D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.07.002 第29卷第7期 北京科技大学学报 Vol.29 No.7 2007年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ju.2007 边角煤高回收率高效开采工艺设计与优化 叶根喜1)姜福兴2)刘鹏亮3)冯增强)王道宗) 1)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教有部重点实验室，北京1000832)北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 3)煤炭科学研究总院开采分院，北京1000134)兖矿集团公司南屯煤矿，邹城273500 摘要针对国内边角煤的开采现状，提出了一套高回收率和高效率的开采工艺·用弧三角模型简化边角煤形状，提出了容 易实现综合设备配套的“弧形”工作面开采工艺·该工艺沿边界顺槽顺序开挖若干支架边窝，采用“取消端头支架，采用简易机 头实现快速增撒支架”的布架方式。利用数学线性规划理论，建立了回采效率的目标函数和安全、开采成本的约束函数，对关 键工艺参数进行了研究，得出一次增接支架数是优化核心的结论·通过优化分析，得出在高回收效率和低成本原则下的最优 方案。 关键词边角煤：工作面：开采工艺：工艺设计：方案优化 分类号TD214+.2 近年来，由于矿井的高强度开采，在采区边界遗 S1=S/cos a, 留了大量的边角煤资源：另外在老矿井中，或因特殊 边角煤储量： 开采遗留下了大片的保护煤柱，或因地表水文条件 0=S1 Hr 形城了大量煤炭的滞压山.据统计，仅兴隆庄煤矿 其中，a为煤层倾角；H为煤层厚度，m;r为容重， 就留有边角煤块段39个，可采储量达1274万t2] t'm-3. 我国煤炭资源日益枯竭，高效、安全地回收边角煤资 源，实现矿井可持续发展，已经是当前煤炭开采中一 项重要内容，目前开采边角煤的工作面一般是“台 阶”式布置，这种布置方式丢煤过多，还要开挖多个 掘进机出入巷道；而等长“旋转”工作面3]需要重 新设计“可变角导煤”装置，不易保证工作面的等长， 同时由于前三角点附近顶板受到反复支撑，很容易 图1边角煤储量计算模型 破坏顶板的完整性，通常顶板较为松散，易造成冒顶 Fig-1 Computation model of boundary coalpillar reserves 事故[].依据安全、高回收率、高效率的原则，结合 南屯煤矿3317工作面，地质储量为52.8万t, 边角煤的地质赋存条件，并考虑现有转运设备的技 两头损失的小三角形煤柱，储量分别为0,88万t和 术情况门，本文提出“弧形”工作面开采方案 1.2万t,回采率为0.8，则可采储量为40万t,该工 1 一般条件下边角煤赋存模型与开采 作面煤炭回收率为： 工艺 =Q1/Q×100%=40/52.8×100%=75.78%. 其中，Q1为可采储量，万t:刀为回收率 1.1边角煤赋存模型 1.2开采工艺设计 边角煤的形状大多为弧三角形，煤层的平面投 “弧形”工作面是指将轨道顺槽沿边角煤的边界 影一般为任意四边形，简化为图1所示模型 四边形的面积： 布置，形状近似为弧三角形，两顺槽布置成一定夹 S=(AB·GB+FC.CE+FH·GH)/2+GH·GB, 角，如图2所示，在I区上顺槽内侧，沿工作面推进 煤层的面积： 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， 收稿日期：2006-02-15修回日期：2006-04-05 如图3. 基金项目：国家自然科学基金重大国际合作项目(N。,50320120001) 作者简介：叶根喜(1981一)：男，博士研究生；姜福兴(1962一)，男， 教授，博士生导师
边角煤高回收率高效开采工艺设计与优化 叶根喜12） 姜福兴12） 刘鹏亮3） 冯增强4） 王道宗4） 1） 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 2） 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 3） 煤炭科学研究总院开采分院北京100013 4） 兖矿集团公司南屯煤矿邹城273500 摘 要 针对国内边角煤的开采现状提出了一套高回收率和高效率的开采工艺．用弧三角模型简化边角煤形状提出了容 易实现综合设备配套的“弧形”工作面开采工艺．该工艺沿边界顺槽顺序开挖若干支架边窝采用“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．利用数学线性规划理论建立了回采效率的目标函数和安全、开采成本的约束函数对关 键工艺参数进行了研究得出一次增接支架数是优化核心的结论．通过优化分析得出在高回收效率和低成本原则下的最优 方案． 关键词 边角煤；工作面；开采工艺；工艺设计；方案优化 分类号 TD214＋∙2 收稿日期：2006-02-15 修回日期：2006-04-05 基金项目：国家自然科学基金重大国际合作项目（No．50320120001） 作者简介：叶根喜（1981—）男博士研究生；姜福兴（1962—）男 教授博士生导师 近年来由于矿井的高强度开采在采区边界遗 留了大量的边角煤资源；另外在老矿井中或因特殊 开采遗留下了大片的保护煤柱或因地表水文条件 形成了大量煤炭的滞压［1］．据统计仅兴隆庄煤矿 就留有边角煤块段39个可采储量达1274万 t ［2］． 我国煤炭资源日益枯竭高效、安全地回收边角煤资 源实现矿井可持续发展已经是当前煤炭开采中一 项重要内容．目前开采边角煤的工作面一般是“台 阶”式布置这种布置方式丢煤过多还要开挖多个 掘进机出入巷道；而等长“旋转”工作面［3—5］ 需要重 新设计“可变角导煤”装置不易保证工作面的等长 同时由于前三角点附近顶板受到反复支撑很容易 破坏顶板的完整性通常顶板较为松散易造成冒顶 事故［6］．依据安全、高回收率、高效率的原则结合 边角煤的地质赋存条件并考虑现有转运设备的技 术情况［7］本文提出 “弧形”工作面开采方案． 1 一般条件下边角煤赋存模型与开采 工艺 1∙1 边角煤赋存模型 边角煤的形状大多为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． 四边形的面积： S＝（ AB·GB＋FC·CE＋FH·GH）／2＋ GH·GB 煤层的面积： S1＝S／cosα 边角煤储量： Q＝S1Hr． 其中α为煤层倾角；H 为煤层厚度m；r 为容重 t·m —3． 图1 边角煤储量计算模型 Fig．1 Computation model of boundary coa-l pillar reserves 南屯煤矿3317工作面地质储量为52∙8万 t 两头损失的小三角形煤柱储量分别为0∙88万 t 和 1∙2万 t回采率为0∙8则可采储量为40万 t．该工 作面煤炭回收率为： η＝ Q1／Q×100％＝40／52∙8×100％＝75∙78％． 其中Q1 为可采储量万 t；η为回收率． 1∙2 开采工艺设计 “弧形”工作面是指将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夹 角如图2所示．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 如图3． 第29卷 第7期 2007年 7月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．7 Jul．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．07．002
.656. 北京科技大学学报 第29卷 边窝N Ⅱ区 区 INL (N-I)L"4L 3L 2L L 图2“弧形”工作面的布置模型 Fig-2 Arc face model 边界颗槽 上顺槽 支架 撤下的支果 边窝预留支架 工作面 支 工作面支架一 图3取消端头支架、采用简易机头实现快速增、撒支架 Fig.3 Canceling face-end supports and adopting a simple conveyer in order to add or remove supports quickly 1.3边窝的开挖及支护要求 2.1目标函数量化10 为方便掘进机施工，边窝左侧壁与顺槽设计成 由回采效率公式P=Q1/T易知，在回收率一 一定的夹角，一般取140°以上，边窝处除了扩大原 定时，即可采储量为常量时，只要满足回采时间T 顺槽的锚、网、索支护范围外，还需要在边窝口增打 最小，回采效率就达到最高 若干单体液压支柱[8]，如图4. 在图2所示的I区： fi(n）=Bicot B 错索 液压支柱 Lo十(i1)nB1+t1,=1,…,N 60 Ve Tmcos (1) 左侧壁一 ● 其中，f:(n)为第i段的回采时间，d;n为一次增接 8 ●份 顺槽 支架数；B1为支架宽度，m;a为I区上顺槽与下顺 边窝 密 槽夹角；B为截深，m;Lo为切眼长度，m;t1为增一 次支架所耗工时，h;V。为满足采放平衡条件下的割 图4边窝处增打单体液压支柱支护 煤速度，mmin-l;N为增接支架次数；Tm为有效 Fig-4 Adding hydraulic prop to support top coal in a underground chamber 割煤时，hd1;中为煤层倾角 N=L1-Locot a (2) 2开采工艺方案的优化 nBicot a 其中，L1为I区工作面总推进长度，m 根据数学规划理论，在确保安全的前提下， 把式(2)代入式(1)整理得： 如何最大限度地提高回采效率，是优化的目标，并以 此建立目标函数；但回采效率却受到巷道尺寸、“三 n=之(= 三1 机“配套和开采成本的约束，也以此建立约束函数 (L1一Locot a)(L1十L0cota)cota_ 120 Ve Tm Bcos中
图2 “弧形”工作面的布置模型 Fig．2 Arc face model 图3 取消端头支架、采用简易机头实现快速增、撤支架 Fig．3 Canceling face-end supports and adopting a simple conveyer in order to add or remove supports quickly 1∙3 边窝的开挖及支护要求 为方便掘进机施工边窝左侧壁与顺槽设计成 一定的夹角一般取140°以上．边窝处除了扩大原 顺槽的锚、网、索支护范围外还需要在边窝口增打 若干单体液压支柱［8］如图4． 图4 边窝处增打单体液压支柱支护 Fig．4 Adding hydraulic prop to support top coal in a underground chamber 2 开采工艺方案的优化 根据数学规划理论［9］在确保安全的前提下 如何最大限度地提高回采效率是优化的目标并以 此建立目标函数；但回采效率却受到巷道尺寸、“三 机”配套和开采成本的约束也以此建立约束函数． 2∙1 目标函数量化［10］ 由回采效率公式 P＝ Q1／T 易知在回收率一 定时即可采储量为常量时只要满足回采时间 T 最小回采效率就达到最高． 在图2所示的Ⅰ区： f i（ n）＝ nB1cotα B × L0＋（ i—1） nB1 60V c T mcos● ＋t1i＝1…N （1） 其中f i（ n）为第 i 段的回采时间d；n 为一次增接 支架数；B1 为支架宽度m；α为Ⅰ区上顺槽与下顺 槽夹角；B 为截深m；L0 为切眼长度m；t1 为增一 次支架所耗工时h；V c 为满足采放平衡条件下的割 煤速度m·min —1 ；N 为增接支架次数；T m 为有效 割煤时h·d —1 ；●为煤层倾角． N＝ L1— L0cotα nB1cotα （2） 其中L1 为Ⅰ区工作面总推进长度m． 把式（2）代入式（1）整理得： T1＝ ∑ N i＝1 f i（ n）＝ （ L1— L0cotα）（ L1＋ L0cotα）cotα 120V c T m Bcos● — ·656· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第7期 叶根喜等：边角煤高回收率高效开采工艺设计与优化 .657. n(L-Locot a)Bicot aLLocot a) 式(3)中对应的计算值 120 Ve Tm Bcos nBicot 由式(3)分析可知，n越大，T1越小，P越大，即 K1-K2n十K3/n (3) 一次增接支架数越多，回采效率就越高。I,Ⅱ，Ⅲ 其中，T1为采完I区所用时间，d;K1、K2和K3为 区相关参数的量化如表1. 表1“弧形”工作面工艺参数量化 Table 1 The technological parameters of arc-face 参数名称 量化值 参数名称 量化值 边窝间距/m nBicot a 切眼、收尾长度/m40 增接支架次数 N=LI-Locot a 撒支架次数 M=(H40)cos8 nBicot a B3 左侧壁长/m cos Bzin.5-B sin40° 每次撒支架数 M=56 右侧壁长/m ↓，=B1msa+B2sina十0.5-B3 sin Ⅱ区回采时间/d HL2 T2=60VeTm Bcos 撒架间距/m l区回采时间/d T=L-40to)m3+H10m22 B3 B3 注：B2为支架长度，m:B3为上顺槽宽度，m:L2为Ⅱ区沿工作面推进方向长度，m:L3为Ⅲ区沿工作面推进方向长度，m;P为Ⅲ区顺槽倾 角；H为Ⅱ区工作面的水平投影长度，m;2为撒一次支架所耗工时，h 2.2约束函数量化 (x-B3/cos=0 2.2.1安全约束 得到x=B3/cos中，即： 从安全角度考虑，最大悬顶长度一般要控制在 no=(B3-0.5)cos a/B1 (9) 9m之内，同时考虑避免边窝因重叠而形成的大面 其中，0为满足成本最低条件下一次增接支架数； 积悬顶[8)，有下面约束关系： H。为割煤高度，m, nBicosaBzsina0.59 cos 因为其二阶导数dF/x2>0,所以，x= nBcosBasinsin40'sin0.5B B3/cos中是F的极小值，即说明函数F在(0， sin40°cos中 B3/cos中)内递减，在(B3/cos中，9)内递增，即有： (4) n=0时，投资成本最低： 解得安全约束下n的范围为： nno时，回采效率随n的增大而增大，投资 9cos0.5-B2sina 成本随n的增大而减小. Bicos a (5) 如果n的范围在式(5)结果的范围之内，可按 2.2.2成本约束 四舍五入的原则取值， 以边窝开挖工程量作为成本约束，有： 2.3整体优化 F=SHeN/cos中 (6) 2.3.1优化分析 s=f(x)= 从回采总时间T=T1十T2十T3中可以得出， 0.5(cot40+cot a)(x-B3/cos)2 (x<9m) 在整个回采期间，回采效率的优化关键在I区，而一 (7) 次增接支架数n是回采效率优化的核心，结合式 其中，F为开挖成本；x为悬顶长度 (5)和式(9)，n的最优值范围为： 把式(7)和表1中N代入式(6)得到： (B3-0.5)cosa F=0.5 He Bi(cot40cot a)(L1-locot a)x n∈max Bi （x-B3/cos中)2 B3-sin40'sin a-B2sin a-0.5 (x-B3/cosB3-0.5)cosa (8) B1(cosa一sin40°cosP) 其一阶导数： 8.5-B2sin a dFB(coco)(L-loeota)x Bicos a (10) dx cos a 综合以上计算分析：在回收率一定情况下，如果
n（ L1— L0cotα）B1cotα 120V c T m Bcos● ＋ t1（ L1— L0cotα） nB1cot● ＝ K1— K2n＋ K3／n （3） 其中T1 为采完Ⅰ区所用时间d；K1、K2 和 K3 为 式（3）中对应的计算值． 由式（3）分析可知n 越大T1 越小P 越大即 一次增接支架数越多回采效率就越高．ⅠⅡⅢ 区相关参数的量化如表1． 表1 “弧形”工作面工艺参数量化 Table1 The technological parameters of arc-face 参数名称 量化值 边窝间距／m l1＝ nB1cotα 增接支架次数 N＝ L1— L0cotα nB1cotα 左侧壁长／m lz＝ nB1cosα＋ B2sinα＋0∙5— B3 sin40° 右侧壁长／m ly＝ nB1cosα＋ B2sinα＋0∙5— B3 sinα 撤架间距／m l2＝ B3 sinβ 参数名称 量化值 切眼、收尾长度／m 40 撤支架次数 M＝ （ H—40）cosβ B3 每次撤支架数 N1＝ B3 cosβB1 Ⅱ区回采时间／d T2＝ HL2 60V c T m Bcos● Ⅲ区回采时间／d T3＝ （ L3—40cotα）sinβ B3 ＋ （ H—40）cosβ B3 t2 注：B2 为支架长度m；B3 为上顺槽宽度m；L2 为Ⅱ区沿工作面推进方向长度m；L3 为Ⅲ区沿工作面推进方向长度m；β为Ⅲ区顺槽倾 角；H 为Ⅱ区工作面的水平投影长度m；t2 为撤一次支架所耗工时h． 2∙2 约束函数量化 2∙2∙1 安全约束 从安全角度考虑最大悬顶长度一般要控制在 9m 之内同时考虑避免边窝因重叠而形成的大面 积悬顶［8］有下面约束关系： nB1cosα＋B2sinα＋0∙5 cos● ＜9 nB1cosα＋B2sinα＋sin40°sinα＋0∙5—B3 sin40°cos● ＜ nB1 （4） 解得安全约束下 n 的范围为： n∈ B3—sin40°sinα—B2sinα—0∙5 B1（cosα—sin40°cos●） 9cos●—0∙5—B2sinα B1cosα （5） 2∙2∙2 成本约束 以边窝开挖工程量作为成本约束有： F＝SHc N／cos● （6） S＝ f （ x）＝ 0∙5（cot40°＋cotα）（ x—B3／cos●） 2 （ x＜9m） （7） 其中F 为开挖成本；x 为悬顶长度． 把式（7）和表1中 N 代入式（6）得到： F＝0∙5Hc B1（cot40°＋cotα）（ L1— l0cotα）× （ x—B3／cos●） 2 （ x—B3／cos●＋B3—0∙5）cosα （8） 其一阶导数： F′＝ d F d x ＝ Hc B1（cot40°＋cotα）（ L1— l0cotα） cosα × （ x—B3／cos●）＝0 得到 x＝B3／cos●即： n0＝（B3—0∙5）cosα／B1 （9） 其中n0 为满足成本最低条件下一次增接支架数； Hc 为割煤高度m． 因为 其 二 阶 导 数 d 2F／d x 2 ＞0所 以x ＝ B3／cos●是 F 的 极 小 值即 说 明 函 数 F 在 （0 B3／cos●）内递减在（B3／cos●9）内递增即有： n＝ n0 时投资成本最低； n＜ n0 时回采效率随 n 的减少而降低投资 成本随 n 的减少而增加； n＞ n0 时回采效率随 n 的增大而增大投资 成本随 n 的增大而减小． 如果 n 的范围在式（5）结果的范围之内可按 四舍五入的原则取值． 2∙3 整体优化 2∙3∙1 优化分析 从回采总时间 T ＝ T1＋ T2＋ T3 中可以得出 在整个回采期间回采效率的优化关键在Ⅰ区而一 次增接支架数 n 是回采效率优化的核心结合式 （5）和式（9）n 的最优值范围为： n∈ max （B3—0∙5）cosα B1 B3—sin40°sinα—B2sinα—0∙5 B1（cosα—sin40°cos●） 8∙5—B2sinα B1cosα （10） 综合以上计算分析：在回收率一定情况下如果 第7期 叶根喜等： 边角煤高回收率高效开采工艺设计与优化 ·657·
.658 北京科技大学学报 第29卷 以回采效率最高为开采原则，n值取式(10)上限；如 r为1.3tm3,采用“弧形”综放工作面开采工艺， 果以成本最低为开采原则，n值取式(10)下限 如图5，巷道均采用矩形断面，上顺槽宽4.5m,高 2.3.2最优化权重 2.9m;下顺槽宽4.5m,高3.2m;支架宽1.25m,长 为实现效率和成本的最优化，作如下权重： 4.3m;割煤速度为3.5mmin1,截深0.8m,放煤 P0=λT+(1-)F (11) 速度2mmin1,日有效割煤时间14.4h;割煤高度 式中，代数符号只表示回采效率、投资成本与总效益 2.8m,放煤高度3.12m;L1=229m,L2=132m, 的权重关系；入表示回采效率、投资成本的权值，入∈ L3=359m,a=35°，B=24°，工作面最大长度H为 [0,1],入权值可根据矿山企业的开采技术水平和资 160m 金状况而定 由式(5)得出一次增接支架的范围为2<n≤5， 3工程应用 由式(10)得出成本最小的o=3.根据南屯煤矿的 技术条件和设计要求，采用最高效率开采原则，取 兖矿集团煤业公司南屯煤矿边角煤3317工作 入=1，n=5,其他各参数值可根据表1中各式得到， 面煤层平均厚度5.92m,煤层倾角中为7°，煤容重 如表2. 3916400 3916600 3916800 3917000 3917200 轨道 运输 顺槽 顺槽煤柱 33,17工作面 33,15工作面 3916400 3916600 3916800 3917000 3917200 图5南屯煤矿“弧形”综放工作面平面图 Fig.5 Plan of fully-mechanized mining caving face of Nantun Mine 表2南屯煤矿开采工艺参数 Table 2 The technological parameters of Nantun Mine 左侧壁长/m 右侧壁长/m 边窝个数 边窝间距/m 一次撒支架数撒支架次数 撒架间距/m总回采时间/d 5.58 6.30 19 8.93 4 24 11 76 参考文献 4结论 [1]蔡美峰，任奋华，来兴平。灵新煤矿西天河下安全开采技术综 (1)通过对边角煤形状的简化，提出了“弧形 合分析.北京科技大学学学报，2004,26(6)：572 工作面开采工艺，减少了三角煤柱的留设，提高了煤 [2]谢强珍，张云宁，刘明旺，采区边角煤开采技术方案探讨.山 炭的回采率和开采质量 东煤炭科技，2004，(2)：25 [3]屠世浩，郝明奎，谢耀社，孤岛煤柱综采工作面旋转开采关键 (2)建立了回采效率的目标函数和安全、开采 技术.中国矿业大学学报.2004,33(5)：520 成本的约束函数，得出一次增接支架数是优化核心 [4]孙希奎，综放工作面大角度弧线旋转开采的设计，煤炭科学 的结论 技术，2004,32(4)：28 (③)得出了在开采效率最高或开采成本最低原 [5]张怀利，王平川.邢台矿7715综放工作面旋转开采技术.河北 煤炭，2003，(4)：20 则下的最优开采方案 [6]李伟，籍志强，聂启胜·综采工作面转角开采新工艺的应用 (4)为类似地质条件下的边角煤提供了便于实 煤，2004,13(1).5 现的高效开采工艺 [7]罗甫梁，杜宏伟，付斌.一种新型可平面弯曲带式输送机，煤 炭科学技术，2000,28(8).48
以回采效率最高为开采原则n 值取式（10）上限；如 果以成本最低为开采原则n 值取式（10）下限． 2∙3∙2 最优化权重 为实现效率和成本的最优化作如下权重： P0＝λT＋（1—λ）F （11） 式中代数符号只表示回采效率、投资成本与总效益 的权重关系；λ表示回采效率、投资成本的权值λ∈ ［01］λ权值可根据矿山企业的开采技术水平和资 金状况而定． 3 工程应用 兖矿集团煤业公司南屯煤矿边角煤3317工作 面煤层平均厚度5∙92m煤层倾角 ●为7°煤容重 r 为1∙3t·m —3采用“弧形”综放工作面开采工艺 如图5．巷道均采用矩形断面上顺槽宽4∙5m高 2∙9m；下顺槽宽4∙5m高3∙2m；支架宽1∙25m长 4∙3m；割煤速度为3∙5m·min —1截深0∙8m放煤 速度2m·min —1日有效割煤时间14∙4h；割煤高度 2∙8m放煤高度3∙12m；L1＝229mL2＝132m L3＝359mα＝35°β＝24°工作面最大长度 H 为 160m． 由式（5）得出一次增接支架的范围为2＜ n≤5 由式（10）得出成本最小的 n0＝3．根据南屯煤矿的 技术条件和设计要求采用最高效率开采原则取 λ＝1n＝5其他各参数值可根据表1中各式得到 如表2． 图5 南屯煤矿“弧形”综放工作面平面图 Fig．5 Plan of fully-mechanized mining caving face of Nantun Mine 表2 南屯煤矿开采工艺参数 Table2 The technological parameters of Nantun Mine 左侧壁长／m 右侧壁长／m 边窝个数 边窝间距／m 一次撤支架数 撤支架次数 撤架间距／m 总回采时间／d 5∙58 6∙30 19 8∙93 4 24 11 76 4 结论 （1） 通过对边角煤形状的简化提出了“弧形” 工作面开采工艺减少了三角煤柱的留设提高了煤 炭的回采率和开采质量． （2） 建立了回采效率的目标函数和安全、开采 成本的约束函数得出一次增接支架数是优化核心 的结论． （3） 得出了在开采效率最高或开采成本最低原 则下的最优开采方案． （4） 为类似地质条件下的边角煤提供了便于实 现的高效开采工艺． 参 考 文 献 ［1］ 蔡美峰任奋华来兴平．灵新煤矿西天河下安全开采技术综 合分析．北京科技大学学学报200426（6）：572 ［2］ 谢强珍张云宁刘明旺．采区边角煤开采技术方案探讨．山 东煤炭科技2004（2）：25 ［3］ 屠世浩郝明奎谢耀社．孤岛煤柱综采工作面旋转开采关键 技术．中国矿业大学学报200433（5）：520 ［4］ 孙希奎．综放工作面大角度弧线旋转开采的设计．煤炭科学 技术200432（4）：28 ［5］ 张怀利王平川．邢台矿7715综放工作面旋转开采技术．河北 煤炭2003（4）：20 ［6］ 李伟籍志强聂启胜．综采工作面转角开采新工艺的应用． 煤200413（1）：5 ［7］ 罗甫梁杜宏伟付斌．一种新型可平面弯曲带式输送机．煤 炭科学技术200028（8）：48 ·658· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第7期 叶根喜等：边角煤高回收率高效开采工艺设计与优化 .659. [8]姜福兴.矿山压力与岩层控制.北京：煤炭工业出版社，2004： 版社，2003.4 69 [10]屠世浩。长壁综采系统分析的理论与实践.徐州：中国矿业 [9]范玉妹，徐尔，周汉良·数学规划及其应用.北京：治金工业出 大学出版社，2004：59 Design and optimization of the mining method of boundary coal pillars with high re- covery ratio and high efficiency YE Genxi),JIANG Fuxing.LIU Pengliang,FENG Zengqiang,WANG Daoong 1)Key Laboratory of the Ministry of Education of China for High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines.Beijing 100083.China 2)Civil and Environmental Engineering School.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 3)Coal Mining Institute of China Coal Research Institute,Beijing 100013.China 4)Nantun Mine.Yanzhou Coal Mining Group Corporation Ltd.,Zoucheng 273500.China ABSTRACI Based on the simplified plane shape,a new mining design and optimization method for recovering boundary coal pillars,called are face mining method,was presented.Its advantages are as follows:easy to choose the related comprehensive auxiliary equipment,high recovery ratio and efficiency,and fitting the fully mechanized coal mining technology,even the sub-level longwall caving face technology when the geologic condi- tion is permitted.The key techniques include:developing a series of underground chambers along tailgate;in a chamber,storing some supports which will be added to the coming face-supports when the face advances near the chamber;canceling face-end supports and adopting a simple conveyer in order to add or remove supports quickly.Then,with the linear mathematics programming theory,the objective function of recovery efficiency and the constraint functions of safety and exploitation cost were established.It is concluded that the increased number of supports each time not only affects the number of underground chambers but also the efficiency.The optimization analysis also provides various optimal technology schemes with the principle of higher efficiency or lower cost. KEY WORDS boundary coal pillar:working face;mining method;process design;program optimization
［8］ 姜福兴．矿山压力与岩层控制．北京：煤炭工业出版社2004： 69 ［9］ 范玉妹徐尔周汉良．数学规划及其应用．北京：冶金工业出 版社2003：4 ［10］ 屠世浩．长壁综采系统分析的理论与实践．徐州：中国矿业 大学出版社2004：59 Design and optimization of the mining method of boundary coa-l pillars with high recovery ratio and high efficiency Y E Genxi 12）JIA NG Fuxing 12）LIU Pengliang 3）FENG Zengqiang 4）WA NG Daoz ong 4） 1） Key Laboratory of the Ministry of Education of China for High-Efficient Mining and Safety of Metal MinesBeijing100083China 2） Civil and Environmental Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 3） Coal Mining Institute of China Coal Research InstituteBeijing100013China 4） Nantun MineYanzhou Coal Mining Group Corporation Ltd．Zoucheng273500China ABSTRACT Based on the simplified plane shapea new mining design and optimization method for recovering boundary coa-l pillarscalled arc-face mining methodwas presented．Its advantages are as follows：easy to choose the related comprehensive auxiliary equipmenthigh recovery ratio and efficiencyand fitting the fully mechanized coal mining technologyeven the sub-level longwall caving face technology when the geologic condition is permitted．The key techniques include：developing a series of underground chambers along tailgate；in a chamberstoring some supports which will be added to the coming face-supports when the face advances near the chamber；canceling face-end supports and adopting a simple conveyer in order to add or remove supports quickly．Thenwith the linear mathematics programming theorythe objective function of recovery efficiency and the constraint functions of safety and exploitation cost were established．It is concluded that the increased number of supports each time not only affects the number of underground chambers but also the efficiency．The optimization analysis also provides various optimal technology schemes with the principle of higher efficiency or lower cost． KEY WORDS boundary coa-l pillar；working face；mining method；process design；program optimization 第7期 叶根喜等： 边角煤高回收率高效开采工艺设计与优化 ·659·
