边角煤开采工艺的选择

摘 要：针对国内边角煤开采现状，根据目前最常用的三种边角煤开采工艺，“弧形”工作面开采、综采工作面转角开采、短壁开采，提出梯形边角煤模型，利用数学规划理论从高回收率的角度建立回收率的目标函数和梯形几何参数的约束函数。通过对梯形边角煤几何参数的分析研究，比较在不同开采工艺下边角煤的回采率，有助于煤矿在同等条件下优先选择高回收率的开采工艺，提高矿井的采出率和经济效益。

关键词：边角煤；回采率；开采工艺；优化；工作面

中图分类号：TD8文献标识码：A文章编号：1673-0992（2011）01-0395-01

1. 开采方式的选择

ケ呓敲旱男巫创蠖辔弧三角形,煤层的平面投影一般为任意四边形,简化为图1所示模型.

ね1 边角煤储量计算模型

ゴ由贤伎芍，四边形的面积:

S=(AB•GB+FC•CE+FH•GH)2+GH•GB

ッ翰愕拿婊:

S1=S/cosα

ケ呓敲捍⒘:

Q=r•S1•H

テ渲,α为煤层倾角；H为煤层厚度；r为容重。

2.1 综合设备配套的“弧形”工作面开采工艺

ァ盎⌒巍惫ぷ髅媸侵附轨道顺槽沿边角煤的边界布置,形状近似为弧三角形,两顺槽布置成一定角。在I区上顺槽内侧,沿工作面推进方向,顺序开挖若干个支架边窝.采用“取消端头支架,采用简易机头实现快速增、撤支架”的布架方式，保证矿井安全[3]。

2.2综采工作面转角开采工艺

ヒ蚬ぷ髅媸紫瓤采圆弧部分煤体,为了增加圆弧部分推进速度,采煤机需进行有规律的短刀切割。以工作面输送机允许的最大弯曲角度为限,把工作面看做若干个小三角煤的组合,因此,只要根据工作面长度和每个循环进度,就可确定每一进度内的工作面旋转角度和采煤机的割煤起点与终点

2.3 短壁开采工艺

ブ飨锏ハ锊贾茫在主巷两侧直接布置与主巷成35°~ 45°角的工作面回采。在开采工艺上，采宽的确定取决于采硐宽度、采硐长度及隔离煤柱宽度。采硐间隔离煤柱仅起临时支撑采硐顶板、保证开采工艺[6]正常进行的作用。

2. 三种回采工艺的优化

ジ据数学规划的理论，在保证安全的前提下，如何尽可能多地回采边角煤是优化目标，以此建立目标函数[9]。回采率受到巷道尺寸、地质条件等因素的影响，这里公从边角煤的几何形状来考虑，并以此建立约束函数。由回采公式,易知，在可采储量、煤层倾角、厚度为常量时，回采面积越大，回采率越高。

3.1 利用“弧形”工作面开采工艺时目标函数

ト缤5所示，阴影部分为可回采边角煤的面积：

f1(α,β,l,h)=1-l02(cotα+cotβ)2S

テ渲校f1(α,β,l,h)为“弧形”工作面回采时的回收率；S为梯形水平投影的面积；l0为切眼和停采线长度；α,β分别为上顺槽和下顺槽的夹角：

S=12h2l-hsin(α+β)sinα sin β

ね2 利用“弧形”工作面开采工艺时示意图

3.2 综采工作面转角开采工艺回采时目标函数

ト缤6所示，当边角煤为梯形时，在I区，III区利用综采工作面转角回采，从斜边开始成弧形回采，在II区按正常回采工艺回采。阴影部分面积为可采煤炭面积。

f2(α,β,l,h)=2c3h+π2-αh2+π2-βh22S

テ渲校f2(α,β,l,h)为综采工作面转角开采工艺时的回收率；S为梯形水平投影的面积；h为水平上顺槽到下顺槽的水平距离；c3为水平上顺槽的长度：

c3=l-h(cotα+cosβ)

2.4 整体优化

ノ实现全面安全高效矿井的最优化目标，作如下权重：

P0=ω1f+ω2S+ω3F

テ渲校f表示回采率，S表示安全约束，F表示投资成本；ω1,ω2,ω3分别表示回采率，安全约束，投资成本的权重，ω∈[0,1]；ω权值可根据不同矿井开采技术水平和设备条件等实际情况而定。

3. 工程应用

ベ鹂蠹团煤业公司南屯煤矿边角煤3317工作面煤层平均厚度592 m,煤层倾角为7°，煤容r为1•3t•m-3, L1=229m,L2=132 m,L3=359m,α=35°,β=24°，l=L1+L2+L3=229+132+359=750m,工作面最大长度h为160m。

ゲ捎谩盎⌒巍惫ぷ髅婵采时值最大，再根据南屯煤矿的实际设备技术情况，采用“弧形”工作面开采时能取得最好的经济效益。

4. 结论

ケ疚耐ü对边角煤形状的简化，建立梯形模型，优化现有开采方式，减少煤柱留设，提高煤炭回采率。建立了以回采率为目标函数，以梯形的几何参数为约束条件的函数，比较三种开采工艺下的回采率，得到高回采率的开采方式。提出含有回采率、安全约束和投资成本权重的最优化函数，但安全约束、投资成本与边角煤形状的关系有待于进一步研究。

参考文献：

[1]齐立伟,纪 涛.软岩顶板下的边角煤开采技术探讨[J]. 煤，1992,8（2）.

[2]谢强珍,张云宁,刘明旺.采区边角煤开采技术方案探讨［J］.山东煤炭科技,2004,(2).

[3]叶根喜,姜福兴,刘鹏亮,等.边角煤高回收率高效开采工艺设计与优化[J]. 北京科技大学学报,2007,29(7).

[4]李 伟,籍志强,聂启胜综采工作面转角开采新工艺的应用[J].煤，2004, 13(1）.