硬顶软煤软底大倾角综放采煤技术.pdf

文章编号 1 0 0 3 5 9 2 3 2 0 0 5 0 4 0 1 1 1 0 2 硬顶软煤软底大倾角综放采煤技术 黄国春， 陈建杰， 李福强 新疆焦煤集团， 新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 2 5 摘要 根据焦煤集团采煤工艺的实际， 详尽的介绍了综合机械化放顶煤技术在坚硬顶板、 软煤、 软底、 大 倾角工作面的应用情况。 关键词 坚硬顶板； 大倾角； 分层综采； 综放 中图分类号 T D 8 2 3 ． 4 文献标识码 A 1 前 言 新疆焦煤集团 自1 9 9 2年以来一直采用综采一 次采全高的回采工艺， 在 6 煤的回采 中取得 良好 的安全和经济效益。5 厚煤层也一直采用分层 开 采技术。但存在较多问题 ① 开采后冒落的顶板 不胶结 ， 形成不了再生顶板 ， 必须铺设双层金属网 形成下分层人工假顶， 开采工序复杂， 材料投入大； ② 开采下分层需重掘巷道， 其支护只能用矿用工 字钢棚架， 施工难度大， 人工、 钢材投入费用高； ③ 对煤层地质条件发生变化时适应性差， 造成下分层 回采难度大， 工作面推进困难大， 煤质差， 产量低， 经济效益差。④ 下分层采面漏矸空顶时有发生， 造成采面经常倒架、 咬架， 给安全生产管理带来困 难。因此， 必须改革该煤层的采煤工艺， 采用新技 术 。 2 在 5 煤应用综放技术 艾维 尔 沟 矿 区 5 煤 顶 板 为 粗 砂 砾 岩 厚 2 6 ． 0 4 m ， 硬度系数为 l 3以上， 属坚硬顶板。底 板为粉砂岩 厚 4 ． 0 2 m ， 结合部有 0 ． 6 0 ． 8 m的 软煤矸层， 属软底。煤厚 4 6 ． 8 m， 煤层赋存较稳 定， 普氏系数为0 ． 8 1 ． 2 ， 容重 1 3 ． 5 k N ／ m ， 属软 煤。煤层倾角自东向西在 2 1 4 5 。 范围内变化， 属 大倾角厚煤层。矿区中部受 F d 一 2断层影响较大 ， 节理裂隙发育。水文地质条件简单。 针对矿区5 煤的赋存特点， 集团公司组织 了 专题研究， 并多次组织考察、 调研及咨询， 最终确定 采用综采放顶煤技术。并确定采取以下技术措施 1 顶板坚硬 问题 ， 采用矿 区成熟的超前 预爆破技 术进行预处理 。2 软煤 问题 ， 液 压支架采用 与截 深相等、 超宽的护帮板进行护顶、 护帮， 局部出现顶 煤松软采用荆笆刹顶， 局部出现漏顶采用打锚杆配 合铺设双层金属网做假顶维护， 大面积的顶煤松 软 、 漏顶 ， 采用改变截深工艺 ， 即多循环少推进的方 法， 缩小梁端距减少空顶面积； 3 软底问题， 采用 分底式、 大底座结构的液压支架， 增大了承压面积， 减小 了下陷量 ， 并加设抬底座千斤顶 ； 4 大倾角问 题 ， 要解决 “ 三机 ” 采煤 机 、 液压支架 、 前后 刮板 机 的 防倒 、 防滑 问题。措 施 1 采 煤 机选 用 MG 2 0 0一W 型双滚筒采煤 机 ， 该机适应倾 角 4 5 。 ， 自身设置有双刹车器， 可实现停机断电自动抱闸。 2 在液压支架前后立柱间及前立柱前各设一套 防倒装置。 3 液压支架底座前后各设一套防滑 装置 。 4为避免挤架 ， 在 支架底座下侧 设侧推 梁。 5 前部刮板机的防滑， 主要通过调整伪斜角 来实现， 后刮板机主要通过每 1 0架安装一组斜拉 千斤顶来防滑 。 6 大倾角面的放煤 问题 。顶煤 放多 了易形成空顶导致倒架 。故通过少采 多放 的 方法， 降低支架重心， 从而增加支架稳定性。另方 面通过观察支架顶梁 上的顶煤状况 ， 顶煤松软 、 破 碎少放， 顶煤整体性好则一直放到出矸为止。 在2 0 0 4 年4月上了一套综放设备， 首采 1 5 2 2 2 面 。 3 1 5 2 2 2面概况及设备型号 1 5 2 2 2采 面 位 于 1 9 3 0平 峒 以 西 ， 走 向均 长 收稿 日期 2 0 0 41 11 9 作者简介 黄国春 1 9 5 3 一 ， 江苏泰州市人， 教授级高工， 1 9 7 9 年毕业于西安矿业学院， 现任新疆焦煤集团总经理， 发表论文多篇。 矿山压力与顶板管理2 0 0 5 ． N o 4 1 1 1 维普资讯 8 0 2 ． 5 m， 回采长 7 9 2 ． 5 m， 倾斜长平均 1 1 3 m， 平均 煤厚 5 ． 6 m， 倾角 2 0～ 2 5 。 ， 结构简单。赋存稳定， 煤质较好 ， 但面西 受 F _2断层影响 ， 煤层局部层 理较乱 ， 节理 、 裂隙发育、 易碎 ， 倾角有变化， 有不稳 定夹矸。5 煤爆炸指数为 2 5 ％ ～ 3 0 ％ ， 有爆炸性。 瓦斯相对涌出量为 0 ． 4 6 m ／ t ， 相对较低。属不易 自燃煤层。 采面运巷沿顶布置， 标高 1 8 7 0 m， 风巷沿底 布置， 标高 1 9 2 7 m 。采面使用 6 9架 Z F 4 4 0 0 1 7 ／ 3 3型放顶煤液压支架 ， 上下端头各安装三架过 渡架 ， 采用 MG 2 0 0一W 型采煤机割煤 ， 前、 后均用 S G Z一7 3 0 ／ 2 0 0型 中双链铸焊结构 刮板机运煤 ， 工 作面采高2 ． 5 m， 放厚 3 ． 1 m， 采放比为 1 1 ． 2 4 。 本面于 2 0 0 4年 7月安装 ， 8月投产 ， 经调试 ， 9 月份生产原煤 4 ． 5万 t ， 1 0月份 6 ． 2万 t 。 图 1 工作面设备布置 1一 设备列车 ； 2一胶带机 ； 3一破碎机 ； 4一采煤机 ； 5一前输送机 ； 6一液压支架 ； 7 后输送机 ； 8一转载机 4回采工艺 工作面采用端部斜切进刀方式采煤 截深 0 ． 6 m ， 追机顺序移架， 再滞后 9～1 2 m推前输送机， 后输送机 靠采空区侧 的拉移， 在移架前进行。 放顶煤是本 回采工艺 中的关键 工序 。根据 5 煤的特点， 采取 “ 两 刀一放 ， 隔架 放煤 ” 的放 煤原 则。即每推移两个步距， 放煤一次。先放单数架， 再放双数架。放煤时如遇大块煤放不出， 则反复升 降摆动尾梁插板及尾梁使顶煤捣碎后放出。放煤 插板打开后， 放煤工除做好放煤 口喷水灭尘外， 应 注意顶煤流动情况 ， 当顶煤 中含矸量骤增时 ， 则立 即关闭插板 。为了便于端头的支护和工作面支架 的稳定， 在端头三架严禁放煤。 5 技术措施 5 ． 1 大倾角采面支架防滑技术 煤层倾角越大 ， 支架下滑量就越大。为有效控 1 1 2 2 0 0 5 ． N o 4矿山压力与顶板 管理 图2 放煤示意图 1 一采煤 机； 2一前输送 机； 3一液压支架 ； 4一后输送机 A一 不充分破碎煤体； 13 一 较充分破碎煤体； c一 将放出煤体 制支架下滑， 可根据倾 角大小 采用 以下移架方式。 工作面排头支架的移架顺序为 3 2 ⋯⋯2 1 ， 这样移 架时， 第 1 、 2 架先不移， 待移其他支架稳定后再移 动第2 、 1 架， 最后调整支架的间距位置， 采煤机双 向割煤单向移架 ， 上行割煤时随机移架， 下行割煤 时， 分段上行移架， 每段为5～ 1 0 架， 移架顺序与排 头架同。采煤机上行割煤时也可分段上行移架， 这 样可有效控制下滑。移架过程中保持少量带压移 架， 并缓慢移架， 可增加支架底座与底板间的摩擦 力， 同时顶梁与顶煤间也有一定摩擦力， 从而减少 支架下滑。移架前须及时清除底板浮煤， 以保证支 架支撑在煤层硬底上。液压 支架 的底座与底板要 保持平面接触， 进一步增加摩擦力， 支架升柱接顶 后再延长 2 ～3 s 供液时间， 使支架尽快达到最大 初撑力 ， 防止支架初撑力过低 ， 造成支架下 滑。移 架后， 及时用调架千斤顶与侧护板千斤顶逐架调整 支架 ， 防止咬架 ， 造成移架 困难 ， 运用这些方法可有 效 防止支架下滑。 5 ． 2 大倾 角采面防片帮和飞石伤人技术 大倾角采面进行放顶煤时 ， 片帮和飞石现象时 有发生 。为此 ， 采 取在输送机 电缆槽边上 ， 加装一 块 0 ． 4 5 m高的挡板， 并沿采面全长挂上一排金属 网， 上部与支架顶梁相接， 下部与加高挡板固定， 把 机道与行人间隔开 ， 所有工人在 网后工作 ， 采煤机 司机用特制手柄在架 内操作。角度再大时 ， 还可在 支架 的架 间每隔 5～8架装一道活动挡矸 门。为防 止大块煤 、 矸沿采面倾斜方向加速下窜， 伤及下部 和巷内人员， 还可在支架顶梁前端每隔 1 0～ 1 5 架 安装一道液控防窜板 。 5 ． 3优 缺 点 它具有以下优缺点。优点 ① 单产高。工作 面内可实行分段采放平行作业。 下转第1 1 5页 维普资讯 对于监测到的冲击矿压危险高的地段， 主要采 取煤体爆破等松散煤体的方法对冲击矿压解危措 施， 消除或减轻冲击矿压危险， 避免冲击矿压对设 备、 人员等造成伤害。 顺槽的卸压爆破从工作面煤壁处开始， 分别对 2 1 0 6工作面 的两条顺槽超前支承压力 区 1 5 0 m范 围内的两帮煤体进行卸压爆破， 其爆破钻孔布置如 图 3所示 ， 钻孔 间隔 5 m， 而后 随着工作 面的推进 逐步向前爆破。封孔炮泥长度应在支承应力峰值 区内为 3 4 m， 炸药 3 ． 5 k g 。爆破后要检查卸压 效果， 如果在卸压爆破范围内仍有冲击危险存在， 则应进行第二次爆破， 直至解除冲击危险为止。 图3 顺槽爆破钻孔布置图 3 爆破实施步骤 1 钻孔爆破卸压应随着工作面 的推进 而逐步 向前推进 ， 保持在距煤壁 1 5 0 m左右 ， 不要太超前 爆破。 2 电磁辐射结合钻 屑法监测 ， 发 现有异常 区 域 ， 及时在两边各 1 0 m范围内重新爆破 。 3 电磁辐射监测指标 幅值最大值或脉冲数 的值超标或其变化率超过一倍 以上时 ， 认为该 区域 存在冲击危险， 应采取爆破措施。 4 矿压观测和气体监测 ， 在工作面周期来压 前一天 ， 在两顺槽超前工作 面 8 m处开始 ， 向外布 置 5个卸压爆破孔 ， 炮 眼间距 5 m， 眼深 8 m， 装药 深度 5 m， 封孔 3 m。5个钻孔 同时爆破 。力争消 除来压产生 的矿震对顺槽 的影响。 5 2 1 0 6工作 面的轨道顺 槽 的断层处 ， 如果能 见到煤层 ， 就应进行卸压爆破 。 4 ． 2 ． 2 采用柔性支护 工作面超前加强支护采用有弹性 、 能够吸收能 量和抗冲击的木顶梁， 或铰接顶梁加木背板， 加单 体液压支柱进行支护， 同时给单体液压支柱穿木 鞋 。超前支护支柱的安全 阀采用大流量 ， 快速卸载 的阀体， 超前支护单体支柱的初撑力应保持在 7 1 0 MP a以 内， 卸压 阀压力保 持在 l 52 0 MP a以 内， 以防止单体支柱被冲坏。 在底板遇较坚硬岩石时 ， 超前支护 的木柱鞋采 用两块， 纹理交叉， 增加缓冲行程， 吸收更多的冲击 能量。单体支柱最好同时采用防冲击保护装置与 穿木鞋， 起保护支柱双重保险作用。 工作面液压支架 的安全阀也应当采用大流量、 快速溢流的阀体， 以防止工作面支架被冲击压坏和 冲击造成支架的爆缸 。 5 治理效果 古城煤矿 2 1 0 6工作 面 自从 2 0 0 4年 1 1月 2 5 日发生冲击矿压现象以来， 采取了一系列的冲击矿 压矿震预测与防治措施 ， 取得了较好的效果 。经过 采取治理措施后， 冲击矿压的强度明显减弱， 从 2 0 0 5年 1 月 2 4以后， 只是个别柱子折断， 并且发 生的次数大大减少 ， 三 、 四月份基本上未发生 。 上接第 1 1 2页 ② 效率高。生产集中， 放煤工艺劳动量小以及出 煤点增多。③ 成本低。放顶煤开采比分层开采减 少了分层数， 由此节省了费用。④ 巷道掘进量小。 掘进量和维护费用减少， 降低了吨煤生产成本。⑤ 减少搬面次数。节省了采面的安装、 搬迁费用。⑥ 两面合一面进行 回采 ， 人工、 电费 、 材料投入均减少 近一半， 提高了生产效率。⑦ 对煤厚变化及小断 层适应性强。缺点 ① 放煤时煤尘大。② 因支架 后方落煤面积及高度大易于造成瓦斯积聚。③ 顶 板管理难度大。 6 经济效益分析 1 5 2 2 2综放面回采 三个多月以来 ， 取得 了良好 的经济效益。与分层综采 的 2 5 1 2 1面 比较结果见 表 1 。通过 比较 ， 同样 的工作面可少 掘进 1 7 0 0 m 巷道 ， 节约支护材料费 1 5 6万元 ， 节省了金属 网假 顶支护 ， 节约假顶费用 7 2万元 ， 节约人工 5 5 2个 ， 节约电费 8 0万元， 从而使吨煤成本降低 2 7元， 平 均月产提高了 3 ． 2万 t 。 表 1 分层综采与综放经济指标对比表 项 目 赫 裴 项 目掘 进 量 材 料 费 费 用 ； 成 本灰 份月 产 ／ m／ 万元 ／ 万元 。 ⋯ ～／ 元／ ％／ 万兀 分层综采 3 9 8 0 1 9 9 7 2 9 5 2 1 4 5 7 8 1 4 ． 5 3 综放 2 2 8 0 4 3 0 4 5 0 6 5 5 1 1 1 6 矿 山压力与顶板管理2 0 0 5 ． N o 4 1 1 5 维普资讯