后溜寬度與頂煤回收率的相關(guān)性研究

王志剛，楊雙鎖，孫 淼，武 劍

（太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024）

后溜寬度與頂煤回收率的相關(guān)性研究

王志剛，楊雙鎖，孫 淼，武 劍

（太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024）

根據(jù)頂煤的放出規(guī)律和放煤工藝，通過分析采放比、放煤步距等開采工藝參數(shù)，結(jié)合后溜結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能分析，研究后溜寬度與頂煤回收率的相關(guān)性。工作面的頂煤采出率與工作面的采放工藝與后部輸送寬度有密切的關(guān)系，通過工藝參數(shù)分析把放煤工藝與后溜寬度相接合地定量分析，再由其相關(guān)性分析選擇適當(dāng)?shù)暮罅飳挾龋岣呓Y(jié)構(gòu)的合理性，進(jìn)而提高頂煤的回收率，減少資源損失，提高經(jīng)濟(jì)效益。

頂煤回收率；后溜寬度；相關(guān)性

1 問題的提出

放頂煤本身的特點(diǎn)和規(guī)律，加之綜放面對后部輸送機(jī)的特殊要求，決定了后溜寬度與不同的放頂煤工藝相結(jié)合有較大的難度，若結(jié)合不當(dāng)會導(dǎo)致后溜寬度與放頂煤工藝不相適應(yīng)，直接降低頂煤回收率。后溜輸送結(jié)構(gòu)是綜采工作面配套設(shè)備的重要組成部分，是煤炭裝運(yùn)的重要環(huán)節(jié)，它在很大程度上決定了采煤工作面的生產(chǎn)能力和效率。若后溜寬度選擇不當(dāng)，直接影響工作效率和頂煤回收率。因此根據(jù)放頂煤工藝，尋求與之適應(yīng)的后溜結(jié)構(gòu)寬度，是較為有效的辦法。

2 放頂煤工藝與后溜寬度的相關(guān)分析

根據(jù)放頂煤工藝，確定采放比和放煤步距，結(jié)合后溜結(jié)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)，要在不同的條件下，確定相適應(yīng)的后溜寬度。放煤工藝和后溜寬度對頂煤采出率很有影響，后溜寬度對頂煤采出率的影響主要是其運(yùn)輸能力和寬度。因此把放煤工藝與后溜寬度相接合，形成提高頂煤回收率的相適應(yīng)的整體，以期提高工作效率，進(jìn)而提高頂煤回收率。

2.1 放頂煤工藝與后溜運(yùn)輸參數(shù)的分析

橢球體放煤理論研究中，放頂煤的第一個過程是頂煤松動、破壞、垮落。當(dāng)?shù)讓用翰梢院螅斆涸诘V山壓力和自重作用下破壞、垮落,形成松散無規(guī)則的塊體堆，其頂煤垮落高度取決于頂煤放出前的煤體碎脹系數(shù)和底分層開采高度,例如算式[1]：

式中：h為放頂煤高度，m；h′為工作面采高，m；k為頂煤松散（碎脹）系數(shù)，一般取1.2～1.5。開采高度為:h′=h（k-1），即合理采放高度比為:h′/h=k-1。設(shè)煤層厚度為H，則合理的底分層開采厚度和頂煤放出厚度應(yīng)分別為：h'=H（k-1）/k；h=H/k.

根據(jù)我國放煤工作面的實(shí)際統(tǒng)計(jì),確定放煤步距時可用經(jīng)驗(yàn)公式：d=（0.15～0.21）h.式中：d為放煤步距；h為放煤高度。

刮板輸送機(jī)的輸送能力[2]算式為：

式中：Q為刮板輸送機(jī)輸送能力，t/h；q為輸送機(jī)每米長度上貨載質(zhì)量，kg/m；v為刮板鏈運(yùn)行速度，m/s；A為輸送機(jī)溜槽裝載斷面面積，m2；r為負(fù)載集散密度，t/m3；ψ為輸送機(jī)溜槽裝滿系數(shù)，一般取0.65～0.9。

2.2 頂煤回收工藝與后溜寬度的相關(guān)性研究

根據(jù)所述參數(shù)（見表1），由采放比和放煤步距的設(shè)定[3-7]，參照放頂煤支架間距，打開單個放煤口放煤量T為：式中：T為放煤量，kg；d為放煤步距，m；h為放頂煤高度，m；D為支架間距，一般D=1.2～1.6 m；γ為實(shí)體煤密度，γ=1350kg/m3。

放頂煤開采工藝中，不同采放比和不同的放煤步距相結(jié)合，可得到不同工藝下的單個放煤口的放煤量見圖1和表1。

表1 放頂煤工藝參數(shù)分析

圖1 不同放煤工藝與單個放煤口的放煤量的分析

單個放煤口放煤量T確定后，由人為控制放煤速度得到經(jīng)驗(yàn)放煤時間t，可知單位時間的放煤量T/t。根據(jù)刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度v，分析輸送機(jī)每米長度上的載貨質(zhì)量q為：q=T/（tv）.

由刮板輸送機(jī)的輸送能力：Q=3.6qv=3600Avrψ.

簡化得到放煤量T與q間的定量關(guān)系：

設(shè)計(jì)中部槽運(yùn)煤斷面A為：

式中：b0為中部槽上槽口寬度；h0為中部槽上槽高度；K0為裝載系數(shù),雙向截煤綜采面K0=0.8～0.9；h1為輸送機(jī)擋板凈高度；b1為中部槽上裝煤寬度；b2為擋板上采煤機(jī)牽引裝置寬度；h2為擋板上采煤機(jī)牽引裝置高度。

由式（2）可得后溜裝煤寬度Z和運(yùn)煤斷面的定量關(guān)系：

式中：Z為后溜裝煤寬度；f（x）由裝置確定的常數(shù)。則由式（1）和式（3）得：

式中：Z為后溜裝煤寬度,m；T為單個放煤口放煤量kg；r為負(fù)載集散密度，t/m3；ψ為輸送機(jī)溜槽裝滿系數(shù)，一般取0.65～0.9；f（x）為裝置確定的常數(shù)；t為人為放煤時間，min。

單個放煤口放煤量T，由放頂煤開采工藝采放比和放煤步距確定，同后溜寬度形成定性關(guān)系，以確定其后溜中槽運(yùn)煤寬度，使頂煤最大化落入回收，提高頂煤的回收率。

圖2 后溜寬度與單個放煤口放煤量T分析曲線

由式（4）中ψ為輸送機(jī)溜槽裝滿系數(shù)，一般取0.65～0.9；r為負(fù)載集散密度，一般取 0.85～1.0 t/m3；刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度v一般為0.63～1.50 m/s；根據(jù)刮板輸送機(jī)的一般裝置，取f（x）為0.48，其它常數(shù)取平均時，可得到放頂煤工藝中不同采放步距和采放比的單個放煤口放煤量T和后溜寬度Z的定量關(guān)系，進(jìn)而可以確定采放比和放煤步距與后溜寬度的分析關(guān)系。根據(jù)放頂煤工藝，結(jié)合后溜寬度適當(dāng)調(diào)節(jié)，來提高頂煤的回收率。例如由圖1，當(dāng)采放比為1∶1和放煤步距為兩采一放時，單個放煤口的放煤量T約為10 000 kg，再由圖2關(guān)系可得后溜寬度0.66 m。根據(jù)工作面空間實(shí)際情況進(jìn)一步優(yōu)化，最大化地提高頂煤的回收率。

圖3 后溜寬度與單個放煤口放煤時間分析曲線

由式（4）關(guān)系，當(dāng)采放比為1∶1和放煤步距為兩采一放時，單個放煤口的放煤量T約為10 000 kg，可得圖3后溜寬度與單個放煤口放煤時間分析曲線。在不同的采放比和放煤步距條件下，合理控制放煤時間，結(jié)合刮板輸送機(jī)的輸送能力選擇適當(dāng)?shù)暮罅飳挾龋岣唔斆旱幕厥章省?/p>

為了同時滿足輸送機(jī)要求的最小斷面：

式中：ρ為溜槽上松散煤堆積密度，ρ=0.85～1.0t/m3；Q為輸送量。

可設(shè)計(jì)斷面面積系數(shù)k=A/AZ/Aminf（x）＞1.根據(jù)后溜寬度對運(yùn)輸斷面進(jìn)行優(yōu)化，可提高運(yùn)輸能力和頂煤回收率。

工作面的放煤工藝和設(shè)備配備都是影響綜放面頂煤采出率的關(guān)鍵因素。工作面的頂煤采出率與工作面的采放工藝和后部輸送寬度有密切的關(guān)系,因此確定合理的采放比、放煤步距，要結(jié)合具體的條件，合理地選擇后溜寬度。根據(jù)放頂煤工藝和后溜寬度相結(jié)合，即按Z=dhDγf（x）/1000tVrψ的定量分析，得出后溜寬度的最優(yōu)化，最大化提高頂煤的回收率。

3 結(jié)論

把放頂煤工藝中的采放比、放煤步距和后部輸送機(jī)的參數(shù)相接合，對頂煤回收進(jìn)行合理定量分析。Z=Tf（x）/1000tVrψ在不同的采放比和不同的放煤步距的情況下，即按Z=dhDγf（x）/1 000tVrψ，選擇適當(dāng)?shù)暮罅飳挾龋蛇_(dá)到運(yùn)輸能力同時不造成頂煤的損失，為頂煤回收確定合理的空間結(jié)構(gòu)，可提高頂煤的回收率。

〔1〕孫二偉.綜采放頂煤采放參數(shù)優(yōu)化研究[J].現(xiàn)代礦業(yè),2009.（4）:26-28.

〔2〕毛君.煤礦固定機(jī)械及運(yùn)輸設(shè)備[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.24-25.

〔3〕艾德春,韓可琦.綜放工作面后部輸送機(jī)的改進(jìn)[J].煤礦機(jī)械，2006.27（5）.

〔4〕孫占文,趙斌.綜采輕型放頂煤工藝探討[J].煤炭科技，2009.28（4）.

〔5〕徐永圻.采礦學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.229-240.

〔6〕趙建民,程建禎.高產(chǎn)高效放頂煤開采參數(shù)的分析[J].煤礦開采，2004.9（4）:22-24.

〔7〕姜翎燕.SGZ730/110型前、后部刮板輸送機(jī)的研制[J].煤礦機(jī)械，2006.27（4）.

Abstract:Based on the drawing law and caving coal craft of top-coal,the study analyzes some craft parameters(such as mining-caving ratio,interval,etc),backward structure parameters and performance to find out the correlation between backward width and recovery of top-coal.The top-coal recovery ratio has close relationship with the mining and caving craft and backward transporting width.By the quantitative analysis and correlation analysis of caving craft and backward width,the paper presents suitable backward width,improves the structure,increases the top-coal recovery ratio,decreases the waste of resources and then raises the economic benefits.

Keywords:recovery of top-coal;backward width;correlation

編輯：徐樹文

Correlation Analysis of Backward Width and Recovery of Top-Coal

WANG Zhi-gang,YANG Shuan-suo,SUN Miao,WU Jian
(College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024,China)

TD823.4；TD528

A

1672-5050（2010）05-0037-03

2010-03-15

王志剛（1986—），男，山東濟(jì)寧人，在讀碩士研究生，從事采礦工程研究工作。