申秀頎張軍鵬潘黎明王東攀

(1.山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西省長(zhǎng)治市,046600; 2.天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部,北京市朝陽(yáng)區(qū),100013)

有限條件加長(zhǎng)綜放工作面可行性研究

申秀頎1張軍鵬1潘黎明2王東攀2

(1.山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西省長(zhǎng)治市,046600; 2.天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部,北京市朝陽(yáng)區(qū),100013)

采用理論分析、實(shí)測(cè)分析、數(shù)值模擬、類比分析研究方法綜合確定了兩種型號(hào)液壓支架混合配套所能實(shí)現(xiàn)的工作面合理斜長(zhǎng),并從支架布置方式、設(shè)備尺寸配套、圍巖控制、通風(fēng)風(fēng)量、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益等方面對(duì)加長(zhǎng)工作面進(jìn)行了綜合分析。研究結(jié)果表明,加長(zhǎng)工作面合理斜長(zhǎng)為250 m;支架布置方式為支護(hù)強(qiáng)度大的支架位于工作面中部,而支護(hù)強(qiáng)度小的支架位于工作面兩端;在保持煤壁平直、刮板輸送機(jī)平直的條件下,應(yīng)允許兩種支架前立柱柱窩有前后150 mm的錯(cuò)距。若采用加長(zhǎng)工作面后,應(yīng)注重圍巖控制,且通風(fēng)量保持為4056.9 m3/min,可節(jié)約成本3.97元/t,年增加效益1191萬(wàn)元。

加長(zhǎng)綜放工作面 有限條件 可行性分析 支護(hù)強(qiáng)度 通風(fēng)量

近年來(lái),各大礦區(qū)正在嘗試發(fā)展加長(zhǎng)工作面或者超長(zhǎng)工作面,以期達(dá)到大幅提高工作面生產(chǎn)能力、提高煤炭資源回收率、降低巷道掘進(jìn)率、減少搬家倒面次數(shù),最終達(dá)到工作面增產(chǎn)增效降耗的目的。原有針對(duì)加長(zhǎng)或者超長(zhǎng)工作面的研究成果多集中于采用單一型號(hào)液壓支架進(jìn)行的開(kāi)采技術(shù)、礦壓規(guī)律、開(kāi)采設(shè)備等方面,工作面斜長(zhǎng)優(yōu)化也一般采用數(shù)學(xué)模型按照系統(tǒng)工程優(yōu)化的方法進(jìn)行,很少有采用兩種型號(hào)液壓支架混合配套,并從支護(hù)強(qiáng)度、設(shè)備尺寸、圍巖控制、瓦斯通風(fēng)等角度出發(fā)以合理實(shí)現(xiàn)工作面加長(zhǎng)的研究成果。本文以霍爾辛赫煤礦3＃煤層綜放開(kāi)采為例,采用現(xiàn)有的兩套綜放液壓支架及相應(yīng)配套設(shè)備,研究有限條件下綜放工作面加長(zhǎng)可行性。

1 工程概況

霍爾辛赫煤礦開(kāi)采山西組3＃煤層,瓦斯含量為3.49～15.79 m3/t,平均6.87 m3/t,屬高瓦斯煤層,煤層厚4.49～7.17 m,平均厚5.65 m,傾角為0～10°,平均5°,頂板各巖層抗壓強(qiáng)度綜合確定的頂板巖石普氏硬度系數(shù)為3.61。3＃煤層綜放工作面斜長(zhǎng)均為200 m,現(xiàn)有2套低位放頂煤液壓支架,分別為ZF6400/17/32(第一套設(shè)備)和ZF7200/18/35(第二套設(shè)備,下同),數(shù)量均為129架,過(guò)渡支架均為ZFG7200/20/34,數(shù)量均為7架,端頭支架均為ZFT12400/21/34,均為1組。配套采煤機(jī)均為西安煤機(jī)廠制造的MG300/700－WD型雙滾筒采煤機(jī),前后配套的輸送機(jī)均為SGZ800刮板輸送機(jī),中部槽寬均為800 mm,功率分別為750 k W和800 k W,同時(shí)配套SZZ960/ 375轉(zhuǎn)載機(jī)、PLM2200破碎機(jī)。

2 加長(zhǎng)綜放面設(shè)備配置

在當(dāng)前煤炭產(chǎn)能過(guò)剩、行業(yè)效益普遍下滑、新設(shè)備投資受限、現(xiàn)有單一型號(hào)支架數(shù)量無(wú)法滿足工作面加長(zhǎng)的情況下,采取兩種型號(hào)液壓支架混合配套,成為了本礦順利實(shí)現(xiàn)工作面合理加長(zhǎng)的一種重要技術(shù)途徑,且不違背《煤礦安全規(guī)程》。目前,國(guó)內(nèi)類似條件礦井已有混合配套的先例,比如華能集團(tuán)扎賚諾爾煤業(yè)公司靈泉煤礦和鄂爾多斯美日煤礦等。由于兩套基本支架結(jié)構(gòu)形式一樣,而外形尺寸有差別,且ZF7200/18/35支護(hù)強(qiáng)度(0.90～0.92 MPa)較ZF6400/17/32支護(hù)強(qiáng)度(0.82～0.88 MPa)高,因此加長(zhǎng)工作面設(shè)備配置擬以第二套綜放設(shè)備為基礎(chǔ),補(bǔ)充一部分ZF6400/17/32液壓支架,且ZF6400/17/32支架配套原有刮板輸送機(jī)。

3 工作面合理斜長(zhǎng)確定

工作面斜長(zhǎng)與工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律有密切聯(lián)系。在工作面長(zhǎng)度不大時(shí),隨著工作面加長(zhǎng),其頂板來(lái)壓強(qiáng)度、覆巖破壞高度、支承壓力峰值及范圍等相應(yīng)有所增大,而液壓支架支護(hù)強(qiáng)度必須與工作面礦壓顯現(xiàn)程度相適應(yīng),因此應(yīng)從支護(hù)強(qiáng)度角度研究確定兩種液壓支架能夠適應(yīng)的工作面最大及合理斜長(zhǎng)。由于ZF6400/17/32支架支護(hù)強(qiáng)度較低,因此應(yīng)重點(diǎn)分析此型支架所能夠適應(yīng)的工作面斜長(zhǎng)。下面將分別通過(guò)理論分析、實(shí)測(cè)分析、數(shù)值模擬、類比分析從支護(hù)強(qiáng)度角度進(jìn)行相關(guān)研究。

3.1 理論分析

按照普式壓力拱理論,在一定跨度空間之上(工作面斜長(zhǎng))的頂板巖層將會(huì)發(fā)生拱形冒落,其高度既與跨度有關(guān),又與巖石的普式硬度指數(shù)有關(guān)。由基巖厚度決定的適宜工作面斜長(zhǎng)為:

支架支護(hù)強(qiáng)度與冒落帶高度的關(guān)系為:

由式(1)、(2)可得到保證工作面圍巖控制安全的工作面斜長(zhǎng)為:

式中:q——支架支護(hù)強(qiáng)度,MPa;

L——工作面斜長(zhǎng),m;

γ——頂板基巖容重,取2.5×104N/m3;

f——頂板巖石的普氏硬度系數(shù),取3.61;

對(duì)于ZF7200/18/35支架,取q為0.90 MPa,確定保證工作面圍巖控制安全的工作面斜長(zhǎng)不大于259.92 m,取260 m;對(duì)于ZF6400/17/32支架,取q為0.85 MPa,確定保證工作面圍巖控制安全的工作面斜長(zhǎng)為不大于245.48 m,取245 m。提高支架額定工作阻力5%,支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到0.90 MPa,工作面斜長(zhǎng)可以增大到約260 m。考慮一定的富裕系數(shù),確定支架混合配套工作面合理斜長(zhǎng)為250 m。

3.2 實(shí)測(cè)分析

霍爾辛赫3301綜放工作面為已采工作面,斜長(zhǎng)為200 m,埋深平均約為490 m,所采3＃煤層偽頂為0.28 m厚炭質(zhì)泥巖、直接頂為2.42 m厚泥巖、基本頂為6.30 m厚細(xì)粒砂巖。工作面采用綜放開(kāi)采,割煤高度為2.8 m,放煤高度為2.15 m,選用ZF7200/18/35型支架作為低位放頂煤支架。工作面礦壓實(shí)測(cè)表明,工作面正常推進(jìn)期間,周期來(lái)壓步距平均約為10 m,來(lái)壓步距較小,有效避免了頂板大面積懸頂造成的巨大沖擊載荷,來(lái)壓動(dòng)載系數(shù)約為1.57,來(lái)壓期間明顯區(qū)別于非來(lái)壓期間,來(lái)壓期間支架安全閥開(kāi)啟較為頻繁,支架工作阻力約為6800 k N,小于支架額定工作阻力7200 k N,說(shuō)明支架安全閥開(kāi)啟壓力未達(dá)到額定安全閥開(kāi)啟壓力,非來(lái)壓期間,支架工作阻力不大。工作面長(zhǎng)期停采期間,支架安全閥開(kāi)啟頻繁,幾乎一直處于開(kāi)啟狀態(tài),此時(shí)支架工作阻力約為6800 k N,說(shuō)明停采期間工作面頂板下沉量較大,礦壓顯現(xiàn)較為劇烈,但工作面未發(fā)生壓架等安全事故。綜合分析表明,現(xiàn)有ZF7200/18/35支架在實(shí)際工作阻力只有6800 k N的條件下能夠適應(yīng)斜長(zhǎng)200 m工作面開(kāi)采需要,且在長(zhǎng)時(shí)間停采狀態(tài)保證了工作面安全生產(chǎn)。因而可以判定若本支架實(shí)際額定工作阻力達(dá)到7200 k N,其能適應(yīng)的工作面斜長(zhǎng)將能有一定的提升空間。

3.3 數(shù)值模擬

應(yīng)用FLAC3D軟件針對(duì)霍爾辛赫3＃煤層不同斜長(zhǎng)開(kāi)采工作面頂板破壞狀況進(jìn)行數(shù)值模擬研究,選擇合理工作面斜長(zhǎng)。根據(jù)3＃煤層實(shí)際柱狀建立數(shù)值模擬模型,模型中包括3＃煤層及煤層頂?shù)装?其中未模擬的上部巖層采用等效載荷方式施加在模型頂部。整個(gè)模型4個(gè)立面均固定法向位移,底面同樣固定法向位移。分別對(duì)180 m、200 m、220 m、240 m、250 m、270 m、300 m不同斜長(zhǎng)工作面開(kāi)采后頂板的破壞情況進(jìn)行了模擬分析。數(shù)值模擬表明,當(dāng)工作面斜長(zhǎng)為180 m、200 m、220 m、240 m、250 m、270 m、300 m時(shí),頂板覆巖破壞高度分別為18.62 m、21.62 m、23.52 m、26.42 m、26.42 m、27.42 m、29.42 m,如圖1所示。當(dāng)工作面斜長(zhǎng)為250 m時(shí),上覆巖層破壞高度增長(zhǎng)幅度漸趨減小,礦壓顯現(xiàn)變化幅度降低,因此選取此時(shí)的工作面斜長(zhǎng)較為合適,即工作面合理斜長(zhǎng)為250 m。

圖1 不同工作面斜長(zhǎng)時(shí)覆巖破壞高度

3.4 類比分析

通過(guò)比較類似加長(zhǎng)工作面如興隆莊礦300 m長(zhǎng)工作面、陽(yáng)泉一礦240 m長(zhǎng)工作面、潞安王莊礦270 m長(zhǎng)工作面、潞安屯留礦260 m長(zhǎng)工作面、常村礦248 m長(zhǎng)工作面、三元煤業(yè)198 m長(zhǎng)工作面使用支架型號(hào)分別為ZFS6800/18/35、ZF5600/ 1.7/3.0 H、ZZP4800－17/33F、ZF7000/19.5/38、ZFS7000/19.5/39、ZF5400/17/32,可類推霍爾辛赫3＃煤層若采用ZF7200/18/35液壓支架,工作面斜長(zhǎng)可以布置到240～300 m,根據(jù)加長(zhǎng)工作面開(kāi)采地質(zhì)條件與各工作面礦壓觀測(cè)分析結(jié)果對(duì)比,工作面斜長(zhǎng)在260 m內(nèi)時(shí),巖層控制效果較好,因而確定采用ZF7200/18/35液壓支架時(shí)的工作面合理斜長(zhǎng)為260 m;若采用ZF6400/17/32液壓支架,工作面斜長(zhǎng)可達(dá)到240～300 m,至少240 m。

綜合上述4種分析結(jié)果,確定霍爾辛赫加長(zhǎng)工作面合理斜長(zhǎng)確定為250 m。

4 支架布置方式優(yōu)化

根據(jù)工作面支架壓力沿傾向分布特征,工作面中部礦壓顯現(xiàn)較為劇烈,頂板壓力較大,工作面上下兩端頂板壓力較小。加長(zhǎng)工作面支架布置方式應(yīng)遵循支護(hù)強(qiáng)度與礦山壓力傾向分布相適應(yīng)的原則。由此可將ZF7200/18/35及ZF6400/17/32支架分別布置在壓力較大的工作面中部區(qū)域與壓力較小的工作面兩端區(qū)域。對(duì)于斜長(zhǎng)為250 m的工作面,共需要支架170架,其中端頭支架1架,過(guò)渡支架7架,基本支架162架,將129架ZF7200/18/35支架布置在工作面中部,將33架ZF6400/17/32支架平均布置在工作面中上部與中下部,支架布置如圖2所示。工作面擬采用現(xiàn)有端頭支架ZFT12400/21/34及現(xiàn)有過(guò)渡支架ZTG7600/20/34。

5 設(shè)備尺寸配套

兩種型號(hào)液壓支架應(yīng)與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等設(shè)備在空間尺寸上滿足相應(yīng)配套關(guān)系。由于現(xiàn)有2套綜放設(shè)備的采煤機(jī)型號(hào)一致,液壓支架型號(hào)有差別,相應(yīng)的2套刮板輸送機(jī)對(duì)應(yīng)原配套液壓支架,故2套現(xiàn)有液壓支架與現(xiàn)有采煤機(jī)、對(duì)應(yīng)原配套刮板輸送機(jī)等能夠?qū)崿F(xiàn)較好的尺寸配套。

當(dāng)基本液壓支架ZF7200/18/35與ZF6400/ 17/32與刮板輸送機(jī)SGZ800/800、SGZ800/750分別配套時(shí),首先必須保證2套支架所在區(qū)域煤壁平直、刮板輸送機(jī)平直,在此情況下,2套支架各自所在區(qū)域煤壁與刮板輸送機(jī)溜槽中部的相應(yīng)距離將相等,均為1727 mm。ZF7200/18/35與ZF6400/ 17/32支架的端面距分別為445 mm、475 mm,前梁長(zhǎng)度分別為1670 mm、1580 mm,而前立柱柱窩與煤壁前梁端部的距離分別為2749.9 mm、2570 mm,由此可計(jì)算出ZF7200/18/35支架與ZF6400/17/32支架前立柱柱窩與刮板輸送機(jī)溜槽中部的距離分別為(2749.9＋445－1727)mm、(2570＋475－1727)mm,即1467.9 mm、1318 mm,由此可見(jiàn),在保證煤壁與兩部刮板輸送機(jī)保持平直的狀態(tài)下,2套支架的前立柱柱窩要有一定的錯(cuò)距,ZF7200/18/35支架較ZF6400/17/32支架滯后約150 mm,如圖3所示。所以,在工作面長(zhǎng)度方向保持平直的條件下,應(yīng)使支架ZF7200/ 18/35與ZF6400/17/32保持一定的錯(cuò)距。

圖2 斜長(zhǎng)250 m工作面支架布置平面圖

圖3 ZF6400/17/32支架與ZF7200/18/35結(jié)合處

6 加長(zhǎng)綜放面圍巖綜合控制技術(shù)

工作面加長(zhǎng)后,礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度將有所增大,可能引起煤壁片幫嚴(yán)重、超前支護(hù)難度增大等問(wèn)題,因此需要制定必要的采場(chǎng)圍巖控制技術(shù)措施。

(1)改進(jìn)超前支護(hù)。根據(jù)已有加長(zhǎng)工作面支承壓力分布規(guī)律研究成果可知,工作面加長(zhǎng)后,超前支承壓力及應(yīng)力集中系數(shù)將增大,影響范圍增加,研究指出,當(dāng)工作面斜長(zhǎng)為240 m時(shí)較工作面斜長(zhǎng)200 m時(shí)的應(yīng)力集中系數(shù)增大約11.1%,應(yīng)力影響范圍增大。當(dāng)工作面斜長(zhǎng)為250 m時(shí),由于煤層埋深較深,考慮一定的富裕系數(shù),應(yīng)力集中系數(shù)增大值取20%。由此加長(zhǎng)工作面應(yīng)增大超前支護(hù)強(qiáng)度及支護(hù)范圍,超前支護(hù)范圍可由目前的20 m增大至25 m。

(2)加強(qiáng)支架供液、管理及支架檢修。加長(zhǎng)工作面條件下,建議采用雙進(jìn)雙回供液系統(tǒng),對(duì)支架進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)液,保證支護(hù)質(zhì)量;此外,應(yīng)保證初撐力,支架前立柱初撐力不低于設(shè)計(jì)初撐力31.5 MPa的80%,即25.2 MPa。實(shí)測(cè)表明,當(dāng)前3301工作面支架前立柱平均初撐力為18.6 MPa,后立柱初撐力為11.1 MPa,綜放工作面初撐力水平較低,不利于頂板支護(hù)質(zhì)量。前后立柱受力嚴(yán)重不均,將可能使支架發(fā)生傾斜,不利于工作面安全。所以,應(yīng)盡量減少支架前后立柱受力不均衡程度。

(3)保證并適度提高安全閥開(kāi)啟壓力。目前ZF7200/18/35支架額定工作阻力水平實(shí)際只有6800 k N,低于額定工作阻力7200 k N,主要是因?yàn)榘踩y開(kāi)啟壓力不足額定安全閥開(kāi)啟壓力造成的,本支架安全閥開(kāi)啟壓力為36.68 MPa,在此情況下,支架沒(méi)有發(fā)揮其應(yīng)有作用與能力,因此必須保證支架安全閥開(kāi)啟壓力。此外,在考察支架ZF6400/17/32、ZF7200/18/35性能允許的基礎(chǔ)上,可適度增大安全閥額定開(kāi)啟壓力,若將安全閥開(kāi)啟壓力增大5%,則支架ZF7200/18/35與ZF6400/17/32支護(hù)強(qiáng)度將達(dá)到0.95～0.97 MPa、0.86～0.92 MPa,有利于適應(yīng)加長(zhǎng)工作面支護(hù)需要。

(4)實(shí)施初次來(lái)壓人工放頂。對(duì)于加長(zhǎng)工作面,初期開(kāi)采首采面時(shí),周圍未受采動(dòng)影響,且基本頂較厚較硬,因此需要對(duì)工作面頂板進(jìn)行拉槽爆破,以減輕初次來(lái)壓對(duì)工作面的影響。

(5)來(lái)壓期間技術(shù)措施。應(yīng)加快工作面推進(jìn)速度,快速移架,控制放煤高度,盡量少放煤;保證護(hù)幫板對(duì)煤壁的支護(hù)作用,防止大量片幫事故的發(fā)生。

(6)煤壁片幫防治技術(shù)。3＃煤層硬度系數(shù)只有0.37～1,屬于軟煤,煤壁易片幫,應(yīng)注重煤壁片幫防治,提高支架初撐力及支護(hù)工作阻力,加快工作面推進(jìn)速度,必要情況下進(jìn)行煤壁注漿加固。

(7)停采期間安全措施。停采期間支架受載較大,易于出現(xiàn)頂板事故,盡量避免工作面長(zhǎng)時(shí)間停采;若工作面停采,則需在停采期間加強(qiáng)采場(chǎng)支護(hù),如補(bǔ)打單體支柱等;減小支架控頂距,增大支護(hù)強(qiáng)度;保證供液,及時(shí)補(bǔ)液;加強(qiáng)煤壁支護(hù);加強(qiáng)采場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè),及時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)頂板來(lái)壓狀況。

7 加長(zhǎng)綜放面通風(fēng)量計(jì)算

工作面加長(zhǎng)后,瓦斯涌出量將有所增大,應(yīng)對(duì)工作面合理配風(fēng)量進(jìn)行重新計(jì)算。工作面一般采用“兩進(jìn)兩回”的通風(fēng)方式,運(yùn)輸平巷和輔助進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)風(fēng),輔助回風(fēng)巷和回風(fēng)平巷回風(fēng)。根據(jù)測(cè)定3301工作面煤體原始瓦斯含量為6.82 m3/t,煤體抽采后殘存瓦斯含量為2.39 m3/t,工作面產(chǎn)量8000 t/d,若工作面加長(zhǎng)后產(chǎn)能將有所增加,按工作面產(chǎn)量9090 t/d計(jì)算。計(jì)算平均瓦斯絕對(duì)涌出量為:

式中:Q平均瓦斯——絕對(duì)瓦斯涌出量,m3/min;

q原始——煤體原始瓦斯含量,取6.82 m3/t;

q殘存——抽采后煤體殘存瓦斯含量,取2.39 m3/t;

Q日——產(chǎn)煤量,取9090 t/d;

T——每日時(shí)間總量,取1440 min/d。

將數(shù)據(jù)代入式(4)得到平均絕對(duì)瓦斯涌出量為25.96 m3/min。

(1)按工作面氣象條件計(jì)算風(fēng)量。

式中:Q采——回采工作面需要風(fēng)量,m3/min;

Q基本——回采工作面所需的基本風(fēng)量,m3/ min;

L大——工作面最大控頂距,取5.590 m;

L小——工作面最小控頂距,取4.790 m;

H——工作面平均采高,取4.45 m;

V——工作面適宜風(fēng)速,取1.0 m/s;

K采高——回采工作面采高調(diào)整系數(shù),取1.5;

K面長(zhǎng)——回采工作面斜長(zhǎng)調(diào)整系數(shù),取1.3;

K溫——回采工作面溫度調(diào)整系數(shù),取1.00。將數(shù)據(jù)代入式(5)得到工作面所需風(fēng)量為2104.05 m3/min。

(2)按瓦斯涌出量計(jì)算風(fēng)量。

式中:Q采——工作面實(shí)際需要風(fēng)量,m3/min;

Q平均瓦斯——平均瓦斯絕對(duì)涌出量,取25.96 m3/min;

KCH4——工作面瓦斯涌出不均衡通風(fēng)系數(shù),取1.20;

CCH4——工作面回風(fēng)流中允許瓦斯?jié)舛?取0.8%。

將以上數(shù)據(jù)代入式(6)得到工作面實(shí)際所需風(fēng)量為4056.9 m3/min

(3)按二氧化碳涌出量計(jì)算風(fēng)量。

式中:Q采——工作面實(shí)際需要風(fēng)量,m3/min;

QCO2——工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中CO2平均絕對(duì)涌出量,取0.6 m3/min;

KCO2——工作面CO2涌出不均衡通風(fēng)系數(shù),取1.6;

CCO2——工作面回風(fēng)流中允許CO2濃度,取1.5%。

將數(shù)據(jù)代入式(7)得到工作面實(shí)際所需風(fēng)量為64 m3/min。

(4)按工作面溫度計(jì)算風(fēng)量。

式中:Q采——工作面實(shí)際需要風(fēng)量,m3/min;

V采——回采工作面風(fēng)速,經(jīng)測(cè)定溫度為12℃～18℃時(shí),取1.0 m/s;

S采——回采工作面平均斷面積,m2;

L大——回采工作面最大控頂距,取5.590 m;

L小——回采工作面最小控頂距,取4.790 m;

H——工作面平均采高,取4.9 m;

K面——有效斷面系數(shù),取0.7。

將數(shù)據(jù)代入式(8)得到工作面實(shí)際所需風(fēng)量為1079 m3/min。

(5)按人數(shù)計(jì)算實(shí)際需風(fēng)量。

式中:Q采——工作面實(shí)際需要風(fēng)量,m3/min;

N——交接班時(shí)的最多人數(shù),取66人(包括安檢工、瓦檢工、跟班干部)。

將數(shù)據(jù)代入式(9)得到工作面實(shí)際所需風(fēng)量為264 m3/min。

(6)按后通風(fēng)眼允許最低風(fēng)速計(jì)算實(shí)際需風(fēng)量。

式中:Q風(fēng)眼——后通風(fēng)眼最小風(fēng)量,m3/min;

Vfj——巷道內(nèi)最小風(fēng)速,按最低允許最小風(fēng)速計(jì)算取0.25 m/s;

Sfj——巷道斷面積,取11.78 m2。

將數(shù)據(jù)代入式(10)得到通風(fēng)眼實(shí)際需風(fēng)量為176.7 m3/min。

上述前5項(xiàng)風(fēng)量計(jì)算中的最大值即是工作面所需風(fēng)量,為4056.9 m3/min?？傦L(fēng)量為工作面風(fēng)量與后通風(fēng)眼風(fēng)量的總和為4233.6 m3/min,采用總風(fēng)量進(jìn)行風(fēng)速驗(yàn)算。按照以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行風(fēng)量分配,進(jìn)風(fēng)側(cè)風(fēng)量配比為1∶1.5,回風(fēng)側(cè)風(fēng)量配比為1∶2。通過(guò)對(duì)工作面、工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷、輔助進(jìn)風(fēng)巷、輔助回風(fēng)巷風(fēng)速的驗(yàn)算表明,風(fēng)速均處于0.25～4 m/s內(nèi),滿足《煤礦安全規(guī)程》要求。由此確定,加長(zhǎng)工作面所需風(fēng)量為4056.9 m3/min (不包括后通風(fēng)眼風(fēng)量),較原有斜長(zhǎng)200 m工作面風(fēng)量3845.3 m3/min有所增大。

8 加長(zhǎng)工作面技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

加長(zhǎng)工作面大幅提高了工作面單產(chǎn),合理集中了生產(chǎn);降低了區(qū)段煤柱損失,提高了采區(qū)資源回收率;降低巷道掘進(jìn)率,減少礦井巷道掘進(jìn)工程量,緩解采掘接替緊張局面;減少礦井采區(qū)工作面?zhèn)€數(shù),降低工作面搬家倒面次數(shù)。

加長(zhǎng)綜放工作面經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算以本礦即將開(kāi)采的走向長(zhǎng)度792 m的3210工作面為例,將現(xiàn)設(shè)計(jì)工作面斜長(zhǎng)250 m與原設(shè)計(jì)工作面斜長(zhǎng)200 m的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對(duì)比分析。

(1)掘進(jìn)費(fèi)用。加長(zhǎng)綜放面綜掘噸煤成本為10.57元/t,而普通綜放面綜掘成本為12.68元/t,故布置超長(zhǎng)綜放面比普通綜放面噸煤降低2.11元/t,按照礦井產(chǎn)量3 Mt/a計(jì)算,年可節(jié)約成本633萬(wàn)元。

(2)回采費(fèi)用。包括材料費(fèi)用、設(shè)備檢修費(fèi)。超長(zhǎng)綜放面比普通綜放面每年節(jié)約坑木噸煤成本0.10元/t。

(3)搬家倒面費(fèi)用。采用加長(zhǎng)綜放面比普通綜放面每年減少搬家倒面0.64次,年節(jié)約192萬(wàn)元,噸煤成本降低0.64元/t。

(4)資源效益。采用加長(zhǎng)工作面減少區(qū)段煤柱與端頭放煤損失,共多采原煤131.79 kt,增加產(chǎn)值3953.7萬(wàn)元,實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)790.74萬(wàn)元(按煤價(jià)300元/t售價(jià),60元/t利潤(rùn)計(jì)算)。按礦井3 Mt/a產(chǎn)能計(jì)算,煤炭回收可實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)336.96萬(wàn)元/a。

綜合上述4項(xiàng),以礦井產(chǎn)量3 Mt/a計(jì)算,采用超長(zhǎng)綜放面比普通綜放面可增加經(jīng)濟(jì)效益1191萬(wàn)元/a。

9 結(jié)論

(1)通過(guò)采用兩套支架ZF7200/18/35與ZF6400/17/32混合配套所能滿足的工作面合理斜長(zhǎng)為250 m。

(2)加長(zhǎng)工作面綜放支架布置方式為, ZF7200/18/35綜放支架布置在工作面中部(129架),ZF6400/17/32綜放支架(33架)平均布置在工作面兩端。

(3)加長(zhǎng)工作面應(yīng)允許支架ZF7200/18/35與ZF6400/17/32前后錯(cuò)距約150 mm。

(4)工作面加長(zhǎng)后,應(yīng)采取增大超前支護(hù)強(qiáng)度及范圍、加強(qiáng)支架供液及管理、加強(qiáng)支架檢修、保證并適度提高安全閥開(kāi)啟壓力、實(shí)施初次來(lái)壓人工放頂、來(lái)壓期間加快工作面推進(jìn)速度減少放煤高度、加強(qiáng)煤壁片幫防治、停采期間注意加強(qiáng)支護(hù)減少控制距等圍巖綜合技術(shù)措施,保障工作面安全高效開(kāi)采。

(5)工作面加長(zhǎng)后,瓦斯涌出量增大,加長(zhǎng)工作面所需風(fēng)量為4056.9 m3/min,大于原有斜長(zhǎng)200 m工作面風(fēng)量3845.3 m3/min。

(6)加長(zhǎng)工作面,具有良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益,噸煤成本可降低3.97元/t,年增加效益1191萬(wàn)元。

[1] 郭金剛.超長(zhǎng)綜放工作面關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)施效果[J].中國(guó)煤炭,2002(2)

[2] 邢平偉,宋選民,付玉平等.神東大采高超長(zhǎng)工作面礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度預(yù)測(cè)研究[J].中國(guó)煤炭,2009(8)

[3] 王振軍,張忠溫.年產(chǎn)千萬(wàn)噸300 m長(zhǎng)綜放工作面開(kāi)采技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2014(3)

[4] 王慶雄,鞠金峰.450 m超長(zhǎng)綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2014(3)

[5] 張飛,張巍,孫建嶺等.超長(zhǎng)綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究[J].煤炭工程,2009(12)

[6] 曹勝根,張東升,杜衛(wèi)新.超長(zhǎng)綜放工作面開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)[J].礦山壓力與頂板管理,2003(4)

[7] 趙國(guó)棟.大采高長(zhǎng)工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及支架適應(yīng)性研究[J].煤炭工程,2013(1)

[8] 宋選民,顧鐵鳳,閆志海．淺埋煤層大采高工作面長(zhǎng)度增加對(duì)礦壓顯現(xiàn)的影響規(guī)律研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007(增2)

[9] 師文林,羅善明.超長(zhǎng)綜放工作面國(guó)產(chǎn)設(shè)備的選型配套研究[J]．煤炭學(xué)報(bào),2000(2)

[10] 張開(kāi)智,高延法,夏均民等.300 m超長(zhǎng)綜放工作面整體頂梁支架受力及參數(shù)分析[J].煤炭學(xué)報(bào), 2004(2)

[11] 張先塵,劉武皓.綜采工作面長(zhǎng)度綜合優(yōu)化方法的研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1983(3)

[12] 伊茂森.神東礦區(qū)淺埋煤層大采高綜采工作面長(zhǎng)度的選擇[J].煤炭學(xué)報(bào),2007(12)

[13] 潘黎明.采高與工作面長(zhǎng)度對(duì)淺埋煤層礦壓顯現(xiàn)的影響[D].北京:煤炭科學(xué)研究總院,2013

[14] 劉全明.大采高綜放工作面長(zhǎng)度的空間效應(yīng)初探[J].煤礦開(kāi)采,2010(3)

(責(zé)任編輯 張毅玲)

Feasibility research on the lengthened fully mechanized top-caving face under the limited conditions

Shen Xiuqi1,Zhang Junpeng1,Pan Liming2,Wang Dongpan2
(1.Shanxi Huoerxinhe Coal Industry Co.,Ltd.,Changzhi,Shanxi 046600,China; 2.Department of Coal Mining and Design,Tiandi Science and Technology Co.,Ltd., Chaoyang,Beijing 100013,China)

Theory analysis,actual measurement analysis,numerical simulation and analogy analysis were adopted to determine the reasonable face length decided by the mixed matching of two different types of hydraulic supports.Then the lengthened face were comprehensively analyzed from several aspects such as supports arrangement form,equipment size matching,surrounding rock control,ventilation volume and technical and economic benefits.The research results showed,the reasonable face length was 250 m;the supports arrangement form was that higher supporting intensity supports were set in the middle of the face,and the lower were set in the both ends;in the condition of straight coal wall and scraper conveyor,the distance between the front pillar sockets of two types of supports should be allowed to be 150 mm.Much more attentions should be paid on the surrounding rock control when the lengthened face was carried out,and the ventilation volume of lengthened face should be 4056.9 m3/min.The cost would be reduced 3.97 yuan per ton,and the annual income would increase 11.91 million yuan.

lengthened fully mechanized top-caving face,limited condition,feasibility analysis,supporting intensity,ventilation volume

TD823.83

A

申秀頎(1968－),男,山西長(zhǎng)子人,工程師,長(zhǎng)期從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作。