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综采放顶煤开采工艺系统的可靠性 第六图书馆 采煤 综采 放顶煤 开采工艺 可靠性世界煤炭技术魏方图 万世明不详1991第六图书馆 第六图书馆 综采放 顶煤 开 采工 艺系统 的可靠性 焦 作 矿 堂 睫 魏 方 图 万 世 明 目前放 顶煤 综采 在我 国 已发展 4 0个矿 。 f 我 国特 厚 煤 层遍 及 全 国 1 5个省 4 6个 矿 务局 ， 此 这 种开 采新 工艺 还具有 巨 大的 发展 潜 力。 放 预煤 综 栗 由于 具有 开 采时 间 厦 宅问 高 度 集 的优 势 ，高产 、高教 、低投 入是 完全 可 以实现 的 。这 在 急倾 斜 特厚 煤 层的 开 采 中已得 芋 证 明 。其 工 佧 产 量比传 统 的采煤 洼提 高倍 ，工效提 高几倍 ，而 且 劳 动强度 低 、安 全 、经 济效益 好 但 对缓斜 特厚 煤 层 而 言 ，由 于放 顶煤 综 采的 单 产H 总体 上 看还 低 F奇 层 综秉 的 水平 。 尽管放 顶 煤 综采 简化 了 巷遘 布 置 乐 统 ， 减 少 丁掘进 工程量 及 巷道维 护 费 ， 减 少 丁分 习 采铺 网工 序及 工作 面搬家 次数 ． 提高 了 效 ， 降低 ． 成 本 ， 取 得 了很好 的经 济效 益 但 有的专 家 仍然 均 放顶 煤 综采 工序 多 、 工艺 复杂 ， 因而只 应 在地质 条性 复杂 ， 分层 综采 难 以发挥效 益的 地区 采用 这样 就 制 了 放 顶煤 综 采 在地 质条 件鞍 好 的 地 区的 应 用 耶 么 放 顶煤 综 采是 否 具 有r 泛的 适 应性 呢 答案 是 肯 定 的 本文将 以 可靠性理 论 为依据 ， 对放 顶煤 综 采的 两 种 开 采工 艺 系统 进 行分析 ，井进 步阐 明放 项 煤 缘 采具 有少投 凡、多产 出的 巨大优 势 。 应 谩无 条忙 地 加以推 广 一 、放顶 煤综采工艺 系统的可靠性 众所 周 知 ， 练采 工 艺系统 是一 个可 修复 系统 。 功能 方面 看 ， 是 一十 多单元 的 串联 系统 。这 一点艟 同 煤综 采和 分层综 泵 基本相 同 ，只有 很小 的差 异 设 系统 由几十 单元 串联 而成 ， 第 i 个 元的 I i z 时 间分布 和 故障后 修 复时 间 的分 布分 别 为 1 --e 一 、 J e～ e ≥ 0 ，其中 H，u i 0 ．j 一 1 ，2 ，⋯ ，r L 。 t l | | i 分 别代 表 第 j 个单元 的敲 障 率和修 复 率 。儿 有 与这 些 分布 有关的 随机 变量 部是 独 立的 。 我们 定 义 状 态 0 n个 鲍 元都正 常 ；状 鸯 i 缟 i 个 单元 故障 ，其 余单元 都 正常 ，i 1 ．2 ， ⋯ 一n 刚 系统 状态 集 E { 0，l ，⋯ ，n j ，系统的 工作 状 态 集 w f 0 ．系统 的故 障状 态集 F c 】 ．2 ，⋯ ， 夸 x e 表 示时 刻 e 系统 所处 的状 态 ，即 ， 0 ，若 在时 划 t ，n个单 元都正 常 x { t f i ，若在时刻 t ，第 十单元故障 ，其 余 单元 部正常 ，i 1 ．2 ， ⋯ ．n 。 a j 以证 明 ，{ X t ，t ≥ 0 }是状态 空 间 为 E的 齐 次马 匀可 夫过 程 。我们 可求得 1、 【 时 刻 内不同状 态 之 的 转移 概 率 ， 绘 出状态 转移 概 率图 ，列出状 态转 移 概 率甘 阵 ，进而 求 得 系统 可靠 性 的稳 杰时 间 有 效 度 A 数 学模 型 。 对 r放 顶煤 的 工艺 系绕而 言 ，可 分 为单 行 作业 和 、 { 。 作 业两 种 ， 前 者适 用于单输 送 机 系统 ， 后者适 用 r理输 送 机 系统 。下面 将 分 别阐 述 单 行作 业 和平 行作 业两 种工 艺系 统的稳 态 有散度 A． 的 数学模 型 。 【 ．单 行 作业工 艺系 统 的可靠 性 拉顶煤 单 行作 业二 艺系 统 可 分 为 割煤 眨放煤 两 个 作 m 时 间 段 ，在功 能 上 它们 部 属 于 多单 元 串 联 系 统 量 [ 艺 统如 图 l 及 图 1 所 示 直 - 单行作 业 工艺 系 统 中 ，割煤 工艺 系统 完成 了 特 厚 煤 层底 层的 开 采 ，而放 煤 工艺 系统 则 完 成 r剩 会 的 韶煤 层 的 开 采 ． 当特 厚 煤 甚厚 度 ≤ l 0 ～ 1 2 m 时 ， 以一次 放完 单行作业 时 ， 不论割 煤或 放煤 ， 其 工艺 系统 部 由 【 0个 元组戚 。 根 据定 义 ，其 状态空 间 集 E 一 { 0 ，1 ，⋯ 1 0 } ， W 一 0 ，F{ 1，2 ，⋯ ，l 0 } 。 时 刻 e 系统所处 的 状杰 由 X e 表 示 ，可 得 r 0 一在时 刻 e ，l 0 单 元部正 常 ； X 【 e 一{ i ，在时刻 t 第 i 十单元故障，其余 I 单 元 部正常 ，j l ，2 ，⋯ 1 O 。 杰 lf系统 属 于 状态 空 间为 E的 齐攻马 尔 可夫 过 程 ． 婆状态概 率转 移 如图 2所 示 。 3l 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 - 1 _ _ ． 』 _ { 爵 圈咽 母上 互 -叵 咽 图 1 单 行作 业工艺 系统 圉 2 单行作业状态概率转移图 盥的 状态转 移 概 率矩 阵 为 0 1 2 - 10 0 1 A 2 ● l 0 l ⋯ 0 一 ul 0 ⋯ 0 0 ⋯ 0 设 系统 达 到稳 定 状 态后 ，状态转 移概 率向 量 为 x，则 x一 x 0 ，x l ， x 2 ，⋯ ⋯ ， x 1 0 ， 【 0 ，x l ，x 2 ，⋯⋯ x o 分 别表 示 系统达 到 稳定状 态 后处于 状 态 0 ，l ，2 ⋯⋯ ，1 0的概率 ，它们满 足 如下线性 方 程组 ， xD ， x 1 ， 2 ， ⋯ ⋯ x1 0 A一 0， 0 ， 0 ， f⋯⋯ ，O I x 。 x ， ⋯ ⋯ x 一 l 解线性 方 程组得 ， x． x 。 1 x0 l I 】 ∑ 由 是 串联 系统 ，故 系i 统- 1 的 稳态时间有效度为 A． ． 一 x 。 一 1 1 4 - 皇 割煤或 放 煤工 艺系 统的稳 态 有效 度 都 可由式 1 计算 ， 只是 因割煤 及放 煤 单元 的故 障率与 维修 率 不 同 ， 在 计算 时可 分别将 其 i 卿 f 定值 代 人即 可求得 。 令 割煤 工艺 系统 的时 间 段 为 T ，放 煤 工 艺 系统 的时 间 段 为 T ，刚其有效 工作 时间 T 割 、T ，可分 别乘 以相 应的稳 态时 间有 效度 来求 得 。即 T 一 Tl 】 2 T 一 】 3 根据观 测 资料 ， 放 煤 的 一 般低于 割煤 ， 而 u叉 一 般高于割煤。 如潞安矿务局王庄煤矿 ， 其放煤的故 障 率 为 0 ． 0 0 6 2 ，而割 煤 则为 0 ． 0 0 9 3 ，放 煤 的修 复 率 u为 0 ． 0 5 9 ， 割煤 则 为 0 ． 0 3 } 阳泉一 矿 的观i 劓资 料 也 是 如此 。因而放 煤 工艺 系统 稳 态时 间 有皴 度 将 高 于 割煤 工艺 系统 ，也就 是说 ， 放 顶煤开 采工艺 系统 稳 志时 月 ] 有效度 将 高于分 层 绦采 况 且放 煤时 ， 可通 过 增 加 同时 放 煤 口数 以进 一 步提 高 其 时 间有 效度 。设 系 统 为两个 放 煤 口同 时放 煤 ，按 两个 同 型单 元 串一 并联 系统 处理 ，则 其状 态转 移概率 图如 图 3 所 示 ； 其相 应 的状态 转移概 率 矩阵 为 m m 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 0 1 2 3 A 一 4 5 _ 11 ． Jt 图 3 两 个被 煤 口同时放 煤的工 艺 系统 状态 转移 概 率图 设 系统 达 至 稳 定状 态 后 ，状 态转 移概 率向 量 均 x，则 x一 x o ， ， x 2 ，⋯ t X i l ，x 0 ，x J ， x 2 t⋯ ．x l 1 分别表 示 系统达 到稳 定状 态后处 于状 态 0 ， 1 ， 2 ⋯ ， 1 1 的 概率 ，它 们满 足如 下线性 方程 组 f x o t ， x 2 ， ⋯ t x J 】 A一 0 ， 0， 0 ⋯ 0 I X 0 - - x 】 x ⋯ i 一 1 解 上面线性 方 程组得 一 。 izf 3 2 一i 2 x [ 一 百 x 。 一 “ ． 则 两个 放 煤 E J 同 时 放 煤 的 稳 态 时 间 有 效 度 为 一x 。 x 1 x 。 很显 然 ， 两个放煤 E J 同时放 煤 ， 则稳 态时 间有 效度将 进 一 步提 高 。 2 ．平 行作 业工 艺系 统 的可靠 性 放顶煤综采 当采用双输送机支架时 ，可采用 平 行 作 业 工艺 系统 割煤 和 放 蝶分 别 由 前 、后输 送 运 输 t相 互独立 这 时的 工艺 系统 形成 串 、并联 混合 系 境 ，硼 图 4 所 示 。 匦 圃 回 ● 图 4 r{ r 作业 】 艺系统 图 33 ；． ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ k 0 i ；0 0 0 0 0 0 毗 ‰。。『 l二 。；。 k 0 0。。 0 0 0 0 0；0 、 一 ～ l_ }2 ●5 0 。毗 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 可 以 认为 这 是一 个 不 同型 单 元相 并 联 再与 其 它 单 元串 联而成 的具 有 一组修理 工的可修 复 系统 。 这 时 的状态 空间 集 E一 { 0 ．1 ，2 ，⋯ ，1 2 ．W O l 2 3 0 1 2 3 A 一 4 5 6 7 _ l2 一 { 0． 3 ， 4 ， F一； l，2，5， 6 ， ⋯ ，l 2 } 其 状态转 移概 率 图如 图 5 所 示 ； 埘 应的状 态转 移概 率矩阵 为 4 5 6 7 ⋯ 1 2 ． O O ⋯ l 2 l 2 0 O 0 0 0 0 0 ⋯一 u L 2 同样 ， 在 系统达 到 稳定状 态 后 ， 它们满 足 如下线 二 。’ x 。 i ≠ 3， 4． 5 ， 6 一i 瓦 x． 。 34 l 萤 } j ≠ 3，4， 5 ， 6 则 平 行 作 业 工 艺 系 统 的 稳 态 时 闻 有效 度 应 为 x 0 、x 3 ，和 x ． 之 和 即 - 一 0 x 3 x 一 1 l- 。 4 从式 1 、 4 可 以得 出 ，平 行作 业 工艺 系统 的 稳 态时 间有 效度 高于 单行 作业 工 艺系统 二 、实例 计算及分析 1 单 行作业 工 艺暴 绕 L 西潞安矿务局王庄堞矿为低 l罔矿井 ，其 4 3 0 9 放 顶煤 综 l罘工作 面 ，使 用 Z F D4 0 0 0 3 0 ／ 1 7单输 送 机 支 架 ．工作 面 } 壬1 1 8 ． 4 m，煤 层中 硬 ，f 一1 ． 5 ～ 2 ，平 均 厚 睦 6 ． 8 m，平 均倾 角 6 ． 5度 ，割堞高 度 2 ． 8 m，放 堞 高度 均 4 m，工作 面采 用三 刀一放 的分段 间隔 放 煤方 法 ，放 堞 步距 1 _ 8 m，每班 一个循 环 。根据 观 测 资料 ，填工 芝系统各 单 元的故 障 率 、修 复 率 u如 表 ]所 根 据 丧 1 ．由单 行 作 业 工艺 系统 可 靠 性 模 型 式 1 r 可 分 别计 算 出 其 割煤 ] 艺 系 统 的稳 态时 间 有 效 度 ． 一 0 ． 5 3 ，其 放煤 工 艺 系统 的 稳 态时 日] 有 效 度 L 一 0 5 9。 [ 怍 面 产量 由 割堞 生 产能 力和 放煤 生 产能 力 两 部分构成其生产能力可分别函下式 计算得出 ～ 一 一 ～ ～ ～ 一 0 0 O 0 0 0 0 0 0 0 0 u 0 0 0 O 0 u 0 0 ； 。 。 ． 0 0 广 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 I 一 H m h Y -C】V 60 3 00 1 0 0 0 0 i n hY Cz V 6 0 3 0 0 1 0 0 0 0 T 万 t ／ 年 式 中 ．13 1 为 割煤 高度 ，m；h为截 深 ，m；Y为煤 的 客重 ，t ／ m }C 为割煤 回采 率 }C 为放 煤 回收 率 } V为 采煤机平 均 运行 速度 ． m／ rai ni H为煤 层厚 度 ． m。 根据王庄煤矿实际 ， 其值分别为 m一2 ． 8 m． h 一0 ． 6 m， Y 一 1 1 5 t ／ m。 ， C l 一0 ． 9 8 ． C 2 0 ． 8 0 ， V 2 ． 5 m／ mi n ． 1 t 一 6 ． 8 m，以每 天工 作 1 8小 时 ，割 煤时 间段 和 放煤时 间 段 各 9小时 计 。将 数 据 代 人 可 得 Q 一 5 1 ． 2万 t ， 年 ， Q 一6 6 ． 5万 t t刚工作 面年 生产能 力为 1 1 7 7万 t 。 这就说 明 ， 放顶 煤综 采工 作面 工艺 系统 的可 靠性 是 高 的 ，实 现年超 百 万吨 的高 产是完全 可能的 王庄 煤矿 4 3 0 9工 作面 各单 元 的 、u表 表 1 平均 工作 平均 故 障 时 间r 故障 率 修 复率 端顶煤 瓦斯 鲁 j 煤 1 0 7 3 5 0 ． 0 0 9 3 O 0 3 工作面遥j 亩 1 6 6 3 2 0 ． 0 0 6 0 ． 0 3 i 蒋架 3 4 9 ． 7 1 O ． 3 0 0 0 3 O ． D 9 7 转载 2 4 ． 6 0 ． 0 0 3 f 0 ． 2 2 顺槽运输 2 7 3 1 1 O D 0 3 7 0 0 9 1 上 下 2 7 3 0 0 D 3 7 仉 1 4 3 山运 输 缫仓储放煤 3 5 0 1 0 0 ． 0 0 3 0 ． 1 电气 2 7 3 S 6 O 0 0 3 7 0 ． 0 l 8 放煤 l 6 2 0 ． 0 0 6 2 0 ． 0 5 9 2 ．平 行作 业工艺 系统 阳泉矿 务局矿 8 5 0 3放顶煤 综采工作面 ， 采用 F D4 4 0 - 1 ． 6 5 ／ 2 ． 6型双 输送 机 支架 ，工作 面 长 1 2 9 m， 蝶 层较 硬 ， f 2 ～3 ， 煤层 平均 厚度 5 ， 7 4 m． 平均 倾 角 2 。 ～ 7 。 ，采 煤 机 割 煤 高 度 2 ． 5 m，放 煤 平 均 高 度 3 ． 2 蜘 ，工作 面 采 用 两刀 一 放 的分 段 顺 序间 隔放 煤 法 ， 放煤步 距 1 m， 工作面 劳动组织 为四六工 作 削 ， 每 班 完成个 循环 。 根 据统计 观删 ， 其工 艺 系统各 单 元 的故障 率 、修 复 率 u如 表 2所 示 。 根 据 表 2 ． 由平 行作 业 工 艺 系 统 可靠 性 模 型 式 4 可 得 【 0 0 ． 5 5 ，x 一0 ． 0 6 ， 0 ． 0 5 5 目 Ⅱ 平 行作 业工艺 系统 的稳 态时佰』 有效 度 为 A 一 0 x 3 0 ． 6 7 通 工 量 实 例 计 算可 知 ，放 顶煤 综 采 平 行 作业 工艺 系 统 的 稳 态时 间 有 效 度 远 高于 单 行 作 业 工艺 系统 。 同 样 ，其 [作 面 生产 能 力也 应 高 于 单行 作业 工芝 系 统 t更 0 u 具 备 了实现 高 产的 条件 阳泉 一矿 8 5 0 3工 作面 各单 元 的 、u表 表 2 ＼ 、 指 平均 工 作 平均 故 障 序 号 单 j ＼ l时 间 ㈣ j寸 间 m in 故 障 章 修 复 率 端顶煤 3 5 8 0 ． 0 0 3 O 5 瓦斯 3 5 8 0 0 0 3 O 5 割煤 l 2 9 l 8 0 ． 0 0 8 0 ． 0 S 6 艘煤 l 2 9 3 7 O ． D 0 8 0 ． 0 2 7 莳运输 机 l 5 6 1 6 0 ． 0 O 6 4 O ． 0 6 3 6后运 输机 l 5 9 1 6 0 ． 0 0 6 3 O ． O 6 3 移架 8 1 2 0 ． 0 O 3 0 D 8 8 转载 1 8 0 1 5 ， 9 O ． 0 0 5 6 0 ． 0 6 3 9 顺槽运输 1 8 0 l 9 O ． 0 0 5 6 0 ． 0 5 3 上 下 1 O 1 80 l 2 ． 7 0 ． 0 05 6 0 0 7 9 山运 输 1 】媒 仓储放埔 3 1 5 4 5 0 0 0 3 2 O ． 0 2 2 J 2 电气 l 9 2 2 5 0 ． 0 D 5 2 O ． D 4 平行作 业 工 艺 系统 工作 面 生 产 能 力可 由下 式 确 定 Q一 年 式 中符 号同 前 根 据阳 泉矿 务局～矿 8 5 0 3工作 面实 际 资料 ，其 值 分 写 L 为 H一 5 ． 7 4 m，h 一0 ． 5 m，Y 一 1 ． 1 5 t ／ m ，c一 0 ． 8 0 ，V 一2 ． 5 m／ m i n 将 数 据代 人上 式可得 工作 面 年 生 能力 Q一1 8 0 ． 6万 t 。 这就 说明 ， 由于 工作 面采 用 平行 作 业工艺 系统 ，使 得 生产 能 力大 为提高 ； 三 简要结论 1 放 顶煤 嚎 采 工艺 系统 的 可 靠性 明 显 高于 分 层综 采 ， 军 吁作 业工艺 系统 优于 单行作 业 工 艺系统 。因而 其高 产是 完全可 以实现 的 。 这不仅 为 理论所 证 明 ， 也 被潞 安局 漳村煤 矿月 产突 破 l 5万 吨和 阳泉 放顶 煤综 采的 夫面 稠丰 产所证 实 1 9 9 0年 该局 有 三个 工怍 面 突破 百万 吨 。 下转 第 4 3页 35 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 光缆 长城 0520CH F-_一接 口 ≥ l mM _l J L 图 1 p L A N 5 0 0 D 光圩通信试验框图 2 ．实用网络 1 抚 顺 老虎 台矿 选煤 厂应 用我 们研 制 的 光 纤 数 据通 道构 成 P L AN一 2 机 局部 区域 网 络 ． 其 网 络 构 成如 图 2所 示 。在 老虎 台 矿调 度 室 的 C a W- P C ／ 0 5 2 0 C H和 选蝶 厂集 中控 制室 的 A H之 间 采用 了 2 k m 长 的一 十光纤 光 缆数 据通 道 ， 其 采 4台 P c用 电 缆传 输 。 该 网把 选煤 厂 内厂 长室 、计 算机 站 、煤 质分 析 室 、装车运 输室 以及集中控制室 的五十 P c联接起 装 车站 厂 长室 来 ，回时 叉与矿 调 度室 的 一台 P c联 结起来 ，实现 了 生 产管理和办公的 自动化．该网从 1 9 8 8年运行至 今 ，工作 正常 。 2 应用 我们 研制 的光纤 数 据通信 系统 ， 为山 东 石臼港 务局完 成了 P L A N一 5 0 0 0嫩 机局域 网工程 ． 1 9 8 9 】 0月谈网投人运行 。 实现了煤炭出口港 口的 业务管理和办公自动化 ， 这个网络由 4 0多台搬机组 成 ， 用 了 1 0个 光纤 数据 通信 接 口 ． 5条 光缆路 总长 度 约 8 k m 。 煤质分析 集控室 计算机站 四 、结束语 图 2 选煤厂 P L A N 一 2 0 0 0 徽机局部区域网络构成 上述 两种 接 口中 ．四 线接 口于 1 9 8 7年 1 2月 1 9 日． 由北京 计 算机工业 总 公司主 持 了鉴定 ， 参加 会议 有 2 3个 单位 的 4 3位 代表 。 经现 场 考查和 讨 论 ． 鉴定 委员会一致认为 该接口是国内首敬成功地将 光通 信 用 于 P L A N 网 ，其 部 分经 济 技 术 指 标 优 于 美 国 N it a r公司 同类产 品 ． 达 到国 际先进 水 平 ．井建议 迅 速 商 品化投放 市 场 。该 接 口获国 家实 用新 型专 利 专 矿 调度 室 利 号 8 7 2 1 2 5 0 6 ， 由于该 接 口的 传 输距 离到 达 网络 覆 盖范围 6 ． 7 k m ，对一条 6 ． 7 k m的数据通道 ，用光 纤系统比用 电缆要节省近 6万元 ，经济效益十分明 显 该接 口的 实用 工程 有 辽宁抚 顺 老 虎台 矿 选煤 厂 P L A N- 2 0 0 0和 山东石臼港务局 P L A N一 5 0 0 0两个 赣 机 网 。 二线 接 口也获专 利 专 利号 8 8 2 1 7 7 6 9 ， 接 口将 进 一 步研制 井 产品化 。 上接第 3 5页 2 经济 效益明显 提 高 。这主 要表 现在 减少 丁 巷道 掘进 工程量 和巷 道 维护 费 ；减少 了分 层综 采 的 铺 网 工序及工 作面搬 家 攻数 ； 提 高了工散 ， 降低 了成 本 。 据 阳泉矿 务局统 计 ， 由于采 用了放 顶 蝶综 采代 替 分层 综 采 ，采 完 一个 工作 面就 可 以节 约和 增收 效 益 8 0 4万 元 ．吨 煤成 本降 低 8 ． 3 8元 ，经 济效 益十 分 可 观 。 总 之 ．由于 放 顶蝶 综 采具 有开 采 时 间及 空 间 高 度 集 中的 独特 优势 ，使 其 工艺 系统 的 可 性和 工 作 面 生 声能 力大 ，高于 分层综 采 ，完 全可 以实现 高 产 、 高 效 、 低耗 和安 全生 产 的 目的 ， 是提 高 煤矿 企业经 济 效 益的有 效途 径 ．应 该大 力加 以推 广 。 43 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆