薄煤層綜采工作面合理長(zhǎng)度的探討與研究

單天琦　靳遠(yuǎn)志　姜輝

摘 要：工作面長(zhǎng)度的大小是高產(chǎn)、高效的重要因素。在合理的范圍內(nèi)增加工作面長(zhǎng)度能夠?qū)崿F(xiàn)日產(chǎn)量的增加。為了確定薄煤層綜采工作面的長(zhǎng)度的大小，首先根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)確定工作面的長(zhǎng)度，其次根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益得到了產(chǎn)量、刀數(shù)與工作面長(zhǎng)度大小之間的函數(shù)關(guān)系式，得到在三種煤層條件下工作面最合適的長(zhǎng)度。為薄煤層綜采工作面的最佳長(zhǎng)度范圍提供了參考。

關(guān)鍵詞：薄煤層；綜采工作面；合理長(zhǎng)度；地質(zhì)條件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.115

目前我國(guó)的薄煤層的儲(chǔ)量占我國(guó)已探煤層的百分之22，煤質(zhì)普遍較好，做好薄煤層綜采具有重大意義，但是薄煤層工作面受兩個(gè)因素影響一個(gè)是地質(zhì)條件，一個(gè)是經(jīng)濟(jì)因素；單純加大工作面長(zhǎng)度，目前的技術(shù)條件能力受到限制。作者試圖通過(guò)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)行比較和探討，最終確定薄煤層工作面的最合理長(zhǎng)度，為我國(guó)薄煤層綜采采提供一個(gè)科學(xué)依據(jù)。

1 依據(jù)地質(zhì)條件和技術(shù)特點(diǎn)確定薄煤層工作面最佳長(zhǎng)度

1.1 地質(zhì)條件

地質(zhì)條件是影響薄煤層開(kāi)采的最重要的因素之一。一些大斷層等地質(zhì)構(gòu)造極大地影響了施工的難度；小而多的斷層構(gòu)造也是影響工作面現(xiàn)場(chǎng)的支護(hù)、生產(chǎn)，工作面長(zhǎng)度越大，含有的斷層等構(gòu)造就越多，工作面就越難退，工作面的支護(hù)也承載很大壓力；另外頂板存在破碎、二合頂?shù)惹闆r也極大地限制了推進(jìn)的速度。因此，以上幾個(gè)方面，都直接制約了薄煤層工作面長(zhǎng)度的選擇。

根據(jù)目前我國(guó)的地質(zhì)構(gòu)造條件和現(xiàn)有的薄煤層開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)可知，傾角在5°～25°之間的薄煤層綜采工作面的最佳范圍是120～150米。煤礦地質(zhì)條件比較惡劣，技術(shù)能力比較差的礦井可以取較大值。傾角大于25°的時(shí)候，根據(jù)地質(zhì)條件的變化適當(dāng)?shù)臏p小工作面的開(kāi)采長(zhǎng)度。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

技術(shù)特點(diǎn)主要包括回采方法、裝備水平、管理能力?；夭煞椒ǖ倪x擇，直接關(guān)系到薄煤層綜采工作面的長(zhǎng)度。影響工作面長(zhǎng)度的設(shè)備因素主要有采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架。輸送機(jī)的運(yùn)輸能力工作面的長(zhǎng)度增加而減小，發(fā)生機(jī)電事故的概率隨面長(zhǎng)增加而增加，如果面長(zhǎng)設(shè)計(jì)的過(guò)長(zhǎng)，日進(jìn)倒數(shù)減少，推進(jìn)能力下降，還會(huì)引起頂板變化，加大了支護(hù)的難度，有可能發(fā)生頂板漏頂事故?？偟膩?lái)說(shuō)，我們?cè)陂_(kāi)采過(guò)程中要及時(shí)拉架，隨時(shí)觀察頂板變化，把工作面長(zhǎng)度控制在120～160米之間，技術(shù)能力都能夠適應(yīng)。

2 依據(jù)經(jīng)濟(jì)條件確定工作面長(zhǎng)度

薄煤層綜采工作面的經(jīng)濟(jì)條件包括工作面日產(chǎn)量Qr、日進(jìn)刀數(shù)N和工作面的效率P等，根據(jù)工作面的具體情況，可得到產(chǎn)量高、效益好的最佳薄煤層綜采工作面長(zhǎng)度。

根據(jù)工作面日產(chǎn)量Qr和工作面長(zhǎng)度L之間的關(guān)系式，用數(shù)學(xué)分析法，也可以分析出經(jīng)濟(jì)上最佳的工作面長(zhǎng)度。

Qr={TK/[（L-1）（1/vc+1/vk）+t3]}LMBRC

式中 T-全日，1440min；

K-采煤機(jī)日開(kāi)機(jī)率，%；

l-工作面端部采煤機(jī)斜切進(jìn)刀長(zhǎng)度，m；

vc-采煤機(jī)割煤時(shí)牽引速度，m/min；

vk-采煤機(jī)反向空牽引或清浮煤、割底煤時(shí)的牽引速度，m/min；

t3-采煤機(jī)反向操作和進(jìn)刀所需時(shí)間，min；

M-工作面采高，m；

B-循環(huán)進(jìn)度，即采煤機(jī)截深，m；

R-工作面煤的密度，t/m3

C-工作面采出率，取0.95～0.97。

每日割煤刀數(shù)N可表示為

N= TK/[（L-1）（1/vc+1/vk）+t3]

工作面中工人數(shù)目可分為隨工作面長(zhǎng)度變化而變化的人員數(shù)e和工作面長(zhǎng)度變化無(wú)關(guān)的固定人數(shù)f兩部分，故出勤總?cè)藬?shù)D=eL+f，工作面的效率P可表示為

P=Qr/D

對(duì)于某一特定工作面，可測(cè)定和統(tǒng)計(jì)出各參數(shù)，然后以工作面長(zhǎng)度為自變量，將各參數(shù)分別帶入以上各式，并可作出Qr=f（L）、N=f（L）、P=f（L）三條曲線（如圖1所示），可見(jiàn)，產(chǎn)量、日割煤刀數(shù)、效率的增加都只是在工作面一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)，超過(guò)這個(gè)范圍反而會(huì)下降。

1—N=f（L）；2—Qr=f（L）；3—P=f（L）

3 結(jié)論

（1）根據(jù)薄煤層綜采工作面的地質(zhì)條件，結(jié)合本煤礦具體的生產(chǎn)時(shí)間經(jīng)驗(yàn)得出薄煤層綜采工作面（緩傾斜）長(zhǎng)度應(yīng)在120～150米之間。

（2）從設(shè)備工藝、技術(shù)特點(diǎn)等方面進(jìn)行分析，工作面長(zhǎng)度為140～170米之間。

（3）分析了工作面日產(chǎn)量、日割煤刀數(shù)、工作面效率、開(kāi)機(jī)率與工作面長(zhǎng)度的關(guān)系，得出工作面長(zhǎng)度與工作面日產(chǎn)量成正比，與日割煤刀數(shù)和開(kāi)機(jī)率成反比，工作面效率呈現(xiàn)先增大再減小的拋物線形狀變化。所以具體的薄煤層綜采工作面長(zhǎng)度可以通過(guò)將數(shù)據(jù)代入公式得出具體的薄煤層綜采工作面的最佳長(zhǎng)度。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)翁扃?989-），男，山東棗莊人，學(xué)士，采礦助理工程師，現(xiàn)任技術(shù)員，主要從事薄煤層開(kāi)采與安全方面的研究。