薄煤层工作面高效开采效果计算机模拟

张 飞 武 磊 王 强

(辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000)

1 国外薄煤层开采技术现状

在前苏联，薄煤层的煤层采煤法主要是走向长壁后退式。在前苏联机械化程度已超过82%，薄煤层主要是浅截式采煤机，液压支架已成系列。1937年德国工程师Peter Behrens已经建立了有关薄煤层开采的高效开采，在奥德尔煤田共产党员矿井中进行了薄煤层水力采煤试验。试验薄煤层倾角应该小于为64～66°，厚度也应该小于为 0.6～0.7m。试验结果为，水枪的能力为20～24t/h，为了进一步扩大水力落煤的效率，对开采煤层实施了震动放炮，水枪的生产率增加到31t/h。

在薄煤层采煤机的发展方面，20世纪80年代后期，西德的薄煤层采煤机主要有EDW230-2LN和EDW300-LN两种。英国薄煤层采煤机主要有Andson AB16、AS-Euskara和B61。Andson AB16型爬底板采煤机，适用于厚度为0.9～1.2m的煤层，总功率达到150kW。AS-Euskara采煤机是在Andson AB16采煤机的基础上改进的，这种采煤机对工作面的风流阻力小并且有效风量大。B61采煤机是建立在B57的基础上的，过桥使用悬臂式不与运输机连接，采煤机拥有较大的操作空间。

2 国内薄煤层开采技术现状

我国薄煤层分布地域广泛、资源丰富，国内薄煤层的可采储量约为60多亿吨，约占全国煤炭总储量的19%，而产量只占总产量的10.4%，远远低于储量所占比例，并且产量的比重还有进一步下降的趋势。煤炭资源合理利用是我国能源安全及经济社会可持续发展的战略选择，研究薄煤层的开采技术，提高煤炭资源利用率，提高矿井的回采率和延长矿井的服务年限，对我国煤炭资源的可持续发展具有重要意义。

3 薄煤层开采存在的问题

(1)受开采空间的限制，设备安装、维护操作及行人困难。

(2)综采配套设备对薄煤层厚度变化和地质条件变化的适应性差。

(3)相对于厚煤层，薄煤层工作面开采效率低、产量低。

(4)薄煤层工作面回采储量小，推进速度快，由于设备功率和开采空间的限制，通常工作面长度设计较小，掘进率相对较高，使得采掘接替变得紧张。

(5)薄煤层工作面工作环境恶劣，工人劳动强度大。

(6)薄煤层具有两硬特点，加大了薄煤层开采的难度。

4 工作面生产系统计算机模拟软件开发目的

薄煤层工作面开采效率受诸多因素的影响，有些对于中厚或厚煤层开采影响较小或没有影响的因素，对于薄煤层开采却有很大影响，如煤层硬度、煤层厚度局部的起伏变化、小断层等，分析各影响因素对开采效率的影响工作较复杂。计算机模拟技术可以研究复杂的对象，为了详细分析各影响因素对薄煤层工作面开采效率的影响，将影响薄煤层工作面开采效率的因素及影响程度分析清楚，应用计算机较强的仿真性，重复再现工作面的生产过程，达到研究目的。

影响薄煤层工作面开采效率的因素有地质条件、开采设备、工序安排、工艺操作、辅助生产设备、液压泵站系统、供水供电系统等，各种因素对工作面的影响表现为工作面的停机，所以，工作面停开机是一个随机过程，统计工作面停开机时间的数据是随机数，可以应用概率与数理统计的知识，分析工作面的停开机时间数据(随机数)的分布规律，则计算机可以根据工作面停开机时间数据的分布规律，采用随机数发生器产生工作面生产过程的模拟数据，再现工作面的生产系统，辅助分析影响薄煤层工作面开采效率的因素，为优化工作面生产系统提供依据。

5 工作面生产系统计算机模拟软件介绍

使用Visual Basic语言编写，开发了“工作面生产系统计算机模拟软件”，Visual Basic作为一套独立的Windows系统开发工具，可用于开发Windows环境下的各类应用程序，是一种可视化的、面向对象的、采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，并使用Windows应用程序接口(API)函数，采用动态链接库(DLL)、动态数据交换(DDE)、对象的链接与嵌入(OLE)以及开放式数据库访问(ODBC)等技术，可以高效、快速地编制出Windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。

系统利用现场调研生产班的停开机时间以及采煤机速度作为模拟的基础数据，输入工作面基础参数后，系统根据用户选择的生产条件及模拟时长自动生成每个工作面生产班的生产情况与开机率，待将用户要求模拟的班次全部模拟完成后，系统自动输出全部班次的最后结果表，包括总进刀数、工作面推进度、开机率、总产量，从而直观定量的反映出地质因素、生产设备因素、辅助生产设备因素、工序操作因素、工序安排因素等对工作面生产的影响程度。

6 不同生产条件下开采效果模拟

工作面受各种因素影响，导致工作面产量和开机率较低，其主要影响因素为地质因素、生产设备因素及辅助设备因素。应用“工作面生产系统计算机模拟软件”分析其开采效果，分析不同生产条件下工作面的产量。

开机率是采煤机运转时间占工作面每日可利用生产时间的百分比，它是综采工作面地质条件、管理水平、设备运行、工艺配合以及各生产系统可靠性的综合反映。据有关资料显示，我国中厚煤层综采工作面采煤机的最大开机率可达75%～95%(神东矿区)，开采条件和管理水平较好的矿井开机率为31%～51%，薄煤层工作面采煤机的平均开机率更低一些，约在26% ～34%左右。所以，分别以开机率84%、47%、31%三种分析工作面的开采效果。

7 实际生产条件下开采效果模拟

应用“工作面生产系统计算机模拟软件”，结合工作面的跟班调研数据，对工作面进行模拟研究。工作面开采煤层为3-2#煤层，煤层厚度平均为1.32m，倾角12°，直接顶为细砂岩及粉砂岩互层，厚度 4.12m，工作面长 102.4m，走向长度724m。工作面工作制度为七三制，四班采煤。采煤机采用斜切式进刀方式，双向割煤，截割深度0.73m。

输入系统所需参数后，对地质因素、生产设备因素和辅助设备因素在一个月内对工作面开机率和产量的影响程度分别进行模拟。利用现场跟班调研的工作面机组停机时间、开机时间的期望和机组运行速度的期望和方差为基础参数，对工作面实际开采效果进行模拟。