后溜宽度与顶煤回收率的相关性研究

王志刚，杨双锁，孙 淼，武 剑

（太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

后溜宽度与顶煤回收率的相关性研究

王志刚，杨双锁，孙 淼，武 剑

（太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

根据顶煤的放出规律和放煤工艺，通过分析采放比、放煤步距等开采工艺参数，结合后溜结构参数和性能分析，研究后溜宽度与顶煤回收率的相关性。工作面的顶煤采出率与工作面的采放工艺与后部输送宽度有密切的关系，通过工艺参数分析把放煤工艺与后溜宽度相接合地定量分析，再由其相关性分析选择适当的后溜宽度，提高结构的合理性，进而提高顶煤的回收率，减少资源损失，提高经济效益。

顶煤回收率；后溜宽度；相关性

1 问题的提出

放顶煤本身的特点和规律，加之综放面对后部输送机的特殊要求，决定了后溜宽度与不同的放顶煤工艺相结合有较大的难度，若结合不当会导致后溜宽度与放顶煤工艺不相适应，直接降低顶煤回收率。后溜输送结构是综采工作面配套设备的重要组成部分，是煤炭装运的重要环节，它在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。若后溜宽度选择不当，直接影响工作效率和顶煤回收率。因此根据放顶煤工艺，寻求与之适应的后溜结构宽度，是较为有效的办法。

2 放顶煤工艺与后溜宽度的相关分析

根据放顶煤工艺，确定采放比和放煤步距，结合后溜结构主要技术参数，要在不同的条件下，确定相适应的后溜宽度。放煤工艺和后溜宽度对顶煤采出率很有影响，后溜宽度对顶煤采出率的影响主要是其运输能力和宽度。因此把放煤工艺与后溜宽度相接合，形成提高顶煤回收率的相适应的整体，以期提高工作效率，进而提高顶煤回收率。

2.1 放顶煤工艺与后溜运输参数的分析

椭球体放煤理论研究中，放顶煤的第一个过程是顶煤松动、破坏、垮落。当底层煤采以后，顶煤在矿山压力和自重作用下破坏、垮落,形成松散无规则的块体堆，其顶煤垮落高度取决于顶煤放出前的煤体碎胀系数和底分层开采高度,例如算式[1]：

式中：h为放顶煤高度，m；h′为工作面采高，m；k为顶煤松散（碎胀）系数，一般取1.2～1.5。开采高度为:h′=h（k-1），即合理采放高度比为:h′/h=k-1。设煤层厚度为H，则合理的底分层开采厚度和顶煤放出厚度应分别为：h'=H（k-1）/k；h=H/k.

根据我国放煤工作面的实际统计,确定放煤步距时可用经验公式：d=（0.15～0.21）h.式中：d为放煤步距；h为放煤高度。

刮板输送机的输送能力[2]算式为：

式中：Q为刮板输送机输送能力，t/h；q为输送机每米长度上货载质量，kg/m；v为刮板链运行速度，m/s；A为输送机溜槽装载断面面积，m2；r为负载集散密度，t/m3；ψ为输送机溜槽装满系数，一般取0.65～0.9。

2.2 顶煤回收工艺与后溜宽度的相关性研究

根据所述参数（见表1），由采放比和放煤步距的设定[3-7]，参照放顶煤支架间距，打开单个放煤口放煤量T为：式中：T为放煤量，kg；d为放煤步距，m；h为放顶煤高度，m；D为支架间距，一般D=1.2～1.6 m；γ为实体煤密度，γ=1350kg/m3。

放顶煤开采工艺中，不同采放比和不同的放煤步距相结合，可得到不同工艺下的单个放煤口的放煤量见图1和表1。

表1 放顶煤工艺参数分析

图1 不同放煤工艺与单个放煤口的放煤量的分析

单个放煤口放煤量T确定后，由人为控制放煤速度得到经验放煤时间t，可知单位时间的放煤量T/t。根据刮板输送机的运行速度v，分析输送机每米长度上的载货质量q为：q=T/（tv）.

由刮板输送机的输送能力：Q=3.6qv=3600Avrψ.

简化得到放煤量T与q间的定量关系：

设计中部槽运煤断面A为：

式中：b0为中部槽上槽口宽度；h0为中部槽上槽高度；K0为装载系数,双向截煤综采面K0=0.8～0.9；h1为输送机挡板净高度；b1为中部槽上装煤宽度；b2为挡板上采煤机牵引装置宽度；h2为挡板上采煤机牵引装置高度。

由式（2）可得后溜装煤宽度Z和运煤断面的定量关系：

式中：Z为后溜装煤宽度；f（x）由装置确定的常数。则由式（1）和式（3）得：

式中：Z为后溜装煤宽度,m；T为单个放煤口放煤量kg；r为负载集散密度，t/m3；ψ为输送机溜槽装满系数，一般取0.65～0.9；f（x）为装置确定的常数；t为人为放煤时间，min。

单个放煤口放煤量T，由放顶煤开采工艺采放比和放煤步距确定，同后溜宽度形成定性关系，以确定其后溜中槽运煤宽度，使顶煤最大化落入回收，提高顶煤的回收率。

图2 后溜宽度与单个放煤口放煤量T分析曲线

由式（4）中ψ为输送机溜槽装满系数，一般取0.65～0.9；r为负载集散密度，一般取 0.85～1.0 t/m3；刮板输送机的运行速度v一般为0.63～1.50 m/s；根据刮板输送机的一般装置，取f（x）为0.48，其它常数取平均时，可得到放顶煤工艺中不同采放步距和采放比的单个放煤口放煤量T和后溜宽度Z的定量关系，进而可以确定采放比和放煤步距与后溜宽度的分析关系。根据放顶煤工艺，结合后溜宽度适当调节，来提高顶煤的回收率。例如由图1，当采放比为1∶1和放煤步距为两采一放时，单个放煤口的放煤量T约为10 000 kg，再由图2关系可得后溜宽度0.66 m。根据工作面空间实际情况进一步优化，最大化地提高顶煤的回收率。

图3 后溜宽度与单个放煤口放煤时间分析曲线

由式（4）关系，当采放比为1∶1和放煤步距为两采一放时，单个放煤口的放煤量T约为10 000 kg，可得图3后溜宽度与单个放煤口放煤时间分析曲线。在不同的采放比和放煤步距条件下，合理控制放煤时间，结合刮板输送机的输送能力选择适当的后溜宽度，提高顶煤的回收率。

为了同时满足输送机要求的最小断面：

式中：ρ为溜槽上松散煤堆积密度，ρ=0.85～1.0t/m3；Q为输送量。

可设计断面面积系数k=A/AZ/Aminf（x）＞1.根据后溜宽度对运输断面进行优化，可提高运输能力和顶煤回收率。

工作面的放煤工艺和设备配备都是影响综放面顶煤采出率的关键因素。工作面的顶煤采出率与工作面的采放工艺和后部输送宽度有密切的关系,因此确定合理的采放比、放煤步距，要结合具体的条件，合理地选择后溜宽度。根据放顶煤工艺和后溜宽度相结合，即按Z=dhDγf（x）/1000tVrψ的定量分析，得出后溜宽度的最优化，最大化提高顶煤的回收率。

3 结论

把放顶煤工艺中的采放比、放煤步距和后部输送机的参数相接合，对顶煤回收进行合理定量分析。Z=Tf（x）/1000tVrψ在不同的采放比和不同的放煤步距的情况下，即按Z=dhDγf（x）/1 000tVrψ，选择适当的后溜宽度，可达到运输能力同时不造成顶煤的损失，为顶煤回收确定合理的空间结构，可提高顶煤的回收率。

〔1〕孙二伟.综采放顶煤采放参数优化研究[J].现代矿业,2009.（4）:26-28.

〔2〕毛君.煤矿固定机械及运输设备[M].北京：煤炭工业出版社，2006.24-25.

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〔4〕孙占文,赵斌.综采轻型放顶煤工艺探讨[J].煤炭科技，2009.28（4）.

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〔7〕姜翎燕.SGZ730/110型前、后部刮板输送机的研制[J].煤矿机械，2006.27（4）.

Abstract:Based on the drawing law and caving coal craft of top-coal,the study analyzes some craft parameters(such as mining-caving ratio,interval,etc),backward structure parameters and performance to find out the correlation between backward width and recovery of top-coal.The top-coal recovery ratio has close relationship with the mining and caving craft and backward transporting width.By the quantitative analysis and correlation analysis of caving craft and backward width,the paper presents suitable backward width,improves the structure,increases the top-coal recovery ratio,decreases the waste of resources and then raises the economic benefits.

Keywords:recovery of top-coal;backward width;correlation

编辑：徐树文

Correlation Analysis of Backward Width and Recovery of Top-Coal

WANG Zhi-gang,YANG Shuan-suo,SUN Miao,WU Jian
(College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024,China)

TD823.4；TD528

A

1672-5050（2010）05-0037-03

2010-03-15

王志刚（1986—），男，山东济宁人，在读硕士研究生，从事采矿工程研究工作。