浅谈矿业采煤仿真技术的发展及应用

摘 要 矿井开拓对金属矿山或采煤矿井的生产建设的全局有重大而深远的影响，它不仅关系矿井的基建工程量，初期投资和建井速度，更重要的是将长期决定矿井的生产条件、技术经济指标。本文就从矿井采煤仿真技术的发展与应用展开讨论研究。

关键词 井筒断面 通风系统 系统设计

中图分类号：TP391 文献标识码：A

1井田地质、老窑及水文对开采的影响

煤层埋藏较深，除正在生产的立式煤矿外，区内无小窑开采。影响采区布置和煤层开采的主要构造因素是断层，其次是褶曲。除边界断层外，区内主要断层方向呈北东向，采区布置应与主要断层平行，但在采掘时还应综合分析物探资料，注意近东西和北西向断距较小的断层。断层附近岩层不完整，岩石破碎，易冒顶，片帮，开掘时应加强支护以保安全，另外还应防止断层导水。

在向斜轴部和转折端，因局部应力集中，节理发育，造成煤层顶底板的岩体的破坏，使其稳定性变差，因此采掘时亦应加强支护，主要岩巷亦应避开这些部位布置，以减少支护的困难。

陷落柱周围的煤、岩层，因柱体向下塌陷，周围产生大量节理，煤层产状也发生变化，甚至伴有小断层出现，因此采掘中应注意顶板支护。在采掘时还应防止导水，以防万一。

2井筒断面形状和布置形式

井筒断面形状主要根据井筒的用途、服务年限、穿过的岩层性质、选择的支护材料，及施工方法等因素确定。

我国的矿井中，立井井筒断面大多选用圆形，只有少数小型矿井选用矩形。

圆形断面常采用混凝土、料石或混凝土喷砼支护，具有服务年限长、承受地压性能较好、生产期间支护不需要或很少需要维修、通风阻力小，以及便于施工等一系列优点，因此，服务年限在10年以上的矿井都采用圆形断面。其主要缺点是断面利用率较差。

3矿井通风系统的选择

矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的进、回风井的布置方式，主要通风机的工作方法，通风网络和风流控制设施的总称。

按进回风在井田内的位置不同，通风系统可分为中央式，对角式，混合式，下列是各种通风系统的适用条件及其优缺点。

中央并列式：出风井与进风井大致布置在井田中央，由主井兼作回风井或专设中央风井。适用于煤层倾角较大，走向不长（一般小于4Km左右），投产初期尚末设置边界安全出口，且自然发火不严重的矿井。

优缺点：（1）初期投资少，采区生产集中，且矿井反风容易，便于管理。（2）节省风井工业场地，占地少，护井煤柱少。（3）进出风井之间漏风比较大，风路长，阻力大。（4）工业场地有噪音影响。

4矿井排水仿真系统设计

4.1井下涌水情况

4.1.1集中排水系统

单水平开拓，可将全部井巷的涌水集中于水仓内，然后用水泵将水仓的水直接排至地面。多水平开拓时，如果上水平涌水量不大，没有必要单独设置排水系统时，可将上水平的水引到下水平的水仓内，然后由下水平的排水设备，直接排至地面。本系统开拓量小，管道敷设简单，基建费用低又便于管理。

4.1.2分段排水系统

当单水平开拓较深，排水所需压头超过了水泵可能产生的扬程时，可采用分段排水系统，先将涌水排至井筒中间水仓，然后再由中间泵房的水泵将其排至地面。该方法简单，对水泵和管路无特殊要求。

4.2中央水泵房和水仓的位置及水仓清理方法

中央水泵房应于中央变电所联合布置，以便使主便电所向排水泵房的供电距离最短。这两个硐室通常联合布置在副井井筒与井底车场连接处附近。水仓由两条独立的巷道组成，入口一般设在空车线标高最低点处。确定水仓入口时，应注意能使水仓装满水。矿井水仓的清理方式采用人工清理。

5井底仿真车场的设计

井底车场是连接井筒和井下主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称，是连接井下运输和井筒提升两个环节的枢纽。井下煤炭和矸石通过井底车场经井筒转运到地面，井上的材料和设备通过井底车场转运到井下各个地点。

井底车场形式的选择，选择井底车场形式受许多条件约束，例如地面工业场地的布局影响井底车场的形式与出口方向；井筒形式井筒与主要运输巷道的位置关系直接影响井底车场的形式。其它还有矿井生产能力服务年限等原因。本矿井年设计生产能力为300万t/年，第一水平井筒距运输大巷远，根据立井井底车场的形式，可选择环形刀式车场或折返尽头式车场。

6主要开拓巷道的选择

主要开拓巷道断面设计，主要是选择断面形状和确定断面尺寸，其合理与否直接影响到煤矿生产的安全和经济效果。设计的原则是，在满足安全与技术要求的条件下，力求提高断面利用率，缩小断面、降低造价并有利于加快方式速度。

我国煤矿巷道常用矿井基本巷道的断面形状是梯形和直墙拱形，其次是矩形；只是在某些特定的岩层或地压情况下，才选用不规则形、封闭拱形、椭圆形或圆形。本矿井井田由于服务年限长，围岩较稳定，所以，主要开拓巷道采用半圆拱形。

《煤矿安全规程》规定：巷道净断面，必须满足行人、运输、通风、安全设施、设备安装、检修和施工的需要。因此，巷道尺寸主要取决于巷道的用途；存放或通过它的机械、器材或运输设备的数量与规格；人行道宽度与各种安全间隙以及通过巷道的风量。

7研究结论及建议

本文在大量检索并阅读有关参考文献的基础上，对综采工作面大采高采煤方法在煤炭企业生产中的应用进行了深入的分析和研究，取得了一些有益的研究结果结论。

总之，在煤炭企业生产中，煤层厚度3～8m稳定煤层，结构一般较简单，允许的情况下应该优先考虑使用大采高采煤方法。

参考文献

[1] 张荣立，何国维.采矿工程设计手册[M].北京：煤炭工业出版社，2003.

[2] 煤炭工业部.煤炭工业矿井设计规范[S].北京：中国设计出版社，1999.

[3] 徐永昕.煤矿开采学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.

[4] 吴志羲.煤矿矿井开采设计手册[M].北京：煤炭工业出版社，2003.