大采高综放采放比的初探

大采高综放采放比的初探
杨俊峰;温贺兴
【摘要】针对综放开采采放比对工作面采出率及煤质的重要性，通过实验室相似材料模拟实验，以内蒙古某矿条件为研究对象，对不同采放比进行效果分析，得出1．15±0．25为最适，为类似厚煤层大采高综放开采合理采放比的确定提供参考数据。

%The use of laboratory simulation test of similar materials simulation under the same conditions, different Caving ratios of Full - mechanized Caving Mining with large mining height effect. And then by comparing the recovery ratios and percent of re- fuse content, finally get the suitable Caving ratios, for Full-mechanized Caving Mining with Large Mining Height Caving ratios se- lected to provide some technical data.【期刊名称】《华北科技学院学报》
【年(卷),期】2012(009)003
【总页数】3页(P71-73)
【关键词】大采高综放;采放比;相似模拟
【作者】杨俊峰;温贺兴
【作者单位】神东天隆集团霍洛湾煤矿,内蒙古鄂尔多斯017000;内蒙古科技大学,内蒙古包头014010
【正文语种】中文
【中图分类】TD823.254
大采高综放开采，即工作面采煤机割煤高度大于3.5 m的综放开采，是集合了大采高综采与综放开采优势的一种新型采煤方法。

我国大同塔山、平朔安家岭、潞安屯留煤矿开采实践表明:采用大采高综放开采，可以采放相对平衡，缩短放煤时间;增大采场矿山压力的破煤作用，可改善顶煤冒放性，提高顶煤回收率;加大了支架后部放煤空间，并可布置大功率输送机，有利于快速放煤，提高煤炭产量;有利于提高综放回采高度上限;加大工作面通风断面，有利于瓦斯的稀释。

因此，大采高综放开采是实现特厚煤层安全、高效、高采出率的主要方法［1］。

大采高综放在国内有一定发展，但其相应的理论研究明显落后，如大采高综放工作面采放比的选取，也就06年修订的《煤矿安全规程》第六十八条规定:采放比严禁大于1∶3，没有更加精确数据参考。

本文采用相似模拟实验法模拟8.6 m厚煤层的不同采放比的效果，最终得到合适的采放比。

为大采高综放工作面的采放比选取提供一定的技术数据依据。

内蒙古某煤矿煤层产状平缓，裂隙发育，结构简单，煤类单一，变化较均匀，煤层厚度7.9 m～9.3 m，平均厚度为8.6m。

煤层倾角2°～8°，平均5°。

煤层硬度系数f=1.8，直接顶f=5.7，直接底f=4.2。

模型实验方法，是以相似理论为依据建立模型，通过模拟试验得出某些量间的变化规律，进而应用到实际对象上［2］。

欲使模型与实体相似，必须满足各对应量成一定比例关系及各对应量所组成的数学物理方程相同。

具体说来，要保证模型和实体下列三方面相似:
1)几何相似
要求模型与实体几何形状相似。

因此，要求长度比αL为常数，即，αL=LH/LM 为常数。

式中:LH表示实体的长度，LM表示模型的长度。

2)运动相似
要求模型与实体所有各对应点的运动情况相似。

即要求备对应点的速度、加速度、
运动时间等都成一定比例。

3)动力相似
要求模型与实体的所有作用力都相似。

矿山压力主要考虑覆岩自重，因此，要求重力相似［2］。

大采高综放开采放煤工艺相似实验研究，为了掌握大采高综放工作面对同一厚度煤层不同采放比的放煤效果，运用物理相似模拟实验的方法进行大采高放顶煤开采模拟，通过在实验室设计出有一定相似比的模型，模拟实际采矿环境，根据实验结果与测出的模型数据进行分析，对比采出率及含矸石率，得出适合于现场条件下的采放比。

为完成上述研究内容，本研究共制作了5台实验模型，模型架尺寸为长120 cm，宽4.5 cm，高度82 cm。

现场所用放顶煤支架的宽度为1.5 m.综合考虑研究内容及铺设的模型尺寸，减少边界效应，使模型架的宽度为3个模拟支架的宽度。

采
用的相似比分别为几何相似常数:αL=1∶100;容重相似比数:CY=1.5;强度相似
数:C=150;动力相似常数:Cf=1.5×106。

顶煤选用不同粒径的灰色石子，顶煤分层之间铺一层薄的黑色标志层石子;直接顶
的上下层位选用不同粒径和不同颜色石子，分别为红色和白色，便于实验结果的观测与数据测量;基本顶选用大块度青色石子。

结合现场支架位态观测结果，实验设
计了不同支架支护高度和掩护梁角度的低位放顶煤模拟支架，分别模拟机采面高度为 3.0，3.5，4.0，4.5 和5.0 m，共 5台模型［3］。

不同采放比的回采率及含矸率如图1所示;采出率对比见表1所示。

从图1(a)可看出，在采高为3.0 m，顶煤与直接顶下分层，分层清晰明显，不混乱。

煤大致占1/3，采出率90.3%，含矸率3.67%。

从图1(b)可看出，采高为3.5 m，顶煤、直接顶下分层及少量的直接顶上分层，
分层清晰明显，煤大致占4/9，采出率91.5%，含矸率3.3%。

从图1(c)可看出，在采高为4.0 m，顶煤、直接顶下分层及少量的直接顶上分层，煤占据大量位置，分层不明显，直接顶下分层分布于煤的右上方，底部没有。

煤大致占3/5，采出率97.5%，含矸率3.16%。

从图1(d)可看出，在采高为4.5 m，顶煤、直接顶、基本顶均可见，煤大致占5/9，但与4.0m的相比直接顶下分层明显多了。

采出率91.8%，含矸率1.87%。

从图1(e)可看出，在采高为5.0 m，顶煤、基本顶几乎各占一半，直接顶下分层占少量，放煤口中部以下堆积大量矸石。

煤大致占2/5，采出率93%，含矸率
6.44%。

综合采出率及含矸率，本次8.6 m的厚煤层在图1(b)(c)(d)三采放比情况下采出率高，含矸率小。

而图1(e)虽然采出率高，但是含矸率特别高，故而认为采放比在1.15±0.25时，采煤效果好。

然而在同样的低位放顶煤的条件下，机采面高度大的在放煤时相当不占优势，如图1(e)若此时采用高位或者中位均可以减小矸石的下落距离，使之不再快速占据放煤口位置，从而提高采出率，减小放煤含矸率。

1)在此厚度煤层条件下，采用1.15±0.25的采放比可得到比较理想的采煤效果，
可以作为经验数据为大采高综放工作面的采放比选取提供一定的技术数据依据。

2)采放比过小或者是机采面高度大时低位放顶煤是否会造成含矸率过大，研究中未就此问题进行相似模拟实验，有待进一步实验比较论证。

【相关文献】
［1］刘全明.大采高综放工作面长度的空间效应初探［J］. 煤矿开采，2010，(3):27-29
［2］任德惠，刘兴华，姜德义，等.用相似材料模拟研究矿山压力［J］.矿山压力与顶板管理，1984:66-71
［3］钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2003
［4］王君.厚煤层大采高综放开采的煤层冒放规律及放煤工艺参数研究［D］.中国矿业大学硕士学位论文，2008。