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(tuán)霍洛灣煤礦，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000;2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)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(tuán)霍洛灣煤礦，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000;2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古包頭 014010)

針對(duì)綜放開采采放比對(duì)工作面采出率及煤質(zhì)的重要性，通過實(shí)驗(yàn)室相似材料模擬實(shí)驗(yàn)，以內(nèi)蒙古某礦條件為研究對(duì)象，對(duì)不同采放比進(jìn)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(shù)據(jù)。

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(jī)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(yōu)勢(shì)的一種新型采煤方法。我國(guó)大同塔山、平朔安家?guī)X、潞安屯留煤礦開采實(shí)踐表明:采用大采高綜放開采，可以采放相對(duì)平衡，縮短放煤時(shí)間;增大采場(chǎng)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(jī)，有利于快速放煤，提高煤炭產(chǎn)量;有利于提高綜放回采高度上限;加大工作面通風(fēng)斷面，有利于瓦斯的稀釋。因此，大采高綜放開采是實(shí)現(xiàn)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(guó)內(nèi)有一定發(fā)展，但其相應(yīng)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(guī)程》第六十八條規(guī)定:采放比嚴(yán)禁大于1∶3，沒有更加精確數(shù)據(jù)參考。

本文采用相似模擬實(shí)驗(yàn)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(shù)數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 煤層條件

內(nèi)蒙古某煤礦煤層產(chǎn)狀平緩，裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shù)f=1.8，直接頂f=5.7，直接底f=4.2。

2 實(shí)驗(yàn)室相似模擬實(shí)驗(yàn)

2.1 理論基礎(chǔ)

模型實(shí)驗(yàn)方法，是以相似理論為依據(jù)建立模型，通過模擬試驗(yàn)得出某些量間的變化規(guī)律，進(jìn)而應(yīng)用到實(shí)際對(duì)象上［2］。欲使模型與實(shí)體相似，必須滿足各對(duì)應(yīng)量成一定比例關(guān)系及各對(duì)應(yīng)量所組成的數(shù)學(xué)物理方程相同。具體說來(lái)，要保證模型和實(shí)體下列三方面相似:

1)幾何相似

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

2)運(yùn)動(dòng)相似

要求模型與實(shí)體所有各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況相似。即要求備對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度、加速度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間等都成一定比例。

3)動(dòng)力相似

要求模型與實(shí)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(shí)驗(yàn)研究，為了掌握大采高綜放工作面對(duì)同一厚度煤層不同采放比的放煤效果，運(yùn)用物理相似模擬實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行大采高放頂煤開采模擬，通過在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出有一定相似比的模型，模擬實(shí)際采礦環(huán)境，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與測(cè)出的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)比采出率及含矸石率，得出適合于現(xiàn)場(chǎng)條件下的采放比。

2.3 散體模型實(shí)驗(yàn)方案

為完成上述研究?jī)?nèi)容，本研究共制作了5臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，模型架尺寸為長(zhǎng)120 cm，寬4.5 cm，高度82 cm?，F(xiàn)場(chǎng)所用放頂煤支架的寬度為1.5 m.綜合考慮研究?jī)?nèi)容及鋪設(shè)的模型尺寸，減少邊界效應(yīng)，使模型架的寬度為3個(gè)模擬支架的寬度。采用的相似比分別為幾何相似常數(shù):αL=1∶100;容重相似比數(shù):CY=1.5;強(qiáng)度相似數(shù):C=150;動(dòng)力相似常數(shù):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(biāo)志層石子;直接頂?shù)纳舷聦游贿x用不同粒徑和不同顏色石子，分別為紅色和白色，便于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀測(cè)與數(shù)據(jù)測(cè)量;基本頂選用大塊度青色石子。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)支架位態(tài)觀測(cè)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了不同支架支護(hù)高度和掩護(hù)梁角度的低位放頂煤模擬支架，分別模擬機(jī)采面高度為 3.0，3.5，4.0，4.5 和5.0 m，共 5臺(tái)模型［3］。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)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(duì)比見表1所示。

表1 采出率對(duì)比

圖1 同厚煤層不同采放比的實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jù)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(rèn)為采放比在1.15±0.25時(shí)，采煤效果好。

然而在同樣的低位放頂煤的條件下，機(jī)采面高度大的在放煤時(shí)相當(dāng)不占優(yōu)勢(shì)，如圖1(e)若此時(shí)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(jù)放煤口位置，從而提高采出率，減小放煤含矸率。

4 結(jié)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(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為大采高綜放工作面的采放比選取提供一定的技術(shù)數(shù)據(jù)依據(jù)。

2)采放比過小或者是機(jī)采面高度大時(shí)低位放頂煤是否會(huì)造成含矸率過大，研究中未就此問題進(jìn)行相似模擬實(shí)驗(yàn)，有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)比較論證。

［1］ 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(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003

［4］ 王君.厚煤層大采高綜放開采的煤層冒放規(guī)律及放煤工藝參數(shù)研究［D］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)碩士學(xué)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(nèi)蒙古呼和浩特人，神東天隆集團(tuán)霍洛灣煤礦生產(chǎn)辦技術(shù)員。