高瓦斯厚煤层综放工作面合理长度的确定.pdf

第 26 卷第 5 期 辽宁工程技术大学学报 2007 年 10 月 Vol.26 No.5 Journal of Liaoning Technical University Oct. 2007 收稿日期2006-011-20 基金项目河南省杰出青年基金资助项目（0512002300） 作者简介勾攀峰（1966-） ，男，河南 商水人，教授，工学博士，主要从事采矿工程的教学与研究工作. 本文编校于永江 文章编号1008-0562200705-0652-03 高瓦斯厚煤层综放工作面合理长度的确定 勾攀峰 1，马建宏1，马 耕2，张明杰2 （1.河南理工大学 能源科学与工程学院, 河南 焦作 454003；2.鹤壁煤业集团, 河南 鹤壁, 458000） 摘 要为了解决高瓦斯厚煤层综放开采合理工作面长度的确定问题，采用理论分析和现场实验的方法，在对高瓦斯厚煤层综放工 作面长度的多种因素分析的基础上，对以工作面通风能力校核工作面长度的经验公式进行了比较分析，提出了适合综放开采的以工作 面通风能力确定工作面长度的校核公式。并结合鹤壁四矿瓦斯赋存及涌出特点，计算得出了适合鹤壁四矿满足通风能力要求的合理工 作面长度。该成果对高瓦斯厚煤层安全高效开采具有一定的参考价值和指导意义。 关键词综放开采；瓦斯；工作面通风能力；工作面长度 中图分类号TD 822 文献标识码A Determining length for fully mechanized top-coal caving face in thick coal seam with high gas GOU Pan-feng1，，MA Jian-hong1，，MA Geng2，，ZHANG Ming-jie2 （（1. College of Energy Science and Engineering,Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003,China；； 2.Hebi Coal Mining Group Corporation, Hebi 458000,China）） Abstractin the process of determining the length of mining face which influences the effect of mining, many factors influence the determination of the length for fully mechanized top-coal caving face. Based on the analysis of experiential expression to determine the length of face with ventilation capacity, one expression to determine the length of fully mechanized top-coal caving face with ventilation capacity is presented. Combining the feature of gas existing and emission from the fourth mine of Hebi Coal Mining Group, the rational length for fully mechanized top-coal caving face is determined. Key wordsfully mechanized top-coal caving ；gas；ventilation capacity of mining face；length of mining face 0 引 言 综放开采是厚煤层开采的主要工艺方式，其回 采工作面长度的确定受到多种因素的影响，如地质 因素、技术因素、经济因素，其中地质因素是基础， 经济因素是目标， 技术因素是手段[1-2]。 国内外结合 具体条件，对综放工作面长度进行了探讨，取得了 一定的研究成果[3-5]。 如在低瓦斯矿井中， 在煤层赋 存条件允许，工作面装备设备满足需要的前提下， 工作面长度加大能使工作面单产和工效大幅度提 高，工作面长度在 270～300m 为宜[6]。但对高瓦斯 矿井，工作面长度的确定受到瓦斯涌出量的限制， 如工作面愈长，瓦斯涌出量愈多，需要用来冲淡瓦 斯的风量愈大。 由于工作面断面是有一定限制的[7]， 因此，工作面较长就可能导致风速大，引起煤尘飞 扬，产生危及人员健康和安全方面的问题。目前， 在高瓦斯矿井中，综放工作面长度的确定国内尚无 统一的标准，本文结合鹤壁煤业集团四矿的具体条 件提出了满足工作面通风能力的工作面长度的计 算办法。 1 以工作面通风能力确定工作面长度 煤矿矿井采矿设计手册中规定以矿井通 风能力校核工作面长度的公式如下 ϕpqS Cvml L N fx 60 ≤ （1） 式中,L为依工作面通风能力确定的工作面最 大长度，m；v为工作面内允许的最大风速，4 m/s； m为工作面采高，m； x l为工作面最小控顶距，m； f C为风流收缩系数，取 0.9～0.95；q为昼夜产煤 1t 所需风量，m3/min； N S为循环进度，m；p为 煤层生产率，即单位面积上出煤量，pm cρ， t/m2；ρ为煤的体积质量，kg/m3；c为工作面回采 第 5 期 勾攀峰，等高瓦斯厚煤层综放工作面合理长度的确定 653 率；ϕ为昼夜循环数，个。 公式（1）对于炮采工作面、普通机械化采煤 工作面以及综采工作面长度的确定是适用的。 但对高瓦斯矿井综采放顶煤工作面，因产量 高、瓦斯涌出量相对较大，工作面通风能力将限制 工作面长度。而且由于开采方式及采煤工艺与普通 的机械化采煤存在较大差别，所以以工作面通风能 力确定综放工作面长度，需对公式做进一步改进。 （1）综采放顶煤工作面内风速的确定 ①计算工作面昼夜产煤量 11112222 PBdN K LB dN K Lρρ （2） 式中,P为工作面昼夜产煤量，t；L为依工作 面通风能力确定的工作面最大长度，m； 1 d为底层 采厚，m； 1 B为采煤机截深，m； 1 N为昼夜割煤刀 数； 1 K为底层工作面采出率； 2 d为顶煤厚度，m； 2 N为昼夜放煤次数； 2 K为顶煤放出率； 2 B为放 煤步距，m；ρ为煤的体积质量，kg/m3； ②计算工作面生产所需总风量 qPQ⋅ （3） 式中,Q为工作面昼夜生产所需总风量， m3/min；q为昼夜产煤 1t 所需风量，m3/min。 ③计算工作面有效断面面积 fxC ldS 1 （4） 式中,S为工作面有效断面面积，m2； 1 d为采 高，m； x l为工作面最小控顶距，m； f C为风流收 缩系数，0.9～0.95，综放取 0.95。 所以，综采放顶煤工作面内的风速可表示为 工作面生产所需总风量/工作面有效断面面积。即 11112222 11 60 xfxf q BdN K LB dN K LP q V d l Cd l C ρρ⋅ （5） 式中,V 为工作面内的风速，m/s； （2）综采放顶煤工作面长度的确定 按照采煤工作面的风速的要求工作面内的风 速≤工作面内允许的最大风速 以工作面通风能力确定的综采放顶煤工作面 最大长度的公式为 1 11112222 60 xf vd l C L q BdN KB dN Kρρ ≤ （6） 式中,v为工作面内允许的最大风速，m/s； 2 昼夜产煤 1t 所需风量确定 在以矿井通风能力核定工作面长度时，参数风 量q值的计算非常重要。目前，在矿井生产能力核 定中，对矿井通风能力采用的核算式为[8] （a）低瓦斯矿井 4 1 10 350 − ⋅ kq Q p （7） 式中，p为矿井生产能力，万 t/a；Q为矿井 总进风量，m3/min； 1 q为平均日产 1t 煤所需的风 量，m3/min；由矿务局（集团公司）根据矿井上年 产量和矿井实际需要风量按煤矿安全规程规定 计算确定；k为矿井通风系数，由瓦斯涌出不均匀 系数、备用工作面风量系数、矿井内部漏风系数组 成，大型矿井 1.15～1.5，中型矿井 1.2～1.45。 （b）高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井 4 2 10 0926. 0 350 − ⋅ kq Q p （8） 式中，p为矿井生产能力，万 t/a；Q为矿井 总进风量，m3/min； 2 q为平均日产 1t 煤瓦斯涌出 量，m3/t； k为矿井通风系数，1.51.9，大型矿井 取小值，小型矿井取大值。 由以上两式可知，对于低瓦斯矿井来说，式7 中 1 q是日产吨煤供风量； 对于高瓦斯矿井来说， 2 q 是矿井相对瓦斯涌出量，但式8中 0.0926 2 q是高 瓦斯矿井要保证矿井总回风流中瓦斯浓度不超过 0.75所需的日产吨煤最低供风量，和低瓦斯矿井 式7中的 1 q具有相同的量纲和意义。 因而， 对于高 瓦斯矿井按式8计算的通风能力，往往会出现偏 大，与矿井实际通风能力不相符[9]。即使总回风流 瓦斯浓度不超 0.5，也不能说明工作面供风充足， 回风流瓦斯不超限。 所以，对于生产矿井无论高瓦斯还是低瓦斯矿 井， 均应按矿井的具体情况按式7来核算矿井的通 风能力，同时要保证总回风流中瓦斯浓度不超过 0.75。各用风点的风量符合规程有关规定。建议 无论高瓦斯还是低瓦斯矿井均应按矿井日产吨煤 供风量q值（即 1 q）来核定矿井的通风能力。核定 时采用如下算法 （1）计算矿井上年度（或上半年）正常生产 期间各用风地点相对应的实际总需风量 X Q ∑∑∑∑ qxdxjxcxX QQQQQ ∑∑∑∑∑∆ QQQQQ qsdsjscs （m3/min） （9） 辽宁工程技术大学学报 第 26 卷 654 式中, cx Q、 cs Q为某采煤工作面需风量与实际 供风量，m3/min； jx Q、 js Q为某掘进工作面需风 量与实际供风量，m3/min； dx Q、 ds Q为某洞室需 风量与实际供风量，m3/min； qx Q、 qs Q为其他需 供风地点的需风量与实际供风量，m3/min；Q∆为 某地点因供风不足或过量需增减的风量，m3/min； （2）计算上年度（或上半年）正常生产期间 的日产量 d T t T Td （t） （10） 式中,T为统计期间的总产量，t；t为统计期间 的总天数； （3）计算日产吨煤需供风量q值 dX TQq/ （m3/min） （11） （4）按总回风流瓦斯不超限验算确定q值 b 2 2 0.092 6 / 0.092 6 Xd qq qQT qq ⎧ ⎨ ≤ ⎩ 当时 当时 （12） 当矿井采煤方法、瓦斯涌出等条件与上年度相 比发生较大变化时，可按相似条件的临近矿井或矿 区的q值选取。 3 工作面长度的确定 鹤壁四矿为高瓦斯矿井，进入三水平开采后， 矿井绝对瓦斯涌出量增至 227.32 m3/min， 相对瓦斯 涌出量达到 19.69 m3/t，瓦斯涌出不均衡系数为 1.2～2.2[10]。目前矿井生产能力 150 万 t/a，主要采 煤方法为综采放顶煤开采。计算日产吨煤所需风量 和工作面长度的相关参数如表 1、表 2[7-9]。 表 1 鹤壁四矿矿井通风能力相关参数 Tab.1 parameters of ventilation capacity in the fourth mine of Hebi 矿井通风能力 核定相关参数 X Q /m3min-1） d T/t 2 q/m3t-1 参数值 11200 6286 20.47 根据公式（11）和表 1 中现场数据，可以算得 日产吨煤所需风量 q 值 dX TQq/＝112 00/628 6＝1.78（m3/min） q⎧ ⎨ ≤ ⎩ 当时 当时 （2）在对以工作面通风能力校核工作面长度 的经典公式参数和应用条件分析的基础上，结合综 放开采的特点，得出了满足通风要求的合理综放工 作面长度的校核公式，并结合鹤壁矿区的实际情况 计算得出了鹤壁四矿满足通风要求的合理综放工 作面长度应小于 170 m。 参考文献 [1] 张宝红,魏献昌,夏孝明.影响高产高效工作面环境因素分析[J].矿业 安全与环保,2002,29442-44. 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