胡光華，邊樹鵬

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

隨著我國煤炭工業(yè)的發(fā)展、煤炭生產(chǎn)科技的進步以及開采條件復(fù)雜程度等的不斷變化，合理把握開拓煤量、準(zhǔn)備煤量、回采煤量(簡稱“三量”)可采期可以解決工作面生產(chǎn)接續(xù)問題。目前，國內(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。中國礦業(yè)大學(xué)卞正富等[1]在總結(jié)我國現(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]針對我國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)及儲量管理的實踐,對“三量”合理可采期進行了較詳盡的探討,提出“三量”管理應(yīng)將“三量”綜合考慮以保證采掘接續(xù)的正常進行。彭楊皓等[4]研究了瓦斯抽放對礦井“三量”可采期的優(yōu)化作用，通過實施瓦斯的綜合抽放和編制合理的采掘接替計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)實際的“三量”關(guān)系。呂子輝等[5]對影響三個煤量可采期的相關(guān)因素和可采期確定方法進行了分析，重新研究制定了合理的“三量”可采期。

針對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反映礦井接替情況的問題，考慮瓦斯預(yù)抽和揭煤預(yù)抽時間的“三量”可采期的計算，并通過公式推導(dǎo)將工作面生產(chǎn)接續(xù)分為3個階段，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50年代在我國開始使用以來，一直是我國煤炭開采的重要技術(shù)發(fā)展方向。無煤柱沿空留巷在提高煤炭采出率、瓦斯抽采及卸壓開采等方面具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢，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個方面：1) 無煤柱沿空留巷能夠提高煤炭采出率、降低巷道掘進率、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) 沿空留巷可實現(xiàn)無煤柱連續(xù)卸壓開采，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)生的沖擊地壓等動力災(zāi)害。

為了回收傳統(tǒng)采礦方式中留設(shè)的保護煤柱，沿空留巷采用一定的技術(shù)手段將上一區(qū)段的順槽重新支護留給下一個區(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)系見圖1.

注：T′m包含T′o與T′c圖1 沿空留巷工作面采場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)試時間，月，包含于T′m；

T′c—瓦斯抽放時間，月，包含于T′m；

T′m0—冗余時間，月；

l′1—停采線總長度，m；

l′2-l′1—采煤工作面(或開切眼)長度，m；

L′—沿空留巷工作面掘進總長度，m.

T′h—回采煤量合理可采期，月；

V′J—回采巷道平均掘進速度，m/月。

圖1a)為掘進完成時間(t′J1-t′J0)與設(shè)備安裝調(diào)試以及瓦斯抽放時間(T′m)之和為回采工作完成的時間，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)為掘進工作的時間(t′J1-t′J0)與設(shè)備安裝調(diào)試以及瓦斯抽放時間(T′m)之和小于回采工作面完成時間(T′C0)，這樣井下生產(chǎn)工作空余出等待時間，增加順槽維護成本；圖1c)為掘進工作的時間(t′J1-t′J0)與設(shè)備安裝調(diào)試以及瓦斯抽放時間(T′m)之和大于回采工作面完成時間(T′C0)，此種情況對回采工作的正常進行產(chǎn)生負面影響，使得回采工作結(jié)束后無法立即進行下一階段的回采工作，造成一定的經(jīng)濟損失。

2 考慮揭煤預(yù)抽時間的準(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—每形成萬噸準(zhǔn)備煤量所需掘進準(zhǔn)備巷道的長度，m/萬t；

Vz—月掘進準(zhǔn)備巷道的速度，m/月；

Qzi—第i個計劃接替采區(qū)的準(zhǔn)備煤量，萬t；

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

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

需注意以下幾點：

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

2) 無論是計算上限值還是計算下限值，都必須與生產(chǎn)計劃密切結(jié)合。

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

準(zhǔn)備過程的接替工序關(guān)系見圖2.

圖2 準(zhǔn)備過程接替工序關(guān)系圖

圖2a)代表準(zhǔn)備過程接續(xù)正常，即上一階段掘進完成的時間(TJ1-TJ0)加上(Tz0+Tz1+Th)的時間點正好對應(yīng)下一階段掘進工作完成的時間TJ3，這是最理想的工作狀態(tài)。圖2b)中接續(xù)工作雖然正常，但掘進工作的時間(TJ1-TJ0)加上(Tz0+Tz1+Th)的時間點小于下一階段掘進工作完成的時間TJ3，這樣會產(chǎn)生一個空閑的等待時間Tmz，此種情況雖不影響下一階段的掘進工作，但等待的時間過長會增加巷道的維護成本。圖2c)中接續(xù)工作不正常，它的掘進工作時間(TJ1-TJ0)加上(Tz0+Tz1+Th)的時間點大于下一階段掘進工作完成的時間TJ3，超出的時間為T′mz，此種情況對下一階段掘進工作的正常進行產(chǎn)生負面影響，造成一定的經(jīng)濟損失。

3 考慮揭煤預(yù)抽時間的開拓煤量可采期

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

(5)

式中：

Tkmin—開拓煤量可采期的下限值，年；

Ak—每形成萬噸開拓煤量所需掘進開拓巷道的長度，m/萬t；

Vk—月掘進開拓巷道的速度，m/月；

Qki—第i個計劃接替采區(qū)的開拓煤量，萬t；

Tj—礦井基建時間，月；

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

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

Tz3—對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)抽時間，月；對于一般不需揭煤預(yù)抽的礦井，此項忽略。

需注意以下幾點：

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

2) 無論是計算上限值還是計算下限值，都必須與生產(chǎn)計劃密切結(jié)合。

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

開拓過程的接替工序關(guān)系見圖3.

圖3 開拓過程接替工序關(guān)系圖

圖3a)代表開拓過程接續(xù)正常，即上一階段開拓完成的時間(TJ1-TJ0)加上(Tk0+Tz2+Tz3+Th+Tz)的時間點正好對應(yīng)下一階段開拓工作完成的時間TJ3，這是最理想的工作狀態(tài)。圖3b)中接續(xù)工作雖然正常，但開拓工作的時間(TJ1-TJ0)加上(Tk0+Tz2+Tz3+Th+Tz)的時間點小于下一階段掘進工作完成的時間TJ3，同樣會產(chǎn)生一個空閑的等待時間Tmn，此種情況雖不影響下一階段的開拓工作，但等待的時間過長會增加巷道的維護成本。圖3c)中接續(xù)工作不正常，它的開拓工作時間(TJ1-TJ0)加上(Tk0+Tz2+Tz3+Th+Tz)的時間點大于下一階段開拓工作完成的時間TJ3，超出的時間為T′mn，此種情況對下一階段開拓工作的正常進行產(chǎn)生負面影響，造成一定的經(jīng)濟損失。

4 結(jié) 論

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

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