1、专题部分摘 要由于我国国情以及煤田地质条件的复杂性，又加上炮采工艺本身具有技术装备投资少，适应性强，技术操作容易掌握和生产技术管理较简单等优点，炮采目前仍然是我国使用较多的一种回采工艺。对于炮采工作面，大部分炮采工作面支护系统不能发挥其最佳作用、炮破参数选取不合理、工作面参数选取的不合理、生产系统运行的不完善等因素是限制炮采工作面高产高效提高的主要因素。本论文采用类比研究、参考有关现场实测数据、结合统计方法、回归理论分析，对炮采工作面的支护系统、块煤率提高、工作面生产系统进行优化做了研究，提出了一些建议和想法。关键词： 炮采 高产高效 炮采高产高效的分析与研究1绪论1.1问题的提出近年来，国内
2、外综合机械化煤炭开采技术发展迅速，工作面单产不断提高。特别是80年代以来，世界各主要产煤国都在积极开发和应用新型高效、大功率、可靠性高的综采设备，取得了良好的技术经济效果。由于我国国情以及煤田地质条件的复杂性，决定了我国煤矿技术装备是多层次的，在一个相当长的时期将是综采、普采、炮采三种工艺方式并存，又加上炮采工艺本身具有技术装备投资少，适应性强，技术操作容易掌握和生产技术管理较简单等优点，故炮采目前仍然是我国使用较多的一种回采工艺。对于炮采工作面，尽管工作面设备和采煤工艺有所改善，但大部分炮采工作面顶板管理不完善、支护系统不能发挥其最佳作用、炮破参数选取不合理、工作面参数选取的不合理、生产系统
3、运行的不完善、工作面及上隅角瓦斯经常超限等因素是限制炮采工作面高产高效提高的主要因素，具体表现为:1.1.1炮采工作面顶板管理问题据统计，在我国煤矿中，每年因顶板事故死亡的人数占全部事故的45%左右，其中工作面顶板事故约占70-80%。而回采面事故中，单体支柱工作面占95%左右。现在，人们一直将提高煤炭高产高效的技术研究重点放在综合机械化采煤工作面，对于炮采工作面，由于其产能有限，各方面规律性又不太明显，所以，这方面的工作未能引起足够的重视。现场经验表明，炮采工作面支护有两个突出的问题:一是顶板破碎，护比支有时更为重要；二是支柱钻底严重，影响支护效果。这既是顶板事故的隐患，也是制约安全生产的主
4、要因素。从历年顶板事故统计来看，回采工作面内有70%左右的顶板事故是发生在顶板不稳定的工作面。深入研究回采工作面顶板状况及其运动规律，掌握顶板事故发生的规律，及时采取针对性的控制措施，防止大面积推垮工作面事故，是回采工作面顶板控制设计和日常顶板管理的重要内容。经济合理的的支护设计，必须充分考虑己有的工程经验，并与相应的试验及现场量测相结合。1.1.2炮采工作面块煤率提高问题据统计，随着我国煤炭开采机械化程度随年增加，呈上升状态的情况下，块煤生产则随年度增加呈下降趋势。在70年代，以晋城煤业集团为例，其最高的年度块煤率为6256。80年代为56，90年代最高只有4574，块煤率几乎是以每年1的速
5、度在递减。块煤素以固定炭含量高机械强度高，热稳定性好而受欢迎，块煤的减少不仅在经济效益上受损，更严重的是块煤有较好的市场，而末煤的销路愈来愈窄，尤其是在煤炭市场激烈竞争的当前提高块煤的生产更是该煤炭行业迫在眉睫的任务。爆破块度分布是评价爆破效果的重要指标。根据爆破工程要求不同，对爆后块度的要求亦不相同。因为不同块度的大小，直接影响着矿山产生铲除、运输等工序，并且影响矿山的经济效益的增加。关于提高爆破块度的研究已做了很多工作，但仅仅是从某一环节来研究提高块率的途径。本文中从系统的角度出发，全面考虑了影响块率提高的因素，从运输环节和爆破工艺上分析了提高块率的机理及其措施。在运输环节上，通过理论分析
6、和现场经验收集相结合的方式，得出了块煤在各个环节上的损失原因和损失率。并提出了防止块率损失的对策。在爆破工艺上，本文利用采集的现场经验。在此基础上，分析了煤体介质中爆炸破坏机理，通过分析，得出了提高块率的优化爆破参数；研究了爆炸载荷作用下煤体块度的分布特征和炸药单耗的关系，为爆破块度分布进行预报预测。1.1.3采面生产系统运行问题随着煤炭科学技术的发展，生产的高度集中，要提高工作面单产水平，矿井生产系统可靠性分析就显得越来越重要。在系统可靠性分析中重要的一环是如何对系统进行改善特征控制，然后系统较复杂时，很难判断系统中哪些部件是影响系统可靠性变化较大的重要部件和关键性部件，因而系统的改善和控制
7、必然是盲目的。为此，必须研究科学的方法寻求对系统进行改善和控制的最优途径，以便以最少的人力、物力、财力使系统可靠性得到最大限度的提高，以获得最佳的经提高炮采工作面单产生产系统优化研究济效益。1.2国内外研究现状1.2.1炮采工作面适用条件所谓炮采工作面是指在煤炭开采时的破煤、装煤、运煤、支护、处理采空区过程中，破煤方式为电钻打眼，爆破落煤的采煤方法。其机械化程度低，循环周期长，因此工作面产能较小。适用于地质条件恶劣的煤层开采，也是综采的有力补充：在边角地带布置炮采工作面等。目前由于我国国情以及煤田地质条件的复杂性，决定了我国煤矿技术装备是多层次的，在一个相当长的时期将是综采、普采、炮采三种工艺
8、方式并存，又加上炮采工艺本身具有技术装备投资少，适应性强，技术操作容易掌握和生产技术管理较简单等优点，故炮采目前仍然是我国使用较多的一种回采工艺。1.2.2炮采工作面的支护系统目前，工作面顶板控制的基本要求是尽可能使支柱与围岩处于相对平衡状态。在使用单体液压支柱的工作面中，主要的问题是初撑力不足，对顶班采取的措施欠佳。近年来，多起重大推垮型冒顶事故，都与单体液压支柱的初撑力偏小有关。为了改善在炮采工作面顶板管理状况，目前，主要有两条途径，一是改善支护方式;二是减少工作面内顶板的支护面积。大多数矿井主要采取的作法是从改善支护方式入手，如果两者相结合则能更好地改善顶板的状况。从采煤生产要求出发，如
9、果支柱管理排数不变，减少工作面的支护面积就是减少工作面控顶距。在炮采工作面，最小控顶距是根据工作面所需的最小通风断面、支柱的最小排数和支柱的顶梁长度等因素来决定。如果减少最小风量断面，须提高通风的质量，整个工作面所需的风量应按排除瓦斯、二氧化碳、炮烟等有害气体及粉尘来计算，而对于瓦斯含量大的炮采面，降低工作面瓦斯涌出量和减少工作面上隅角瓦斯积聚成为改善工作面支护效果的新途径，有待于作进一步的研究。目前我国在底板松软的工作面，主要推广使用柱鞋控制软底板，减少支柱钻底量，以防止顶底板移近量过大，顶板破碎加剧而发生冒项事故，因此合理地设计柱鞋的底面积，较好地控制煤层的底板也是急待解决的问题。支柱钻底
10、量除与支柱底座材质及面积有关外，还与底板岩性、垫层厚度、落煤方式、支柱密度、底板浸水程度及暴露时间等开采工艺条件有关，如何合理改善这些条件，来减少支柱钻底量，有待于作进一步研究。1.2.3块煤率提高研究现状长期以来，煤岩体爆破的理论本构模型一直是煤岩体动力学和煤岩体爆破研究领域的一个热点课题，并且，日益受到上程爆破界和学术界的关注。煤岩体爆破技术的发展和完善，以及在水利水电、矿山、交通等领域的广泛应用，带来了巨大的经济效益和社会效益，同时也对提高爆破质量、改善爆破效果、有效地保护周围岩体稳定提出了更高的要求。使该学科的理论研究具有重要的现实意义。现在，大家都在以系统的观点来考虑块煤率的提高：从
11、落煤到煤炭运到地面的所有环节都在避免合格块煤的损失。1.2.4工作面生产系统可靠性研究现状炮采工作面生产系统是一个复杂的系统，为了保证正常生产，不仅要有高质量的设备，还要研究各个环节的结构组成及其相互关系，以便提高系统的可靠性。长壁炮采工作面的生产能力取决于一系列因素以及它们之间的相互影响关系。这些因素包括工作面推进速度、煤层可采厚度、顶底板条件、支护密度、工作面的瓦斯涌出量、长壁采煤系统的布置参数、采煤、运输设备的能力、相互配套情况和可靠性及生产与劳动组织管理水平等。在这些因素中，多数的影响是随机的，因而整个生产过程是一个随机性生产过程。分析这些因素可以看出，其中某些因素属于自然条件，为不可
12、控因素，而另外一些属技术条件，为可控因素。通过对这些因素的适当控制，可以实现整个生产过程优化，从而提高工作面系统的可靠性，达提高单产的目的。1.2.5炮采工作面单产的研究现状现有生产矿井中几个典型的产量增长幅度较大的矿井就是通过提高单产途径来实现的。例如鸡西矿务局小恒山煤矿，1955年投产，原设计能力81万t，十年来靠提高单产充分挖掘矿井生产能力，产量翻了一番，回采工作面个数减少了一半。1976年全矿产煤119万t，回采工作面9个，单产10167t，全员工效0.63t,1986年全矿产煤217万t，回采工作面4个，单产达到42877t，全员工效达到2.338t.又如义马矿务局耿村煤矿，该矿是1
13、982年投产，原设计能力120万t,4个工作面出煤，到1985年矿井产量只达到108万t。从1986年开始，该矿采取了加强生产技术管理、减少工作面的个数、集中生产、努力提高回采工作面单产等措施，当年全矿井产量就超过了矿井的生产能力，达到了148万吨。煤矿技术改造是煤矿发展的客观规律，因此在矿井生产了一段时间后，必需提高炮采工作面单产生产系统优化研究对原有的开拓部署、巷道布置、提升、运输、通风及地而生产系统进行必要的改造，以便提高采煤工作面单产、减少工作面和采区的个数、简化生产环节、减少辅助人员，这样才能增加生产、提高效率、降低成本、提高经济效益。采煤科学技术在发展，只要矿井有一定的储量，就有必
14、要通过技术改造改善环节，提高工作面单产，发展生产。1.3论文研究的主要内容本论文采用类比研究、参考有关现场实测数据、结合统计方法、对炮采工作面的支护系统、块煤率提高、工作面生产系统进行优化做了研究。整篇文章主要包括以下几个部分：1)工作面支护系统优化2)块煤率提高的途径3)影响工作面单产因素的统计、分析和总结2、工作面支护系统优化2.1工作面概况2.1.1地质概况淮北矿业集团童亭矿746工作面7煤层，煤厚为1.8m2.4m，平均2.0。倾角为招180250，平均200。直接顶为泥岩，平均厚2.1m。老顶为细砂岩，厚6.4m。底板为粉砂岩，厚7.297.69m,平均7.5m。工作面整体为单斜构造
15、，构造发育，共有11条断层，其中有3条断层落差较大，对工作面回采影响较大。工作面煤层结构复杂。7煤顶底板砂岩裂隙水对工作面影响较大，预计工作面回采后最大涌水量为30m3/h正常水量为10m3/h。工作面瓦斯涌出量大，沼气涌出绝对量为23.1m3/min。2.1.2生产技术条件概况746工作面走向长平均为580m，倾斜宽136m，平均为118m。采用单一长壁采煤法，沿走向后退式回采，全部垮落法处理采空区。回采工艺为：1）落煤：746面的落煤方式为放炮落煤;2）装运煤:本面采用人工装煤，可弯曲刮板输送机、皮带机运煤;3）工作面支护及采空区的处理:工作面采用单体液压支杜支护方式和全部垮落法处理采空区
16、。746回采面采用DZ25-25/100单体液压支柱配合HDJA1000型铰接项梁使用，一梁一柱走向架设，工作面支柱全部穿直径300mm的铁鞋，采用三、四排控顶，最大控顶距4.0m，最小控顶距3.0m，放顶步距1.0m，支护密度1.54根/m2，,沿切顶排安设切顶支柱。采煤方法选用走向长壁法放炮落煤。2.2支护设计的理论依据746工作面直接顶厚度2.1，大于l倍采高，但小于3倍采高，故工作面按第二类顶板条件设计。1)支架选型(1)支柱的最大高度HmaxHmax=Mmaxb=240096=2304mm其中：Mmax工作面最大采高，mm；b顶梁厚度，mm(HDJA一1200铰接顶梁)。(2)支柱的最小高度HminHmin=MminSba=180028896=1366mm其中：Mm
