坚硬煤层大放高综放开采关键技术.pdf

第3 l 卷 第 5 期 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 3 年5 月 坚硬 煤层大 放高综 放开 采关键技术 索永录 ，李振明 ，马晓燕 1 ．西安科技学院，陕西 西安7 1 0 0 5 4 ；2 ． 靖远煤业公司，甘肃 白银7 3 0 9 1 8 ；3 ． 神东煤炭有限责任公司 ,f t F，陕西 神木7 1 9 3 1 5 摘要介绍了靖远红会一矿在厚度达 1 6 m的坚硬特厚煤层中采用一次采全高的大放高综采放顶 煤采煤法 中的关键技术及有关经验。 关键词 坚硬煤层 ；大放高；综采放顶煤 中图分类号 T D 8 2 3 ． 4 8 文献标识码 B 文章编号 0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 0 3 0 5 0 0 1 0 0 3 Ke y t e c h no l o g y f o r l ar g e f u l l y me c h a ni z e d c a v i n g mi n i ng i n ha r d s e R m SUO Yo ng ． 1 u ，L I Zhe n mi n g ． MA Xi a o y a n 1 ． Xi ，o ， l v ,a t it r a n d T e c h n o l o g y ，X i a n 7 1 0 0 5 4，C h i n a ；2 ． J i n gyu a n C o a l Mi n i n g C o m p a n y ，B a iy i n 7 3 0 9 1 8， C h ／ na ； 3 ． Ma c h ／ n e r y F a c t o r y ．S h e n d o a g C o a ／ C o m p a n y L t d ． ，S h e n n m 7 1 9 3 1 5 ，C h ／ n a 红会一矿煤层平均厚度达到 1 5 ． 3 8 m，采用分 层综采开采成本高、效率低而一直难于实现高产高 效。在大量的理论分析 、实验研究和现场试验测试 的基础上 ，通过采用爆破和爆后破坏区动压注水预 先综合弱化坚硬顶煤技术 、工作面关键设备的研发 及合理配套、采放工艺优化和科学管理等关键技 术 ，实现了其坚硬特厚煤层一次采全高的大放高综 采放顶煤高效开采，使工作面采出率达到8 0 ． 8 ％， 采区采出率超过 了分层开采时的指标 ，工作面月产 水平达到 l 0万 t 以上。实践证 明 ，在采 用顶煤预 5实施效 果 1 四采回风巷在 冒顶区内，采用金属支架架 后充填混凝土支护；其余地段采用高强锚杆与喷浆 联合支护。在施工的同时进行了巷道表面位移观 测。结果 表明 ，采取上述 加 固方案后 巷道 变形甚 微，巷道稳定性显著加强，并将满足将来 4 3 0 4下 分层及 3 下 煤开采时不需再次修复的要求。 2 在西翼 轨道石 门 中，根据 巷道 变形破坏 的程度不同 ，分别采用金属支架架后充填混凝土支 护和高强锚杆与喷浆联合支护。在施工的同时也进 行 了巷道表面位移观测 ，巷道变形甚微 ，表明采取 上述加固方案后 ，巷道稳定性显著加强 ，不仅有效 控制了西轨石门长期存在的严重底鼓流变 ，而且提 高了巷道抵抗采动压力 的能力 ，在将来 4 3 04 下分 层及 3 下 煤开采时能确保巷道的正常使用。 3 4 3岩集 中运输巷 除破坏严重 段需重新 翻 修支护外 ，其它地段不需进行修复 ，或 只需有选择 地进行巷道表面复喷即可。翻修采用金属支架架后 1 0 充填混凝土支护。 4 4 4岩集 中轨道巷除局部喷层开裂段需进 行复喷处理外 ，其它地段不需进行修复。 参考文献 [ 1 ] 陈炎光，陆士 良．中国煤矿巷道围岩控制 [ M] ．徐州中 国矿业 大学出版社 。1 9 9 4 ． 【 2 ] 谭云亮，刘传孝．巷道围岩稳定性预测 与控制 【 M] ．徐州 中 国矿业大学 出版社 ，1 9 9 9． [ 3 ] 秦忠诚，王同旭． “ 孤岛”综放面跨采软岩巷道附加压力分 析 [ J ] ．矿山压力与顶板管理。2 0 O 2 2 ． [ 4 ] 王同旭，秦忠诚．围岩变形的时间性与支护作用原理 [ J ] ． 矿 山压力与顶 板管 理 ，2 0 0 1 4 ． 作者简介秦忠诚 1 9 6 5 一 ，男 ，山东潍坊人，副教授，在 读博士研究生，现为山东科技大学资源工程系副主任，从事采矿工 程专业的教学与科研工作。 收稿 日期2 0 0 21 22 o ；责任编辑刘军娥 维普资讯 第 3 1 卷 第5 期 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 3 年5 月 先综合弱化等一系列有效 的技术措施后 ，坚硬特厚 煤层完全可 以采用综放开采并可获得 良好 的技术经 济效果 。现以首 采的 1 5 0 1工作 面为主 ，介绍采取 的有关关键技术 。 1 工作面条件及巷道布置 1 5 0 1工作 面位于红会 一矿一号 井五采 区一区 段 ，煤层埋深 3 2 33 5 1 m，煤层倾 角 61 1 。 ，煤 层平均厚度 1 5 ． 3 m，工作 面走向长度 4 1 5 m，倾斜 长度 1 4 5 ． 5 m，可采储量 1 1 0万 t 。 工作 面煤 体抗压强度 1 7 3 9 ． 2 MP a ，抗拉 强 度 1 ． 3 81 ． 5 2 MP a ，煤 层节理裂 隙不发 育 、裂 隙 平均线密度为 1 ． 5 4条／ m，煤层平均分层厚度 2 ． 3 4 m。煤层伪顶为厚度为 0 ． 7 m左右极 易脱落 的砂质 泥岩 ，直接顶为抗压强度 3 4 4 3 MP a 、厚度 5 ． 8 m 的灰色细砂岩 ，基本顶 为抗压强度 4 1 ． 56 3 MP a 、 厚度为 7 ． 8 m 的含砾粗 砂岩 。煤层 直接底 厚度 为 7 ． 5 m粉砂岩。工作面地质构造和水文条件 比较简 单 ，瓦斯涌出量为 2 ． 9 4 m ／ t，二氧化碳涌 出量为 2 ． 4 m ／ t 。煤层 自然发 火期 4 6个 月 ，煤尘 具有 爆炸性。 工作面运输巷和回风巷均沿煤层底板布置 。为 对顶煤进行预先综合弱化，在顶煤中布置了2条专 用爆破和注水工艺巷 ，1号工艺巷距 回风巷 中心线 4 0 m，2号工艺巷距运输巷中心线 4 0 m。工艺巷与 工作面两道平行布设 ，其 中心距 6 5 ． 5 m。工 艺巷 底板距底煤 2 ． 5 m，工艺巷这样布置即有利于预先 弱化顶煤 时 的钻孔 布设 ，使顶 煤能 比较均 匀地破 碎 ，便于综合弱化时的施工作业 ，又有利于工作 面 端面顶板稳定。为控制顶板初次垮落并提高初采阶 段顶煤采出率，在顶煤内平行切眼布置了一条辅助 切眼。工作面所有巷道均采用锚 网支护形式 ，运输 巷和回风巷 为矩形 断面 ，净 断面分 别为 1 1 ． 1 8 m 和 7 ． 2 8 m ，工艺巷和辅助切眼为拱形断 面，净断 面 5 ． 2 6 m 。1 5 0 1工作面巷道布置如图 1所示 。 2关键技术 2 ． 1 坚硬顶煤预先综合弱化技术 根据红会一矿滑移支架放顶煤开采试验经验教 训及理论分析和实验研究结果 ，由于煤体坚硬和厚 度很大 ，综放开采 中顶煤不能在矿山压力和支架反 复支撑作用下 自行得到充分破碎和及时垮落 ，顶煤 放出难成了其综放开采的关键技术难题 。为此 ，采 图 1 1 5 0 1工作面巷道 布置 开 切 眼 取了超前深孔爆破和爆后破坏区动压注水相结合的 顶煤预先综合弱化技术。 坚硬顶煤预先综合弱化技术的基本原理是从顶 煤变形 、破坏和垮落的全过程 出发 ，以增大顶煤垮 落角和减少顶煤垮落块度为目标，通过在工艺巷内 超前爆破和爆后破坏区动压注水作用预先在顶煤 中 形成软弱破碎带 ，并引起一次应力集 中来改变顶煤 的整体力学结构和特性 ，使其整体强度降低 ，再在 随后的矿山压力和支架反复支撑破煤作用下 ，是顶 煤沿全厚都最终得到充分破坏而及时垮落和破碎到 放煤所需块度，并使煤尘得到有效控制。 顶煤预先综合弱化工艺方案如 图 2所示 ，主要 工艺方案参 数 为炮孔孔 径 6 2 mi l l ，孔 底距 底煤 1 ． 5 m、距顶板 1 ． 0 m，孔 底距运输巷及 回风巷煤 帮 68 m，炮孔排距 2 ． 0 m，排内孔 间距平均 1 ． 6 m，孔深 1 73 3 ． 5 m。采 用煤 矿 2号抗水 铵锑 炸 药 ，药卷 直径 5 0 m i l l 、长度 5 0 0 m m、每卷 重 1 ． 0 k g ，采用矿用安全导爆索和电雷管正向起爆 ，单孔 最大装药量 5 2 k g ，单排一次起爆药量 4 0 0 k g ，炸 药单耗 0 ． 3 0 0 k g ／ m ，导爆索单耗 0 ． 1 9 6 m ／ m 。滞 后爆破 4 5排 ，每排掏开 1 2个 已爆孔进行动压 注水，注水系数 0 ． 0 1 5 ，注水压力 1 O一 1 2 M P a ，每 轮注水时间 1 ． 01 ． 5 h ／ 孔 ，每孔 共注水 2 3轮。 顶煤预先综合弱化超前工作面 3 0 m以上，其中爆 破超前 40 m 以上。 2 ． 2 主要设备合理配套技术 主要设备的合理配套是综放工作面获得高产高 效的重要环节 ，特别是液压支架 ，在面临工作面压 力大 、顶煤破碎块度大 的困难条件下 ，它既要能有 1 1 维普资讯 第 3 l 卷 第5 期 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 3 年5 月 一 I I I 图2 顶煤预先综合弱化方案 效维护工作空 间，又要能将顶煤顺利放出。 根据顶煤坚硬且厚度大 、顶煤垮落块度大且放 出量多的特殊要求 ，专门研制了放煤机构放煤 口 大、结构简单强度高、过煤断面大于 1 ． 0 111 、放 煤 口高度达 1 ． 5 1 1 1的 Z Z F 5 2 0 0 ／ 1 9 ／ 3 2 S型正连杆摆 尾梁四柱支撑掩护式低位放顶煤支架及其配套的过 渡支架和龙 门式前 、后架形式 的 Z Z F T 6 4 0 0 ／ 20／ 3 0 S 型端头支架 。为提高支架反复支撑的破煤能力 ，其 初撑力达到额定工作阻力 的 9 o ％。 由于 煤 体 硬 度 大 ，选 用 了 MG T Y 3 0 0 ／ 7 0 0 1 ． 1 D型电牵引采煤机。前部 刮板输送机为 S G Z一 7 3 0 ／ 3 2 0 K型 ，后 部 刮板 输 送 机 为 S G Z一7 6 4 ／ 6 3 0 型 、功率达到 6 3 0 k W。 生产实践表明，专门研制的液压支架和主要设 备的配套合理可靠 ，能适应坚硬煤顶垮落放出的各 种特殊要求。 2 ． 3 采放工艺优化及科学管理技术 优化采放工艺参数是提高工作面产效和顶煤采 出率的重要技术措施 之一。通过对 不同放煤 步距 、 放煤放式进行的专门试验比较和分析结果表明，一 采一放 时顶煤采 出率最高 ，三采一放时顶煤采出率 最低，两采一放比一采一放时顶煤采出率下降6 ％ 一 1 5 ％ 。按一般的放煤理论 ，对硬度和厚度大的顶 煤 ，放煤步距应该较大 ，但在对大放高坚硬顶煤实 施预先综合弱化后，由于平行工作面的等距垂直分 布软 弱破 碎 带 的存 在使 顶 煤垮 落 角增 大 为 7 5 9 5 。 ， 这样使顶煤 的 冒放结 构近似呈 柱状形 式 ，垮 1 2 落顶煤 主要分布在支架放煤 口要正上方 ，如果放煤 步距大时，顶煤松散体的后边界将超出放煤机构的 可回收边界，使边界线之外的已垮落顶煤不能放 出 。 对放煤方式的试验结果表明，工作面采用三轮 双口顺序放煤合理。这主要是由于顶煤厚度大且破 碎块度相对较大，多轮双口顺序放煤有利于破坏放 煤过程 中在顶煤 中形成的块体挤压拱 ，能使上位顶 煤尽快松散放落 ，使整个工作面的煤岩分界面比较 均匀地下沉。 另外在工作面采用 了采放平行作业 ，为充分发 挥支架反复支撑对下位顶煤的破坏作用 ，一般采用 了降架移架方式 。 在科学管理方面，除了加强职工技术培训，配 备素质好 的干部 和工人队伍外 ，还特别制订 了一系 列 以提高顶煤采出率为中心的考核管理办法 。其中 实行 了工作面采出率与工资 、奖金挂钩 ，采 出率分 级分段奖罚措施 ，极大地调动了职工努力回收顶煤 的积极性 ，保证了工作面最大限度地回收顶煤 。 3现场应 用效果 1 5 0 1工作面从 2 0 0 0年 1月份开始试采 ，经过 设备调试 和工作面初采初放 ，2月 2 0日至 5月 2 0 日按两采一准进行正规循 环作业 的开采试验 。3个 月工作 面共推 进 了 1 2 4 ． 3 I n，平 均煤厚 l 5 ． 9 6 I n ， 平均月产达 到 1 0 5 3 0 0 t ，工 作面平均采 出率 达到 8 1 ． 8 ％ ，采 区生产成本下 降了 3 4 ． 3 5 if _it 。其 中 4 月 2 0日 一5月 2 0 日工 作 面 平 均 采 出率 达 到 了 8 4 ． 5 ％ 。目前第 二个综放面 1 5 0 3工 作面 也 已 采完 ，第三个综 放面 1 6 0 3工作 面 正在进行 回 采。根据 1 5 0 3 工作面的计算分析，整个工作面的 采 出率达 到 8 O ． 8 ％ ，其 采区采 出率 已超过 了采用 分层开采时的指标。 参考文献 [ 1 ] 索永录．综放开采大放高坚硬顶煤预先弱化方法研究 [ J ] ． 煤炭学报， 2 0 0 1 6 ． [ 2 ] 靖远矿务局，西安科技学院．坚硬煤层大放高综采放顶煤 开采技术研究 [ R 】 ．西安西安科技学院， 2 0 0 1 ． 作者简介索永录 1 9 6 0一 。男，陕西宝鸡人 ，教授，主要 从事采矿工程和系统工程应用方面的教学和科研工作。 收稿 日期2 0 0 2一 1 2 0 8 ；责任编辑曾康生 维普资讯