大倾角极薄煤层工作面的普采实践_郭海军.pdf

大倾角极薄煤层工作面的普采实践 郭海军 四川达竹公司 小河嘴煤矿，四川 达州 635711 ［ 摘 要］大倾角极薄煤层开采存在成本高、安全性差等问题，一直是困扰煤矿生产企业的技 术难题。小河嘴煤矿应用基于爬底板采煤机的大倾角极薄煤层普采工艺，并实施设备防倒、防滑、工 作面防飞矸、人员防坠落等安全技术措施，极大地提高了开采效率与安全性，对类似工作面的开采具 有参考意义。 ［ 关键词］大倾角; 极薄煤层; 爬底板采煤机; 普通机械化开采 ［ 中图分类号］ TD823. 25［ 文献标识码］ B［ 文章编号］ 1006- 6225 201802- 0030- 02 Practical of Coal Cutting Machine Conventional Mining along Floor under Large Incline Angle and Extra Thin Coal Seam ［ 收稿日期］ 2017－12－30［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2018. 02. 008 ［ 作者简介］ 郭海军 1986－ ，男，四川达州人，工程师，现从事煤矿井下生产技术管理工作。 ［ 引用格式］ 郭海军 . 大倾角极薄煤层工作面的普采实践 ［ J］ ． 煤矿开采，2018，23 2 30－31，71. 小河嘴煤矿井田位于中山背斜北部末端，为隐 伏、倾伏 不 对 称 形 背 斜 构 造，矿 井 开 采 K21， K22，K24 煤层，煤厚 0. 45～0. 83m，煤层倾角 8 ～40。煤层薄、倾角变化大，采用传统爆破落煤 工艺工效低，且不利于安全管理。采用合理的采煤 工艺，最大化发挥回采效率，提高生产安全性，对 企业的长远发展有着极其重要的意义。 本文介绍了小河嘴煤矿 2016 21大倾角极 薄煤层工作面应用基于爬底板采煤机的普采实践， 并针对设备及物料下滑、工作面飞矸等安全隐患， 提出了相应的安全技术措施，极大地提高生产效率 与安全性。 1工作面概况 小河嘴煤矿 2016 21工作面位于中山背斜 东翼，201 采区南翼第二区段。上以 2014 21 工作面为界，下以 2016 21机巷为界，南以 2016 21开切眼为界，北以煤柱线为界。工作 面走向长度 616m，倾斜长平均 132m，倾角 25 ～ 36，平均 33。 2016 21工作面开采 K21 煤层，厚 0. 54 ～ 0. 78m，平均 0. 74m，局部存在夹矸，为黑色炭质 泥岩，厚 0. 10～0. 15m。顶底板情况 21 煤层伪顶 为黑色炭质泥岩、泥岩间夹煤线; 直接顶为灰色泥 质粉砂岩，节理较发育，厚 3. 90 ～ 10. 3m，f 6 ～8，上部为 K22 煤层。直接底为深灰色泥质粉砂 岩，节理较发育，厚 3. 91～8. 75m; 老底为灰色粉 砂岩，厚 4. 01～6. 34m，f8～10。 2工作面回采设备 2016 21工作面采用 MG110/130－TPD 型交 流电牵引单滚筒采煤机落煤、装煤 采高 0. 52 ～ 0. 8m，适应倾角≤35 ，SGB－630/40T 可弯曲刮 板运输机运煤，DW08－300/100X 单体液压支柱配 HDJA－800mm 型铰接梁支护顶板。 3作业方式 3. 1采煤机进刀方式 工作面采用采煤机在上、下端头推入式进刀， 双向割煤，往返进 2 刀，截深 0. 8m。上端头采用 人工打眼爆破施工超前缺口，缺口倾斜长 6. 0m， 超前煤壁 1. 6m; 采煤机在下出口采用无缺口进刀， 不施工下超前缺口。 3. 2工作面支护作业方式 工作面采用 “四五”排控顶，采用单排密 集支柱切顶，全部垮落法处理采空区，循环推进度 0. 8m，放顶步距 0. 8m，最大控顶距 4. 45m，最小 控顶距 3. 65m 见图 1 。 图 1工作面支护示意 03 第 23 卷 第 2 期 总第 141 期 2018 年 4 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 23No. 2 Series No. 141 April2018 ChaoXing 3. 2. 1跟机挂梁、支柱 1因本工作面倾角较大，上行割煤时，割 煤机每割出 30～50m，必须停止割煤机及刮板机运 行，收紧防滑绞车钢丝绳，作业人员及时进入机道 设置分段隔离设施。待设好分段隔离设施后，方可 继续割煤，分段下方可从上向下进行挂梁、支柱。 分段隔离设施的设置 自机道排支柱开始至煤 壁，沿走向设置 3 根单体支柱，其上铺设规格为 1200mm250mm70mm 的木挡板 铺设高度为采 高的 2/3 ，另在挡板上方铺设厚为 500mm 的浮煤 作为缓冲层。 2下行割煤时，跟机挂梁、支柱滞后割煤 机距离为 5～15m。 3跟机支柱使用后方备用支柱设置，支柱 过程中，作业人员必须随时进行 “敲帮问顶”及 危岩寻找。 3. 2. 2推移刮板机 跟机支柱支设好后，可进行推移刮板机。采用 单体支柱推移工作面刮板机，推移时弯曲段长度必 须控制在 15～20m，推移方向为由下向上或由上向 下依次进行。每一段刮板机推移到位后，及时支设 后方夹刮板机支柱。 3. 2. 3回柱放顶 回柱放顶为分段从下向上进行，分段回柱距离 不小于 15m，回柱前必须在分段搭头处新密集支柱 与旧密集支柱之间打好隔离支柱。 4安全技术措施 4. 1采煤机防滑 1在风巷距煤壁 15～25m 范围内安装 1 台 JH－14 防滑绞车，用于拖运电缆及工作面采煤机防 滑，稳车使用 18. 5mm 钢丝绳通过导向滑轮与工 作面采煤机相连。 2通过采煤机自身牵引链进行防滑，牵引 链使用 26mm 的 D 级链，牵引链两端通过单体支 柱，配合专用踩链筒进行固定。且采煤机自身带有 液压紧急抱闸制动装置，可在停电等情况下紧急制 动牵引链轮，防止采煤机下滑。 3绞车导向滑轮安设工作面上出口巷道高 帮，帮上每隔 1. 0m 施工 1 根树脂锚杆，用于固定 40 型刮板链，导向滑轮挂在 40 型刮板链上。 4工作面若因处理顶板安全、采煤机故障、 换销子等，须进入采煤机下方机道时，必须待采煤 机停稳，并收紧稳固钢绳后方可进入，且进入后必 须在采煤机下方另打 3 根防滑支柱，以防采煤机下 滑。 5工作面割煤期间，牵引钢丝绳松弛度不 能超过 0. 5m，防止采煤机下滑冲击拉断钢丝绳。 4. 2工作面刮板机防滑 1通过对工作面刮板机中部槽每隔 9. 0m 加 工 1 组防滑链，防滑链固定在单体支柱上，并将防 滑单体支柱设置成戗柱。 2工作面刮板机使用期间，通过对刮板机 机头、机尾掺打防滑支柱进行稳固。 3工作面推移刮板机时，严禁同时撤出机 头和机尾防滑稳固支柱，每段刮板机推移到位后， 必须及时打好防滑及夹溜支柱。 4将工作面调整为仰斜开采，使用刮板机 头超前机尾 8～10，能有效防止刮板机下滑。 4. 3工作面防飞矸 1为防止工作面刮板机运行期间，刮板机 内大块煤、矸飞出刮板机伤人，并预留人员从后方 进入机道作业最低高度，采用在工作面刮板机机头 至机尾靠后方夹刮板机支柱侧设置连续挡煤板，挡 煤板采用 2 根 50. 8mm 2 吋PVC 管重叠设置， 并使用铁丝固定在刮板机槽边缘上。 2工作面后方人行道内每隔 3. 0m 设置 1 组 安全挡板 长宽厚 1. 0m0. 2m0. 05m ，用 于人员防滑及防止上方飞矸。 3割煤后，人员进入机道挂梁、支柱前， 必须先停止工作面刮板机运行后，方可翻越刮板 机。作业前，必须先在本号位上方分段搭头处沿走 向支设 3 根隔离支柱，隔离支柱系好防倒绳，并在 支柱上方铺设好挡矸板，待设置好防挡矸设施后， 方可从上向下依次进行。 4. 4单体支柱防倒 为防止工作面支柱失效或卸载，倒柱伤人，所 有支柱必须系防倒绳，防倒绳必须拉紧、绷直。 4. 5工作面人员防坠 工作面通过在人行道每隔 3. 0m 设置的安全挡 板作为脚踏板，防止人员失稳下滑。因工作面下出 口较高，人行上下困难，采用在下出口设置脚踏板 及人行铁梯的方式便于人员上下通行，人行梯上端 使用油绳固定在支柱上。 5应用效果 通过在 2016 21工作面实践应用，取得了 较好的安全效果及经济效益。杜绝了重伤及以上事 故， 用人数较炮采减少了30 ， 日割煤4刀， 月 下转 71 页 13 郭海军 大倾角极薄煤层工作面的普采实践2018 年第 2 期 ChaoXing B 线的观测结果，选用概率积分法模型作为该区 地质采矿条件下的地下开采地表沉陷模型。A 线、 B 线和工作面综合拟合确定的概率积分法模型参数 如下 1下沉系数从测点下沉曲线中可以找出， 走向线最大下沉点为 A29 点，下沉值为2. 74m，采 厚为 6. 7m，倾角平均 4. 5。计算得下沉系数为 η ωmax mcosα 0. 41 2主 要 影 响 半 径首 先 找 到 下 沉 量 为 0. 5ωmax1370mm 处，位于 A19 和 A20 之间，差值 法计算距离 A19 点 3m 处。根据最大下沉值为 2740mm，计算得到 0. 16ωmax 438. 4mm，该下沉 点介于 A15 和 A16 之间，经差值计算为距离 A16 点 4m 处，投 影 后 求 得 0. 4r1 67. 5m，r1 168. 75m。 同样方法求得下沉量为 0. 84ωmax 2301. 6mm 处位于 A21 和 A22 之间，插值计算得到距离 A21 点 4. 23m，继 而 求 得 0. 4r2 41. 3m，故 r2 103. 25m。 即影响半径 r r1 r 2 /2136m。 3水平移动系数如图 5 所示，最大水平 移动为 A20 点，其值为 0. 822m，最大下沉值为 2. 74m，故水平移动系数为 b umax ωmax 0. 3 综上，42105 工作面角量参数如表 3 所示。 表 3 42105 工作面角量参数 边界角/ 倾向走向 水平移 动系数 下沉 系数 主要影响 半径/m 超前影响 角/ 最大下沉速 度滞后角/ 57. 4558. 70. 30. 4113660. 476 3主要结论 1采空区下工作面回采引起的地表下沉变 形特点与单一煤层开采下沉稍有不同，其随着工作 面的推进，地表下沉具有下沉启动早、下沉速度快 和达到最大下沉值时间短的主要特点。 2采空区下工作面回采最终形成的地表移 动盆地属于超充分采动状态，地表移动和变形值较 大。实测地表最大下沉值 2740mm。倾向边界角为 58. 7，走向边界角 57. 45; 超前影响距 249m，超 前影响角 60. 4。地表沉陷模型参数如下下沉系 数 0. 41，主要影响半径 136m，水平移动系数 0. 3。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 何国清，杨伦，凌赓娣，等 . 矿山开采沉陷学 ［M］． 徐州 中国矿业大学出版社，1994. ［ 2］ 中华人民共和国行业标准编写组 . 建筑物、水体、铁路及主 要井巷煤柱留设与压煤开采规程 ［M］． 北京煤炭工业出版 社，2017. ［ 3］ 徐友宁，何芳，武自生，等 . 神东矿区开采沉陷及塌陷指 数预测 ［J］ ． 中国煤炭，2005，31 12 37－40. ［ 4］ 王军，赵欢欢，杨小敏 . 鄂尔多斯神东矿区开采地表沉陷 预测模型研究 ［J］ ． 内蒙古农业大学学报 自然科学版 ， 2015 4 61－65. ［ 5］ 李杰，贾新果，陈清通 . 浅埋厚煤层综放开采地表移动规 律实测研究 ［J］． 煤炭科学技术，2012，40 4 108－110， 115. ［ 6］ 郭文兵，王金帅，李圣军 . 浅埋厚煤层高强度开采地表移动 规律实测研究 ［J］ ． 河南理工大学学报 自然科学版 ， 2016，35 4 470－475. ［ 7］ 陈俊杰，王礼，郭延涛 . 基于概率积分法的矿山地表移动 观测 ［ J］ ． 测绘科学，2014，39 3 146－148，152. ［责任编辑 徐乃忠］ 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 上接 31 页 产达 10kt 以上，单产水平较炮采提升了 2 倍以上， 达到了预期效果。 6结束语 大倾角极薄煤层机械化开采装备选择十分有 限，想要最大限度地发挥开采效率，合理选择开采 工艺十分重要。实践证明，对于大倾角极薄煤层机 械化的开采，基于爬底板采煤机的普采工艺无疑是 最佳选择，小河嘴煤矿在该方面取得的经验，值得 同类型矿井参考、借鉴。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 连青发 . 爬底板采煤机在夹矸煤层中的应用 ［J］． 煤炭科技， 2011 3 52－53. ［ 2］ 乔红兵，吴淼，胡登高 . 薄煤层开采综合机械化技术现状 及发展 ［ J］ ． 煤炭科学技术，2006，34 2 1－5. ［ 3］ 黄国旺，徐永宽 . 爬底板采煤机的适应性浅析 ［J］ ． 煤矿机 电，1998 1 8－9. ［ 4］ 曲开智，蒋金泉，赵丽娟，等 . 复杂结构薄煤层高效综采关 键技术 ［ M］ ． 徐州 中国矿业大学出版社，2010. ［ 5］ 王太全 . 极薄煤层高产高效开采技术实践应用 ［J］． 内蒙古 煤炭经济，2016 20 13. ［ 6］ 张欣，张枢 . 薄煤层采煤机的发展状况及趋势 ［J］． 煤 矿机械，2002 6 7－8. ［ 7］ 曲春刚 . 薄煤层中实现高产高效的技术探讨 ［J］． 煤炭技术， 2007 3 132－134. ［ 8］ 张连福，邢新会，陈青峰 . 大倾角薄煤层综采高效回采工艺 实践 ［J］． 安徽理工大学学报 自然科学版 ，2003 4 14 －17. ［责任编辑 施红霞］ 17 郭瑞瑞 布尔台矿采空区下开采的地表移动规律初探2018 年第 2 期 ChaoXing