圈定方法、工作面及采區(qū)產(chǎn)量的大小、工作面及采區(qū)數(shù)目、采掘速度、礦井地質(zhì)條件等。王海峰[2]針對(duì)我國(guó)煤與瓦斯突出礦井采掘接替緊張的現(xiàn)狀和煤礦安全監(jiān)察工作的需要,提出了煤與瓦斯突出礦井安全煤量概念,研究探討了安全煤量與“三量”之間的相互關(guān)系。馮月珍[3]根據(jù)礦井生產(chǎn)及儲(chǔ)量管理的實(shí)踐,對(duì)“三量”合理可采期進(jìn)行了較詳盡的探討,提出“三量”管理應(yīng)將“三量”綜合考慮以保證采掘接續(xù)的正常進(jìn)行。彭?xiàng)铕┑萚4]研究了瓦斯抽放對(duì)礦井“三量”可采期的優(yōu)化作用，通過(guò)實(shí)施瓦斯的綜合抽放和編制合理的采掘接替計(jì)劃保證回采工作面的安全生產(chǎn)，并制定了合理的適合礦區(qū)生產(chǎn)實(shí)際的“三量”關(guān)系。呂子輝等[5]對(duì)影響三個(gè)煤量可采期的相關(guān)因素和可采期確定方法進(jìn)行了分析，重新研究制定了合理的“三量”可采期。

針對(duì)煤與瓦斯突出礦井中的準(zhǔn)備煤量和回采煤量已不能真實(shí)反映礦井接替情況的問(wèn)題，考慮瓦斯預(yù)抽和揭煤預(yù)抽時(shí)間的“三量”可采期的計(jì)算，并通過(guò)公式推導(dǎo)將工作面生產(chǎn)接續(xù)分為3個(gè)階段，其中表示生產(chǎn)接續(xù)正常為生產(chǎn)最理想狀態(tài)。

1 含瓦斯預(yù)抽期的工作面回采煤量可采期

沿空留巷技術(shù)自20世紀(jì)50年代在我國(guó)開(kāi)始使用以來(lái)，一直是我國(guó)煤炭開(kāi)采的重要技術(shù)發(fā)展方向。無(wú)煤柱沿空留巷在提高煤炭采出率、瓦斯抽采及卸壓開(kāi)采等方面具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是科學(xué)采礦的重要發(fā)展方向和技術(shù)支撐，主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：1) 無(wú)煤柱沿空留巷能夠提高煤炭采出率、降低巷道掘進(jìn)率、緩解采掘接替矛盾。2) 沿空留巷使工作面構(gòu)成Y 型通風(fēng)系統(tǒng)，消除了工作面上隅角瓦斯積聚問(wèn)題。3) 沿空留巷為留巷鉆孔法瓦斯抽采技術(shù)提供空間支持，是煤與瓦斯共采技術(shù)的基礎(chǔ)。4) 沿空留巷可實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱連續(xù)卸壓開(kāi)采，避免了因跳采而形成孤島工作面，消除了由于煤柱上下區(qū)域應(yīng)力集中而產(chǎn)生的沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害。

為了回收傳統(tǒng)采礦方式中留設(shè)的保護(hù)煤柱，沿空留巷采用一定的技術(shù)手段將上一區(qū)段的順槽重新支護(hù)留給下一個(gè)區(qū)段使用。沿空留巷工作面回采煤量可采期是“四量”可采期的重要環(huán)節(jié)，采場(chǎng)幾何尺寸已經(jīng)確定的煤礦沿空留巷工作面回采煤量可采期的關(guān)系見(jiàn)圖1.

注：T′m包含T′o與T′c圖1 沿空留巷工作面采場(chǎng)幾何尺寸確定下的可采期確定圖

由圖1可知，合理可采期可表示為：

(1)

在正常生產(chǎn)情況下，應(yīng)保證有：

(2)

T′h=L′/V′J+T′m=T′J+max{T′o,T′c}

(3)

式中：

T′o—設(shè)備安裝調(diào)試時(shí)間，月，包含于T′m；

T′c—瓦斯抽放時(shí)間，月，包含于T′m；

T′m0—冗余時(shí)間，月；

l′1—停采線總長(zhǎng)度，m；

l′2-l′1—采煤工作面(或開(kāi)切眼)長(zhǎng)度，m；

L′—沿空留巷工作面掘進(jìn)總長(zhǎng)度，m.

T′h—回采煤量合理可采期，月；

V′J—回采巷道平均掘進(jìn)速度，m/月。

圖1a)為掘進(jìn)完成時(shí)間(t′J1-t′J0)與設(shè)備安裝調(diào)試以及瓦斯抽放時(shí)間(T′m)之和為回采工作完成的時(shí)間，即工作面回采煤量可采期(T′C0)，這表示采掘接續(xù)正常，為最理想的工作狀態(tài)；圖1b)為掘進(jìn)工作的時(shí)間(t′J1-t′J0)與設(shè)備安裝調(diào)試以及瓦斯抽放時(shí)間(T′m)之和小于回采工作面完成時(shí)間(T′C0)，這樣井下生產(chǎn)工作空余出等待時(shí)間，增加順槽維護(hù)成本；圖1c)為掘進(jìn)工作的時(shí)間(t′J1-t′J0)與設(shè)備安裝調(diào)試以及瓦斯抽放時(shí)間(T′m)之和大于回采工作面完成時(shí)間(T′C0)，此種情況對(duì)回采工作的正常進(jìn)行產(chǎn)生負(fù)面影響，使得回采工作結(jié)束后無(wú)法立即進(jìn)行下一階段的回采工作，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。

2 考慮揭煤預(yù)抽時(shí)間的準(zhǔn)備煤量可采期

考慮瓦斯預(yù)抽的影響和《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于采區(qū)尺寸的規(guī)定可用下式表示為：

(4)

式中：

Tzmin—準(zhǔn)備煤量可采期下限值，月；

K′P—準(zhǔn)備煤量備用系數(shù)；

Az—每形成萬(wàn)噸準(zhǔn)備煤量所需掘進(jìn)準(zhǔn)備巷道的長(zhǎng)度，m/萬(wàn)t；

Vz—月掘進(jìn)準(zhǔn)備巷道的速度，m/月；

Qzi—第i個(gè)計(jì)劃接替采區(qū)的準(zhǔn)備煤量，萬(wàn)t；

Tz0—形成準(zhǔn)備煤量后到形成回采煤量前的準(zhǔn)備接替時(shí)間，月；

Tz1—對(duì)于突出礦井，準(zhǔn)備巷道揭露煤層前的預(yù)抽時(shí)間，月；對(duì)于一般不需揭煤預(yù)抽的礦井，此項(xiàng)忽略。

需注意以下幾點(diǎn)：

1)Tz0的大小與準(zhǔn)備工程量和準(zhǔn)備巷道掘進(jìn)速度有關(guān)，當(dāng)多個(gè)采區(qū)接替時(shí)，取其中最大的一個(gè)Tz0.

2) 無(wú)論是計(jì)算上限值還是計(jì)算下限值，都必須與生產(chǎn)計(jì)劃密切結(jié)合。

3) 當(dāng)實(shí)際準(zhǔn)備煤量可采期介于上限值和下限值之間時(shí)，表現(xiàn)為合理，即能保證正常的采掘接替。

準(zhǔn)備過(guò)程的接替工序關(guān)系見(jiàn)圖2.

圖2 準(zhǔn)備過(guò)程接替工序關(guān)系圖

圖2a)代表準(zhǔn)備過(guò)程接續(xù)正常，即上一階段掘進(jìn)完成的時(shí)間(TJ1-TJ0)加上(Tz0+Tz1+Th)的時(shí)間點(diǎn)正好對(duì)應(yīng)下一階段掘進(jìn)工作完成的時(shí)間TJ3，這是最理想的工作狀態(tài)。圖2b)中接續(xù)工作雖然正常，但掘進(jìn)工作的時(shí)間(TJ1-TJ0)加上(Tz0+Tz1+Th)的時(shí)間點(diǎn)小于下一階段掘進(jìn)工作完成的時(shí)間TJ3，這樣會(huì)產(chǎn)生一個(gè)空閑的等待時(shí)間Tmz，此種情況雖不影響下一階段的掘進(jìn)工作，但等待的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)增加巷道的維護(hù)成本。圖2c)中接續(xù)工作不正常，它的掘進(jìn)工作時(shí)間(TJ1-TJ0)加上(Tz0+Tz1+Th)的時(shí)間點(diǎn)大于下一階段掘進(jìn)工作完成的時(shí)間TJ3，超出的時(shí)間為T′mz，此種情況對(duì)下一階段掘進(jìn)工作的正常進(jìn)行產(chǎn)生負(fù)面影響，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。

3 考慮揭煤預(yù)抽時(shí)間的開(kāi)拓煤量可采期

考慮瓦斯預(yù)抽的影響和《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于階段垂高和礦井走向長(zhǎng)度的規(guī)定,開(kāi)拓煤量可采期計(jì)算可用以下公式表示：

(5)

式中：

Tkmin—開(kāi)拓煤量可采期的下限值，年；

Ak—每形成萬(wàn)噸開(kāi)拓煤量所需掘進(jìn)開(kāi)拓巷道的長(zhǎng)度，m/萬(wàn)t；

Vk—月掘進(jìn)開(kāi)拓巷道的速度，m/月；

Qki—第i個(gè)計(jì)劃接替采區(qū)的開(kāi)拓煤量，萬(wàn)t；

Tj—礦井基建時(shí)間，月；

Tk0—形成開(kāi)拓煤量后到形成準(zhǔn)備煤量前的平均準(zhǔn)備接替時(shí)間，月；

Tz2—對(duì)于突出礦井或一些高瓦斯礦井，石門揭露煤層前的預(yù)抽時(shí)間，月；對(duì)于一般不需揭煤預(yù)抽的礦井，此項(xiàng)忽略；

Tz3—對(duì)于突出礦井或一些高瓦斯礦井，井筒延伸揭露煤層前的預(yù)抽時(shí)間，月；對(duì)于一般不需揭煤預(yù)抽的礦井，此項(xiàng)忽略。

需注意以下幾點(diǎn)：

1)Tk0、Tz2、Tz3的大小與開(kāi)拓工程量和開(kāi)拓巷道掘進(jìn)速度有關(guān)，當(dāng)為多個(gè)采區(qū)接替時(shí)，取Tk0、Tz2和Tz3各自的最大值。

2) 無(wú)論是計(jì)算上限值還是計(jì)算下限值，都必須與生產(chǎn)計(jì)劃密切結(jié)合。

3) 當(dāng)實(shí)際開(kāi)拓煤量可采期介于上限值和下限值之間時(shí)，表現(xiàn)為合理，即能保證正常的接替工作進(jìn)行。

開(kāi)拓過(guò)程的接替工序關(guān)系見(jiàn)圖3.

圖3 開(kāi)拓過(guò)程接替工序關(guān)系圖

圖3a)代表開(kāi)拓過(guò)程接續(xù)正常，即上一階段開(kāi)拓完成的時(shí)間(TJ1-TJ0)加上(Tk0+Tz2+Tz3+Th+Tz)的時(shí)間點(diǎn)正好對(duì)應(yīng)下一階段開(kāi)拓工作完成的時(shí)間TJ3，這是最理想的工作狀態(tài)。圖3b)中接續(xù)工作雖然正常，但開(kāi)拓工作的時(shí)間(TJ1-TJ0)加上(Tk0+Tz2+Tz3+Th+Tz)的時(shí)間點(diǎn)小于下一階段掘進(jìn)工作完成的時(shí)間TJ3，同樣會(huì)產(chǎn)生一個(gè)空閑的等待時(shí)間Tmn，此種情況雖不影響下一階段的開(kāi)拓工作，但等待的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)增加巷道的維護(hù)成本。圖3c)中接續(xù)工作不正常，它的開(kāi)拓工作時(shí)間(TJ1-TJ0)加上(Tk0+Tz2+Tz3+Th+Tz)的時(shí)間點(diǎn)大于下一階段開(kāi)拓工作完成的時(shí)間TJ3，超出的時(shí)間為T′mn，此種情況對(duì)下一階段開(kāi)拓工作的正常進(jìn)行產(chǎn)生負(fù)面影響，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié) 論

1) 考慮瓦斯預(yù)抽時(shí)間可以更合理地定義開(kāi)拓煤量、準(zhǔn)備煤量和回采煤量的開(kāi)采期。

2) 通過(guò)理論推導(dǎo)可以將“三量”可采期分為3個(gè)階段，其中采掘關(guān)系平衡是維持整個(gè)生產(chǎn)工作最為理想的狀態(tài)，大于或小于回采工作面完成時(shí)間均會(huì)造成采掘接續(xù)的不正常，增加巷道維護(hù)成本。