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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