考虑瓦斯预抽和揭煤预抽时间的“三量”可采期的计算

2020-01-08胡光华边树鹏

山西焦煤科技 2019年11期

胡光华，边树鹏

(山西焦煤集团有限责任公司生产技术部，山西太原 030022)

随着我国煤炭工业的发展、煤炭生产科技的进步以及开采条件复杂程度等的不断变化，合理把握开拓煤量、准备煤量、回采煤量(简称“三量”)可采期可以解决工作面生产接续问题。目前，国内外学者在矿井“三量”合理可采期及矿井采掘接替优化决策方面做了大量的研究，取得了一定的研究成果。中国矿业大学卞正富等[1]在总结我国现行《“三量”规定》不足的基拙上，分析了影响“三量”合理可采期的因素，如“三量”的圈定方法、工作面及采区产量的大小、工作面及采区数目、采掘速度、矿井地质条件等。王海峰[2]针对我国煤与瓦斯突出矿井采掘接替紧张的现状和煤矿安全监察工作的需要,提出了煤与瓦斯突出矿井安全煤量概念,研究探讨了安全煤量与“三量”之间的相互关系。冯月珍[3]根据矿井生产及储量管理的实践,对“三量”合理可采期进行了较详尽的探讨,提出“三量”管理应将“三量”综合考虑以保证采掘接续的正常进行。彭杨皓等[4]研究了瓦斯抽放对矿井“三量”可采期的优化作用，通过实施瓦斯的综合抽放和编制合理的采掘接替计划保证回采工作面的安全生产，并制定了合理的适合矿区生产实际的“三量”关系。吕子辉等[5]对影响三个煤量可采期的相关因素和可采期确定方法进行了分析，重新研究制定了合理的“三量”可采期。

针对煤与瓦斯突出矿井中的准备煤量和回采煤量已不能真实反映矿井接替情况的问题，考虑瓦斯预抽和揭煤预抽时间的“三量”可采期的计算，并通过公式推导将工作面生产接续分为3个阶段，其中表示生产接续正常为生产最理想状态。

1 含瓦斯预抽期的工作面回采煤量可采期

沿空留巷技术自20世纪50年代在我国开始使用以来，一直是我国煤炭开采的重要技术发展方向。无煤柱沿空留巷在提高煤炭采出率、瓦斯抽采及卸压开采等方面具有显著的技术优势，是科学采矿的重要发展方向和技术支撑，主要体现在以下4个方面：1) 无煤柱沿空留巷能够提高煤炭采出率、降低巷道掘进率、缓解采掘接替矛盾。2) 沿空留巷使工作面构成Y 型通风系统，消除了工作面上隅角瓦斯积聚问题。3) 沿空留巷为留巷钻孔法瓦斯抽采技术提供空间支持，是煤与瓦斯共采技术的基础。4) 沿空留巷可实现无煤柱连续卸压开采，避免了因跳采而形成孤岛工作面，消除了由于煤柱上下区域应力集中而产生的冲击地压等动力灾害。

为了回收传统采矿方式中留设的保护煤柱，沿空留巷采用一定的技术手段将上一区段的顺槽重新支护留给下一个区段使用。沿空留巷工作面回采煤量可采期是“四量”可采期的重要环节，采场几何尺寸已经确定的煤矿沿空留巷工作面回采煤量可采期的关系见图1.

注：T′m包含T′o与T′c图1 沿空留巷工作面采场几何尺寸确定下的可采期确定图

由图1可知，合理可采期可表示为：

(1)

在正常生产情况下，应保证有：

(2)

T′h=L′/V′J+T′m=T′J+max{T′o,T′c}

(3)

式中：

T′o—设备安装调试时间，月，包含于T′m；

T′c—瓦斯抽放时间，月，包含于T′m；

T′m0—冗余时间，月；

l′1—停采线总长度，m；

l′2-l′1—采煤工作面(或开切眼)长度，m；

L′—沿空留巷工作面掘进总长度，m.

T′h—回采煤量合理可采期，月；

V′J—回采巷道平均掘进速度，m/月。

图1a)为掘进完成时间(t′J1-t′J0)与设备安装调试以及瓦斯抽放时间(T′m)之和为回采工作完成的时间，即工作面回采煤量可采期(T′C0)，这表示采掘接续正常，为最理想的工作状态；图1b)为掘进工作的时间(t′J1-t′J0)与设备安装调试以及瓦斯抽放时间(T′m)之和小于回采工作面完成时间(T′C0)，这样井下生产工作空余出等待时间，增加顺槽维护成本；图1c)为掘进工作的时间(t′J1-t′J0)与设备安装调试以及瓦斯抽放时间(T′m)之和大于回采工作面完成时间(T′C0)，此种情况对回采工作的正常进行产生负面影响，使得回采工作结束后无法立即进行下一阶段的回采工作，造成一定的经济损失。

2 考虑揭煤预抽时间的准备煤量可采期

考虑瓦斯预抽的影响和《煤炭工业矿井设计规范》中关于采区尺寸的规定可用下式表示为：

(4)

式中：

Tzmin—准备煤量可采期下限值，月；

K′P—准备煤量备用系数；

Az—每形成万吨准备煤量所需掘进准备巷道的长度，m/万t；

Vz—月掘进准备巷道的速度，m/月；

Qzi—第i个计划接替采区的准备煤量，万t；

Tz0—形成准备煤量后到形成回采煤量前的准备接替时间，月；

Tz1—对于突出矿井，准备巷道揭露煤层前的预抽时间，月；对于一般不需揭煤预抽的矿井，此项忽略。

需注意以下几点：

1)Tz0的大小与准备工程量和准备巷道掘进速度有关，当多个采区接替时，取其中最大的一个Tz0.

2) 无论是计算上限值还是计算下限值，都必须与生产计划密切结合。

3) 当实际准备煤量可采期介于上限值和下限值之间时，表现为合理，即能保证正常的采掘接替。

准备过程的接替工序关系见图2.

图2 准备过程接替工序关系图

图2a)代表准备过程接续正常，即上一阶段掘进完成的时间(TJ1-TJ0)加上(Tz0+Tz1+Th)的时间点正好对应下一阶段掘进工作完成的时间TJ3，这是最理想的工作状态。图2b)中接续工作虽然正常，但掘进工作的时间(TJ1-TJ0)加上(Tz0+Tz1+Th)的时间点小于下一阶段掘进工作完成的时间TJ3，这样会产生一个空闲的等待时间Tmz，此种情况虽不影响下一阶段的掘进工作，但等待的时间过长会增加巷道的维护成本。图2c)中接续工作不正常，它的掘进工作时间(TJ1-TJ0)加上(Tz0+Tz1+Th)的时间点大于下一阶段掘进工作完成的时间TJ3，超出的时间为T′mz，此种情况对下一阶段掘进工作的正常进行产生负面影响，造成一定的经济损失。

3 考虑揭煤预抽时间的开拓煤量可采期

考虑瓦斯预抽的影响和《煤炭工业矿井设计规范》中关于阶段垂高和矿井走向长度的规定,开拓煤量可采期计算可用以下公式表示：

(5)

式中：

Tkmin—开拓煤量可采期的下限值，年；

Ak—每形成万吨开拓煤量所需掘进开拓巷道的长度，m/万t；

Vk—月掘进开拓巷道的速度，m/月；

Qki—第i个计划接替采区的开拓煤量，万t；

Tj—矿井基建时间，月；

Tk0—形成开拓煤量后到形成准备煤量前的平均准备接替时间，月；

Tz2—对于突出矿井或一些高瓦斯矿井，石门揭露煤层前的预抽时间，月；对于一般不需揭煤预抽的矿井，此项忽略；

Tz3—对于突出矿井或一些高瓦斯矿井，井筒延伸揭露煤层前的预抽时间，月；对于一般不需揭煤预抽的矿井，此项忽略。

需注意以下几点：

1)Tk0、Tz2、Tz3的大小与开拓工程量和开拓巷道掘进速度有关，当为多个采区接替时，取Tk0、Tz2和Tz3各自的最大值。

2) 无论是计算上限值还是计算下限值，都必须与生产计划密切结合。

3) 当实际开拓煤量可采期介于上限值和下限值之间时，表现为合理，即能保证正常的接替工作进行。

开拓过程的接替工序关系见图3.

图3 开拓过程接替工序关系图

图3a)代表开拓过程接续正常，即上一阶段开拓完成的时间(TJ1-TJ0)加上(Tk0+Tz2+Tz3+Th+Tz)的时间点正好对应下一阶段开拓工作完成的时间TJ3，这是最理想的工作状态。图3b)中接续工作虽然正常，但开拓工作的时间(TJ1-TJ0)加上(Tk0+Tz2+Tz3+Th+Tz)的时间点小于下一阶段掘进工作完成的时间TJ3，同样会产生一个空闲的等待时间Tmn，此种情况虽不影响下一阶段的开拓工作，但等待的时间过长会增加巷道的维护成本。图3c)中接续工作不正常，它的开拓工作时间(TJ1-TJ0)加上(Tk0+Tz2+Tz3+Th+Tz)的时间点大于下一阶段开拓工作完成的时间TJ3，超出的时间为T′mn，此种情况对下一阶段开拓工作的正常进行产生负面影响，造成一定的经济损失。