北皂矿 三软 综放开采技术与实践.pdf
缝 生筮5 期堪芷遮 土l l 北皂矿“ 三软Ⅳ综放开采技术与实践 济南煤炭设计研究院杨庆铭王子升 北皂煤矿是山东省龙口矿区于1 9 8 3 年建成 设计年生产能力0 .9 M t 的我国第一个海滨煤矿。 井田含煤地层属第三系,为褐煤,主采煤层为煤 与煤。。矿井投产后先采煤,现需要接续开采 煤。。煤。倾角5 ~1 0 。,厚度5 .2 8 ~1 0 .1 m ,平均 8 .1 2 m ,其中纯煤厚6 .1 m ,夹矸多层结构复杂。煤 层单向抗压强度5 .9 4 ~1 4 .9 7 M P a ,夹矸主要为泥 岩,单向抗压强度2 .2 9 M P a ;直接顶以砂质泥岩为 主,单向抗压强度8 .9 2 M P a ;底板为含油泥岩,单 向抗压强度2 .4 5 M P a 。因此,煤。为极典型的“三 软”煤层。矿井地质构造复杂,水文条件较简单, 沼气含量低,煤尘有爆炸危险,煤层有自然发火倾 向。 该矿为立井开拓,设主、副井及边界回风井。 第一水平.1 7 5 m ,分层开采上组的煤 平均厚度 4 .7 1 m ;开拓延深二水平为.2 5 0 m ,开采下组的 煤。。从.1 7 5 m 到.2 5 0 m 水平布置三条暗斜井 胶 带、轨道和回风暗斜井 。根据投产的4 3 0 0 首采 区具体条件,布置一个煤。的倾斜长壁、仰斜推进 的综采放顶煤工作面,面长1 1 0 m ,推进长度 8 5 0 m ,工作面单产1 .O M t ,a ,实现一矿一面生产。 北皂矿的煤。综放开采,于1 9 9 6 年4 月提出 设计,1 9 9 7 年1 1 月投产。取得了技术新、效率高、 效益好、安全好的显著成果。 l 采煤方法选择 矿井二水平延深原初步设计煤。使用分层开 采,工艺复杂,生产成本高,且易自然发火。为此, 优化设计提出采用综采放顶煤开采新工艺。由于 煤。为初次揭露煤层,其可放性是实现第三系“三 软”褐煤综放开采能否成功的关键。设计从煤。 的力学特性、支承压力、围岩情况、煤层特征及开 采因素,进行了全面细致的分析研究和咨询论证, 认为煤。可放性强。投产后开采实践证明在北 皂矿“三软”地层的煤。采用综放开采技术是可行 的,经济效益是显著的,填补了我国第三系极典型 “三软”厚层褐煤综放开采的空白。解决了“三软” 地层的厚层褐煤分层开采存在的回采巷道掘进率 高、维护困难、效率低、成本高,以及极易自然发 火、危及矿井安全生产等问题。 2 综放采煤的支架选型和设备配套 针对“三软”煤层煤。底板比压小 允许比压 1 .1 加P a ,煤层垮落角大,液压支架所受合力作用 点前移、影响支架受力状态及造成支架扎底现象 等特点,在国内尚无相应合适的综放架型情况下, 进一步分析研究确定,采用摆动伸缩下尾梁、整体 底座、低位放顶煤的液压支架。采取整体底座增 大与底板接触面积,降低支架对底板的比压,并在 底座上装有抬架机构,较好地解决支架扎底问题。 支架顶梁为内伸缩全封闭式,便于防止片邦和漏 顶。支架前立柱支撑在顶梁上,后立柱支撑在上 尾梁上,前立柱支撑力大,以克服“三软”地层引起 支架荷载分布“前重后轻”的难题,使支架处于一 个较好的受力状态,在实际运行中达到“封得住、 站得稳、走得动”的目的。为解决受副井下大件能 力的限制,采煤机选用分体式底托架,机组具备一 定的卧底量。工作面前后刮板输送机采用溜槽封 万方数据 1 2 堪芷遮盐迎 生筮5 期 底技术。煤含矸率低、煤质好等优点。 经综合配套选型工作面的主要设备为 乃H 4 4 0 0 /1 7 /2 8 低位放顶煤液压支架;A M - 5 0 D 型 采煤机;S G Z .7 6 4 ,4 0 0 型前后刮板输送机;S 勉.7 6 4 , 1 6 0 型转载机;S s J l 0 0 0 ,1 2 5 2 顺槽胶带;加.3 5 0 型井下制氮机组。生产证明,设备选型配套是合 理的,达到安全好、潜力大、效率高、效益好的生产 要求。 3 煤巷支护方式 综放工作面采用倾斜长壁布置、仰斜推进,煤 流上运,实现煤水分离。工作面的水流向采空区, 有效防止底板遇水膨胀和防止采空区遗煤自然发 火。根据煤。底板抗压强度低、遇水膨胀的特点, 采区巷道沿煤。布置、并留有底煤 0 .3 ~0 .5 m 。 在调研和总结矿区开采经验的基础上,针对综放 顺槽煤巷受动压影响、顶底变形收敛严重于两邦 的特征,采取微拱 O .2 0 .3 m 矩形断面,以提高 巷道顶煤的自稳性;使用锚网、钢带、喷浆组合支 护。该支护方式的改革,使煤。大断面综放顺槽 在“三软”条件下经受住了动压影响的考验,巷道 最大收敛变形值达4 5 .5 眦l | /d ,并解决了底板遇水 膨胀的难题。保证了综放开采顺利和安全生产, 取得了良好的经济效益,与型钢支架相比,减少支 护成本7 l O 元,m 。 4 合理确定放煤工艺。提高资源回收率 由于煤。直接顶板抗压强度低 f O .9 ,且极 不稳定,使得顶煤与直接顶在冒落过程中既形不 成空间差、也形不成时间差。经方案比较,确定采 用单轮顺序放煤工艺,即一采一放。采高2 .8 m , 放高3 .9 m ,采放比为1 1 .4 。该放煤工艺在煤。典 型“三软”条件下,具有放煤及时、放煤时间短、顶 根据松散介质理论,充分考虑煤。的“三软” 特性,确定放煤步距取同于采煤机截深 0 .6 m 。 开采证明,该放煤步距合理,首采工作面回收率高 达8 2 %的较好水平。 5 采取综合防火措施,确保安全生产 针对煤。自然发火期短 1 一1 .5 个月 ,制定 了切实有效的综合防火措施。总结北皂矿运用采 空区“三带”理论防灭火经验,确定综放工作面月 推进度不少于加n l ;选用安全高效的膜分离井下 移动式制氮设备,采用挂管移动注氮方法,对采空 区进行有针对性间歇注氮,降低了成本,达到了防 灭火的目的;对二道二线加以重点防范,包括插管 注凝胶和架间洒胶及采后黄泥灌浆等。由于应用 了这些综合措施效果良好,杜绝了自然发火事故, 为极易自然发火褐煤综放安全开采提供了重要保 证,创造了成功的经验。 6 合理集中生产.实现高产高效 北皂矿原设计分层开采,维持矿井年产 1 .0 M t ,需二个采区、1 综 采 2 高 档 的3 个回采 工作面及1 1 个掘进头,造成生产分散、接续紧张、 效率低、成本高。煤。采用综放开采,以一矿一区 一面保产,解决了分层开采存在的难题,并节省大 量巷道工程量 8 8 2 3 m ,吨煤成本下降了2 8 .1 7 元,回采工效达4 2 t ,工。所以,综放开采新技术工 艺在北皂矿的煤。极典型“三软”地层中,首先应 用取得了成功的突破和显著的效益。获得了山东 省科技进步奖。 责任编辑章新敏 万方数据