大采高綜放采放比的初探①

楊俊峰 溫賀興

(1.神東天隆集團霍洛灣煤礦，內蒙古鄂爾多斯 017000;2.內蒙古科技大學，內蒙古包頭 014010)

大采高綜放采放比的初探①

楊俊峰1②溫賀興2

(1.神東天隆集團霍洛灣煤礦，內蒙古鄂爾多斯 017000;2.內蒙古科技大學，內蒙古包頭 014010)

針對綜放開采采放比對工作面采出率及煤質的重要性，通過實驗室相似材料模擬實驗，以內蒙古某礦條件為研究對象，對不同采放比進行效果分析，得出1.15±0.25為最適，為類似厚煤層大采高綜放開采合理采放比的確定提供參考數據。

大采高綜放;采放比;相似模擬

大采高綜放開采，即工作面采煤機割煤高度大于3.5 m的綜放開采，是集合了大采高綜采與綜放開采優勢的一種新型采煤方法。我國大同塔山、平朔安家嶺、潞安屯留煤礦開采實踐表明:采用大采高綜放開采，可以采放相對平衡，縮短放煤時間;增大采場礦山壓力的破煤作用，可改善頂煤冒放性，提高頂煤回收率;加大了支架后部放煤空間，并可布置大功率輸送機，有利于快速放煤，提高煤炭產量;有利于提高綜放回采高度上限;加大工作面通風斷面，有利于瓦斯的稀釋。因此，大采高綜放開采是實現特厚煤層安全、高效、高采出率的主要方法［1］。大采高綜放在國內有一定發展，但其相應的理論研究明顯落后，如大采高綜放工作面采放比的選取，也就06年修訂的《煤礦安全規程》第六十八條規定:采放比嚴禁大于1∶3，沒有更加精確數據參考。

本文采用相似模擬實驗法模擬8.6 m厚煤層的不同采放比的效果，最終得到合適的采放比。為大采高綜放工作面的采放比選取提供一定的技術數據依據。

1 煤層條件

內蒙古某煤礦煤層產狀平緩，裂隙發育，結構簡單，煤類單一，變化較均勻，煤層厚度7.9 m～9.3 m，平均厚度為8.6m。煤層傾角2°～8°，平均5°。煤層硬度系數f=1.8，直接頂f=5.7，直接底f=4.2。

2 實驗室相似模擬實驗

2.1 理論基礎

模型實驗方法，是以相似理論為依據建立模型，通過模擬試驗得出某些量間的變化規律，進而應用到實際對象上［2］。欲使模型與實體相似，必須滿足各對應量成一定比例關系及各對應量所組成的數學物理方程相同。具體說來，要保證模型和實體下列三方面相似:

1)幾何相似

要求模型與實體幾何形狀相似。因此，要求長度比αL為常數，即，αL=LH/LM為常數。式中:LH表示實體的長度，LM表示模型的長度。

2)運動相似

要求模型與實體所有各對應點的運動情況相似。即要求備對應點的速度、加速度、運動時間等都成一定比例。

3)動力相似

要求模型與實體的所有作用力都相似。礦山壓力主要考慮覆巖自重，因此，要求重力相似［2］。

2.2 研究方法

大采高綜放開采放煤工藝相似實驗研究，為了掌握大采高綜放工作面對同一厚度煤層不同采放比的放煤效果，運用物理相似模擬實驗的方法進行大采高放頂煤開采模擬，通過在實驗室設計出有一定相似比的模型，模擬實際采礦環境，根據實驗結果與測出的模型數據進行分析，對比采出率及含矸石率，得出適合于現場條件下的采放比。

2.3 散體模型實驗方案

為完成上述研究內容，本研究共制作了5臺實驗模型，模型架尺寸為長120 cm，寬4.5 cm，高度82 cm。現場所用放頂煤支架的寬度為1.5 m.綜合考慮研究內容及鋪設的模型尺寸，減少邊界效應，使模型架的寬度為3個模擬支架的寬度。采用的相似比分別為幾何相似常數:αL=1∶100;容重相似比數:CY=1.5;強度相似數:C=150;動力相似常數:Cf=1.5×106。

頂煤選用不同粒徑的灰色石子，頂煤分層之間鋪一層薄的黑色標志層石子;直接頂的上下層位選用不同粒徑和不同顏色石子，分別為紅色和白色，便于實驗結果的觀測與數據測量;基本頂選用大塊度青色石子。結合現場支架位態觀測結果，實驗設計了不同支架支護高度和掩護梁角度的低位放頂煤模擬支架，分別模擬機采面高度為 3.0，3.5，4.0，4.5 和5.0 m，共 5臺模型［3］。

3 實驗結果及分析

不同采放比的回采率及含矸率如圖1所示;采出率對比見表1所示。

表1 采出率對比

圖1 同厚煤層不同采放比的實驗結果

從圖1(a)可看出，在采高為3.0 m，頂煤與直接頂下分層，分層清晰明顯，不混亂。煤大致占1/3，采出率90.3%，含矸率3.67%。

從圖1(b)可看出，采高為3.5 m，頂煤、直接頂下分層及少量的直接頂上分層，分層清晰明顯，煤大致占4/9，采出率91.5%，含矸率3.3%。

從圖1(c)可看出，在采高為4.0 m，頂煤、直接頂下分層及少量的直接頂上分層，煤占據大量位置，分層不明顯，直接頂下分層分布于煤的右上方，底部沒有。煤大致占3/5，采出率97.5%，含矸率3.16%。

從圖1(d)可看出，在采高為4.5 m，頂煤、直接頂、基本頂均可見，煤大致占5/9，但與4.0m的相比直接頂下分層明顯多了。采出率91.8%，含矸率1.87%。

從圖1(e)可看出，在采高為5.0 m，頂煤、基本頂幾乎各占一半，直接頂下分層占少量，放煤口中部以下堆積大量矸石。煤大致占2/5，采出率93%，含矸率6.44%。

綜合采出率及含矸率，本次8.6 m的厚煤層在圖1(b)(c)(d)三采放比情況下采出率高，含矸率小。而圖1(e)雖然采出率高，但是含矸率特別高，故而認為采放比在1.15±0.25時，采煤效果好。

然而在同樣的低位放頂煤的條件下，機采面高度大的在放煤時相當不占優勢，如圖1(e)若此時采用高位或者中位均可以減小矸石的下落距離，使之不再快速占據放煤口位置，從而提高采出率，減小放煤含矸率。

4 結論

1)在此厚度煤層條件下，采用1.15±0.25的采放比可得到比較理想的采煤效果，可以作為經驗數據為大采高綜放工作面的采放比選取提供一定的技術數據依據。

2)采放比過小或者是機采面高度大時低位放頂煤是否會造成含矸率過大，研究中未就此問題進行相似模擬實驗，有待進一步實驗比較論證。

［1］ 劉全明.大采高綜放工作面長度的空間效應初探［J］. 煤礦開采，2010，(3):27-29

［2］ 任德惠，劉興華，姜德義，等.用相似材料模擬研究礦山壓力［J］.礦山壓力與頂板管理，1984:66-71

［3］ 錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制［M］.徐州:中國礦業大學出版社，2003

［4］ 王君.厚煤層大采高綜放開采的煤層冒放規律及放煤工藝參數研究［D］.中國礦業大學碩士學位論文，2008

Research on caving ratios of Full-mechanized Caving Mining with Large Mining Height

YANG Junfeng1，WEN Hexin2

(1.Huoluowan Coal Mine of Tianlong Group Co.Ltd.，in Shendong，Ordos Inner Mongolia 017000;2.School of Mine，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou Inner Mongolia 014010)

The use of laboratory simulation test of similar materials simulation under the same conditions，different Caving ratios of Full-mechanized Caving Mining with large mining height effect.And then by comparing the recovery ratios and percent of refuse content，finally get the suitable Caving ratios，for Full-mechanized Caving Mining with Large Mining Height Caving ratios selected to provide some technical data.

full-mechanized caving mining with large mining height;caving ratios;Similar simulation

TD823.25+4

A

1672-7169(2012)03-0071-03

2012-04-12

楊俊峰(1987-)，男，內蒙古呼和浩特人，神東天隆集團霍洛灣煤礦生產辦技術員。