大倾角厚煤层柔掩支架采煤关键技术.pdf

第23卷 第3期采矿与安全工程学报Vol. 23No. 3 2006年9月Journal of Mining 利用柔掩侧放煤技术解决了厚煤层一次采全高的问题,有效地回收煤炭 资源.通过井下生产实践表明单腿支撑柔性掩护支架采煤法和侧向放煤技术相结合是开采大倾 角厚煤层一个新的、 有效的采煤方法.打破了传统的单一俯伪斜柔性掩护支架开采的框架及巷道 布置方式,建立起新的采煤系统,为长沟峪矿大倾角厚煤层的安全开采找到了有效的技术途径, 提高了资源的回收率,其回收率达到93. 8 . 关键词大倾角厚煤层;单腿支撑;柔掩支架;侧放煤;关键技术 中图分类号 TD 823. 21 文献标识码 A Key Coal Mining Technology of Flexible Shield Support for Steep Thick Coal Seam PU Wen2long , ZHANG Guo2hua Institute of Security Engineering , Heilongjiang Scientific and Technological Institute , Haerbing , Heilongjiang 150027 ,China Abstract In Changgouyu colliery , the use of the mining of single flexible shield sup2 port has successfully solved the problem of smoothly transferring the support in the coal seam with a steep dip angle , which proves to have a very good adaptability. And the use of the flexi2 ble shield support technology that discharging coal in the side has solved the problem of“full height mining at one time”for thick coal seam , retrieving the coal resource effectively.The fact shows that the single leg type shield support and the technology of discharging coal in the side is an efficient of coal mining under the condition of steep thick coal seam. It breaks the traditional mining framework as well as the roadway layout and builds a new coal mining system to mine the steep thick coal seam , making the mining activity be much more safe and the recovery of coal be greatly enhanced reaching 93. 8 . Key words steep thick coal seam ; single leg support ; flexible shield support ; lateral release coal ; key technologies 伪斜柔性掩护支架采煤法是我国目前开采急 倾斜煤层的主要方法之一[1],而长沟峪矿15 煤是 该矿的主采厚煤层,由于- 230 m水平15 煤倾角 较小、 煤层较厚,这种情况下使用柔性掩护支架采 煤法在国内无成功的经验可借鉴.该矿多年的生产 实践证明煤层倾角的大小对伪斜柔性掩护支架采 煤法有很大的影响,当煤层倾角小于55,支架容 易切入底板,下放较为困难.单腿支撑迈步柔掩支 架就是借助单腿支撑实现支架在大倾角煤层 35 ～55的顺利下放[224]. 第3期蒲文龙等大倾角厚煤层柔掩支架采煤关键技术 根据 煤矿支护手册 [5] 关于柔掩架型选择认 为支架宽度为煤层平均厚度B- 1 m.长沟峪矿根 据煤层赋存条件将架宽定为2 m ,采用柔掩侧向放 煤技术解决了厚煤层一次采全高的问题. 1 工程概况 煤层赋存条件 - 230 m水平15 煤为单层结 构,厚度较稳定,平均4 m ,倾角平均45.伪顶为厚 0～0. 8 m较软炭质岩,随采随落;老顶为厚15～ 20 m砾岩;直接顶为厚25 m左右粉～细砂岩;底 板为厚20 m左右的粉砂岩,夹煤线2～3层. 地质构造在本区内,东三西至中背斜轴煤岩 层走向在165 ～190 之间,东三东至超龄向斜轴煤 岩层走向在90 左右,倾角43 ～85,在两侧边界中 背斜和超龄向斜轴附近煤岩层可能倒转,岩层受挤 压比较破碎. 2 伪倾斜柔性掩护支架采煤法 伪倾斜柔性掩护支架采煤法[3]的特点是回采 工作面成直线形,按伪倾斜方向布置,沿走向整体 推进,掩护支架是柔性的,支架隔离采空区和回采 空间,工作人员在掩护支架的保护下进行采煤工 作. 2. 1 巷道布置 岩石底板巷掘反眼到见煤点,向同一方向掘进 若干条煤巷上山即溜煤斜坡 , 各上山之间用若干 条煤层斜坡联络,煤层斜坡间距为20～30 m ,上山 与斜坡的坡度均为23,形成回采条件.在边界溜 煤斜坡上向反方向掘进安装柔掩护工作面,其它溜 煤斜坡与柔掩工作面掘透,见图1. 图1 - 230 m水平15 煤巷道布置方式示意图 Fig. 1 The tunnels arrangement of No. 15 at - 230 m 2. 2 支架架型设计 支架的架型设计既要考虑到适应煤层倾角、 厚 度的变化,便于支架下放,又要考虑尽量提高煤炭 回收率和支架在以后工作面的重复利用,还要考虑 到工作面支架下要有足够的空间,便于工人操作. 根据本工作面煤层赋存情况和产状及顶底板岩性, 架型采用11 工字钢加工而成的 “八” 字型2 m的 矿制柔性掩护支架,见图2. 图2 “八” 字型柔掩支架示意图 Fig. 2 Schematic drawing of flexible shield support with“eight”shape 2. 3 回采工艺 伪倾斜柔性掩护支架采煤法的回采工艺主要 有支架安装、 支架的下放以及支架拆除3个环节. 正常回采时工作面倾角23,沿煤层伪斜布置,沿 走向推进.正常回采期间主要有3项工作同时进 行在区段回风平巷内不断接长掩护支架,在工作 面下端不断拆除掩护支架,在工作面掩护支架下采 煤.掩护支架工作面目前一般采用爆破落煤,所以 掩护支架工作面采煤包括打眼、 装药、 放炮、 铺溜槽 出煤和调整掩护支架等工作,见图3. 图3 工作面正常回采示意图 Fig. 3 The normally mining at working place 3 伪斜柔掩支架采煤关键技术 3. 1 单腿支撑迈步柔掩支架采煤法简介 根据本工作面煤层赋存情况,该面采用支撑式 柔性掩护支架.单腿支撑式掩护支架的形式是在支 架走向钢梁上每隔1 m支设一根点柱即单腿支 撑支柱 , 将架体提起,下肢悬空,以支点为轴,在矸 石压力作用下,支架下移,上肢端头移向顶板,借助 单柱支撑,在煤层倾角为40 ～50 时实现柔性掩护 支架的迈步式下放,见图4. 图4 支撑式掩护支架结构示意图 Fig. 4 The structure of shield support with brace type 763 采矿与安全工程学报第23卷 掩护支架下放的过程运动轨迹如图5所示.工 作面地沟眼偏煤层底板一侧布置,爆破后铺溜槽先 出底板一侧的煤,挂溜槽后用长把工具除掉顶板一 侧煤帮顶煤硬时爆破或用风镐放落 . 支架顶端C 失去支撑时,在架后采空区矸石的推动下,单腿 OA以下支点O为圆心,顶起支架转动一个角度, 直到支架顶端C靠到煤帮上,到达C1的位置,支 架下端点D和单腿接触于D1点.再去掉单腿,掩 护支架下端落到底板上,居C2D2的位置,C1点下 落到C2点,最后适当清理上端煤壁、 调整支架,使 其上端由C2点到C3点,使支架在C3D2的状态与 下放前相同,再支单腿,这样就完成了一次迈步式 下放. 图5 支撑式掩护支架下放过程示意图 Fig. 5 The releasing process of shield support with brace type 3. 2 柔掩侧向放煤技术 为了有效地回收煤炭资源,提高回采率,本工 作面进行侧放煤技术一次采全高.对于急倾斜厚煤 层柔掩侧向放顶煤开采技术而言,其工艺包括爆破 落煤对硬煤部分、 移架、 侧向放煤软煤部分和 运煤等工艺. 1 利用扒煤原则使柔掩工作面支架的下肢逐 步扬起,并在下肢上每米打一根木支撑来保证支架 的稳定,沿工作面伪倾走向每隔5 m布置一个侧 放煤口,宽2 m ,并在放煤口挡好封塘木,见图6. 图6 柔掩侧向放煤示意图 Fig. 6 Supply covers laterally puts the coal schematic drawing 2 工作面每推进三循环即溜煤斜坡下推6. 3 m 便开始在沿着工作面靠实体煤一侧煤帮部开一 放煤口,进行一次侧放煤.第一轮放煤将煤量放出 60 ,第二轮将煤量放出40 左右,为了提高回采 率,可在2个放煤口之间,增开一放煤口将原来两 放煤口之间的 “死煤” 进行补放. 在回采过程中,要确定合理的放煤步距.首先 认为放煤理论与金属矿的放矿理论相似;其二认 为煤的塌落是一个椭球体;第三设定放煤方案,即 单轮顺序放煤、 多轮顺序放煤、 单轮间隔放煤.在放 煤实践中,放煤步距逐次定为1. 2 ,1. 5 ,2. 0 ,3. 0 m 等.经试验认为每采2个循环即放煤一次,放煤口 间距5. 0 m ,每口最多放煤量300 t. 4 生产中主要问题及处理方法 4. 1 支架挂顶或啃底问题 如支架已挂顶阻碍了支架下放,可用打眼放炮 崩去顶板岩石,并使嵌入顶板一端的下放步距大于 另一端.控制下放步距,架子恢复正常;如支架已啃 底阻碍了支架下放,可用打眼放炮崩去底板岩石, 并使嵌入底板一端的下放步距大于另一端.控制下 放步距,架子恢复正常,见图7a ,b. 图7 生产中的问题 Fig. 7 Problems in production 4. 2 窜矸问题 发生窜矸事故的处理方法把窜矸处的空洞用 笆片或木料堵上,并采取相应的措施,使支架在下 一循环下放时落实在顶底两帮的煤台上.若为钢梁 间窜矸,可根据具体情况,用笆片、 木料或型钢插堵 并用铁丝固定.如果架端空洞面积较大除用笆片、 木料堵塞外,还可以每间隔一定距离用木梁或点柱 支撑,见图7c. 4. 3 顶底板凸起不平问题 当支架上肢切到顶板或遇到顶板突然凸起时, 支架落架困难.此时,采用的处理方法为先用千斤 顶向底板方向顶架,然后打一加强支柱支撑下肢, 再用煤电钻破掉凸出的顶板,慢慢落架使支架达到 正常工作状态. 当支架下肢切到底板突然凸起时,先用千斤顶 向顶板方向斜顶支架上肢,使下肢离开底板,然后 用加强支柱支撑上肢,再用煤电钻破掉凸起的底 板,或用导链拉下肢,慢慢落架,使之进入正常支护 状态. 863 第3期蒲文龙等大倾角厚煤层柔掩支架采煤关键技术 4. 4 断绳故障与绳头抽头处滑移 处理方法用一根10 m长的钢丝绳加固在断 绳或绳头滑移处,两边各用3～5个绳卡子卡紧. 5 技术经济效果分析 长沟峪矿主采区全部是急倾斜和大倾角煤层. 煤层变化大、 褶曲多,给煤炭的采掘工作带来众多 困难,长期以来,一直延用陷落法采煤,回采率较 低,大倾角厚煤层的回采问题没有得到根本解决. 经过几年来的现场生产实践,表明柔性掩护支架采 煤法和侧向放煤技术相结合、 利用单腿支撑迈步的 采煤方法是开采大倾角厚煤层一个新的、 有效的采 煤方法.它打破了传统的单一俯伪斜柔性掩护支架 式开采的框架及巷道布置方式,建立起新的采煤系 统,即在一个采区内应用两种采煤工艺、 采煤方式 进行合理的巷道布置和开采.这种采煤方法不仅简 化了回采巷道布置与运输系统,降低了巷道的万吨 掘进率,其万吨掘进率仅为245 m 陷落法为465 m .提高了资源的回收率,其回收率达到93. 8 , 与陷落法相比提高了25. 8 ,提高了单产.一年多 来,用新采煤法,共生产煤炭11. 2万t ,少掘巷道 2 464 m ,多回收煤炭资源2. 52万t. 这种采煤法也存在一些缺点,需要进一步改 进.其中主要的有两方面即支架的结构性能和机械 化问题.我国在这方面曾做过一些工作,如开滦矿 区马家沟煤矿和淮南矿区孔集煤矿都曾在掩护支 架下试验地沟采煤机.但由于煤层倾角的影响,实 现机械化采煤、 机械拆装支架来减轻工人劳动强 度、 提高效率还需要进一步的研究[5210]. 参考文献 [1] 李栖凤.急倾斜煤层开采[M].北京煤炭工业出版 社,1984. [2] 朱红兵.柔性掩护支架采煤方法在次急倾斜煤层中 的应用[J ].煤炭技术,2005 ,241 27229. ZHU Hong2bing. Application of flexible shield sup2 port mining in the secondary inclined coal seam[J ]. Coal Technology , 2005 ,241 27229. [3] 沈杰.伪斜柔掩工作面支架受力分析[J ].煤炭工程, 20034 47249. [4] 汪孝生,刘春平.柔性掩护支架采煤工艺开切收作 系统的改进[J ].淮南职业技术学院学报,2003 ,3 4 40241. [5] 邢福康.煤矿支护手册[M].北京煤炭工业出版社, 1993. [6] 魏宏轩,梁政国.大倾角综采面矿压显现特征与分析 [J ].矿山压力与顶板管理,1990 ,72 26229. WEI Hong2xuan , LIANG Zheng2guo. The character2 istics and analysis of rock pressure behavior in work2 ing face with high dip angle[J ]. Ground Pressure and Strata Control ,1990 ,72 26229. [7] 钱鸣高,刘听成.矿山压力及其控制[M].北京煤炭 工业出版社,1991. [8] 方 建,李国河.推行掩护支架采煤的成果与认识 [J ].江西煤炭科技,20053 21. FANGJian , LI Guo2he. Pursue the achievement of shield support to mine and cognition[J ]. Jiangxi Coal Science Technology , 20053 21. [9] 陈炎光,钱鸣高.中国煤矿采场围岩控制[M].徐州 中国矿业大学出版社,1994 3122370. [10] 石平五,刘晋安,周宏伟,等.大倾角煤层底板滑移 机理[J ].矿山压力与顶板管理,1993 ,103/ 4 1152 119. SHI Ping2wu , LIU Jin2an , ZHOU Hong2wei , et al. Mechanism of the breakage and sliding of the floor rock of highly inclined coal seam[J ]. Ground Pres2 sure and Strata Control , 1993 ,103/ 4 1152119. 963