小宝鼎煤矿10362-1工作面托伪开采.pdf

小宝鼎煤矿 1 0 3 6 2 1 工作面 托伪顶开采 小宝鼎煤矿 李德富 曾庆林 肖子兴 陈兵 李成权 摘要 改传 统的将伪顶放 落为托 伪顶开采 ，炮眼布置方式 由三花眼 改为三角眼，并采取 了对放炮后 的端面项板及时支护 的措施 ，减小 了放 炮 时 对顶 的破 坏作 用 ，有利 于顶 板 管理 。 由 于3 5 、 3 e 之 间 夹 石 为O ． 3 ～ 0 ． 5 m。且裂隙发 育，将伪顶托住后 ，大大降低 了原煤灰分。 关键词 顶板放落 托伪顶 采煤方法 1 概述 1 0 3 6 2 ． 1采 煤工 作面 位 于我 矿 1 2 2 0 水 平 十 采 区1 3 9 0 - - - 1 3 5 0米 阶 段 ，开 采 3 6 煤层 ，煤 层平均 厚度为 1 ． 2 6米 ，该煤 层结构复杂 ，煤层中含夹矸2层 ，上分层 夹矸 为泥质粉砂岩 ，其平均厚度O ． 1 3米 ， 下 分层 夹矸 为 粉 砂岩 ，其 平 均厚 度0 ． 1 0 米 ，该煤层属稳定煤层。 根据该工作面回风巷和顺槽及运输巷 揭 露的煤层顶底板情 况表 明3 6 煤 层与 3 5 煤层之 间的岩层 岩性为泥质粉砂岩 。 工作面开切 眼往 南走 向长约 l 8 0 m 范围 内 3 6 煤层 与3 5 煤层之间的岩层厚度 为O ． 2 ～ 0 ． 3 m，且裂隙发育 再往南至停采线位置 约 2 0 5 m 范 围内3 6煤 层与3 5 煤层之 间的 ．4 ． 岩层厚度为O ．3 o ．7 m，且比较完整。3 5 镍 层为0 ． 7 2 m硬度较大 的薄煤层 ，3 5 煤 层 顶板往上为泥质粉砂岩 、炭质泥岩 、3 煤层及泥 质粉砂岩互层 ，厚度为 1 ． 7 5 m 老顶为粗砂岩，厚度为6 ．2 m底板为较稳 定的中厚层状粉砂岩，见图 l 。 工 作面平均 走 向长3 8 5 m，平均倾斜 长 l 5 0 m，平均倾角2 3。，可采储量8 ． 7 ● 万吨。 工作面内地质构造简单，无大、小断 层 ，仅有 l 8向斜轴斜 交工作面 的开切 边 缘，对回采影响较小 。 l 0 6 3 2 - l工作面开采方 向 由北 向南 ， 走向长壁后退式采煤法，毫秒爆破落煤， 1 ． O m 铰接顶 梁 合单 体液 压支柱支 护顶 ， ， ． ， ● 维普资讯 工作面煤岩层综合柱状图 编 柱状 分层 累计 厚度 厚度 岩性掐述 备注 号 1 l 1 0 0 - ． - l 誊 6．20 6 ．20 灰 白 色 中 厚 状 翘 砂 岩 2 I 0 ．3 4 6 ． 5 4 灰黑色薄层状泥质粉砂岩 3 叠 0．26 6．80 煤 层 35- 1 4 O．56 7．36 黑 色 薄 层 状 炭 质 泥 岩 5 0 ．6 0 7 ． 9 6 灰黑色薄层状泥质粉砂岩 i 0 妻 0 ． 7 2 8 ． 6 8 煤层 o 5 ． 4 0 ． 0 9 o ． 0 9 3 5 7＼ 鼍量 ／ 0 ． 4 7 9 ． 1 5 灰黑色慧层状泥质粉砂岩 0 ． 2 2 - 0 ． 7 1 ＼ 8 ■ 一 1 ． 2 6 1 0 ．4 1 3 6 煤层 0 ． 4 3 0 ． 1 3 0 ． 1 2 0 ． 1 0 0 ． 4 8 I 9／ 0 ． 7 0 1 1 ． 1 1 深灰色中厚层状粉砂岩 1 0／ ’ 0 ． 7 5 1 1 ． 8 6 浅灰色中厚层状细砂岩 图 l 板，全部陷落 法管理顶板 。针对工作面 内 煤层顶板的具体情况，对工作面开切眼往 南走 向长约 l 8 0 m 范 围内采用 留硬度 较大 且完控性较好的3 5 煤层 作顶 板；再往 南 至 停采线约2 0 5 m 的范围 内采用 了托伪项 开 采 的措施 ，取得 了 良好 的效果 ，见 图 2。 2技术特征 2 ． 1原技术特征 工作面托伪顶开采前，采用留 3 5 煤 层作 工作 面顶板 ，控 项方 式 为 “ 见 五回 一 ”即 四五排控顶方式 ，柱距0 ． 7 5 m，排 距 1 ． O m，贴 帮支 柱柱距 为 1 ． 5 m，最 大 控 顶距 5 ． 3 m，最小 控顶 距4 ． 3 m，特种 支 护 为每 空加打 一根 单体液 压 支柱作 密集挡 矸 ， 采 空 区 管 理 为 全 部 陷落 法 ； 采 用 D Z I ． 4 ～ 1 ． 8单体支柱配合H D J A - 1 0 0 0铰接 顶梁支护顶板。根据 已采3 煤层矿 压 资 - 5． 料和 专家 咨询系统 分 析得工作面顶板压力 为 2 8 O l c N ， m ‘， 由 宋 氏理论计算可知老顶 初 次来压 时顶 板压 力 为 3 4 0 k N／ m“， 现 工 作 面 支 护 强 度 为 4 4 1 k N／ m‘，即工作面 支 护 密 度 为 1 ． 6 3根 ／ m ‘ ，符合 工作面支护 设计要求。 工作面炮 眼布 置 方 式为 三花眼布置 方 式 。 顶 眼 深 度 为 1 ． 2 m、 眼距 为 1 ． 2 m、角 度 为6 0 - 7 0。 、 装药量 为0 ． 2 k g 。底 眼深度 为 1 ． 2 m、眼距 为 1 ． 2 m、角度 为7 O。、装药量 为0 ． 5 k g 。 使用毫秒延期电雷管起爆 ，一次放炮长度 为 2 0 m，见图 3 。 工 作面 每循环 火药 消耗 量 顶眼 为 2 5 k g ，底眼 为6 2 ． 5 k g ，合 计 为8 7 ． 5 k g 。每 循 环 雷管 消耗 量 为2 5 0发 ，循 环 产 量 为 2 5 0吨 。 2 ． 2现技术特征 在 工 作 面 剩 余走 向 长 2 0 5 m 的 范 围 内。采 m3 5 、3 煤层夹石作顶板 ，工 作 面托伪顶开采后，其控顶方式为 “ 见四回 一 ”即三 四排控顶方 式 ，柱距 为0 ． 7 5 m， 排距 为 1 ． 0 m，最 大控顶 距 为4 ． 3 m，最 小 控 顶距 为3 ． 3 m，采 空 区管理 为全 部 陷落 法。每次放炮后-及时挂上金属铰接顶梁， 且在顶梁上铀上竹笆护顶， 同时在煤壁区 打上临时支护和贴帮支柱，柱距为 1 ． 0 m。 维普资讯 ．／ ‘ Z ． 6． 维普资讯 A～ 图3 工作面原炮眼布置图 特种支护为在切项排采用竹笆配合密集支 柱捎矸 ，密集支柱超前于回柱放顶一架棚 支设，每空打一根密集支柱 。根据 已采3 6 “ 煤层矿压资料和专家咨询系统分析得工作 面顶板压力为2 8 0 k N／ m‘， 山宋 氏理 论计 算可知老顶初次来爪时顶板压力为3 4 0 k N ／ m 。 ，T作面现 实际支护压力为 4 k N ／ m ‘， 即T作面支护密度为 1 ． 7 8根／ m ‘ ，符合 工 作面支护设计要求，见图 4 、图 5 。 T作面炮眼 置方式 为三角眼布置方 式 。项眼 深度 为 1 ． 2 m、眼 距为2 ． 0 m、装 药 最为O ． 2 k g ， 并严格控 制顶眼眼 底距 顶 板距 离 为0 ． 4 m。底限 深度 为 1 ． 2 m，眼距 为 1 ． 0 m、装药 最为0 ． 4 k g 。使用 毫 秒延期 电雷管起爆 ，一次放炮长度减小为 1 0 m， ． 7 ． B一 见 图 6 。 工 作面每 循环火 药 消耗 量顶 眼 为 l 5 k g ，底眼 为6 0 k g，合 计7 5 k g。每 循环 雷管消耗量为 2 2 5发 ，循环产量 2 5 0吨 。 3技术创新点 1 改传统 的将伪 顶 放落 为托伪 顶 开 采 ，山T- 3 5 、3 6 之 问夹石 为O ． 3 ～ 0 ， 5 m， 且裂隙发育，将伪项托住后，大大降低 了 原 煤 灰 分 ， 托 伪 顶 开 采 前 原煤 灰 分 为 4 4 ． 8 ％ ， 托 伪 顶 开 采 后 原 煤 灰 分 为 31 ． 1 ％ 。 2 炮眼布 置 方式 山三花 眼改 为三 角 H 6 {， 顶 眼 眼 距 山 原 来 的 1 ． 2 m 加 大 到 2 ． 0 m， 且 顶 眼 眼 底 距 顶 板 距 离 控 制 在 0 ． 4 m， 同 时 每 循环顶眼装药景从原来 的 维普资讯 图4 1 0 3 6 2 一 I T _ 作面托伪顶开采 支护平面图 2 5 k g降 低 到 l 5 k g，放 炮 长 度 由原 来 的 2 0 m 降至 1 O m，并采取 了对放炮后的端面 顶板及时支护 的措施，其实际效果是减 ． 8． 小了放炮时对顶的破坏作用 ，有利于顶板 管理 ，为托伪顶开采提供 了技术保证 。 3 未托伪顶丌采时，根据该工作面顶 维普资讯 } { I 抽I 1 ． 1 ． l 1 ． I A9 _ l ‘ I 4 ． ’ B - 饿 嘲 田 I I 轴 附5擐大最小控顶距支护嗣面圈 板为复合煤层顶板 ，采 空区顶板随放随 冒 的特点，控顶方式为四五排控顶方式，采 空区 冒落 高度虽 能达到采 高的1 ． 5倍 ，但 工作面老顶周期来压仍较明显 ，周期来压 期问曾发生过推垮型 冒顶 4次 。 托伪顶 开采后，工作面控顶采取以护 顶为主，支护为辅 的原则，采用三 四捧控 顶方式，进一步降低了采高，使采空区的 冒落将采空区充填很实，工作面周期来压 矿压显现不 明显 ，未发生过推垮型 冒顶 、 漏顶，并减少了单体支柱 占用量。 4 未托伪顶开采时，工作面虽采用密 集支柱配合竹笆挡矸 ，但 由于采 高大 ，仍 然窜矸严重 ，影响 了工作面的畅通 。 托伪顶开采后，采用密集支柱配合竹 笆挡矸 ，采面窜矸 问题得到了控制。 5 对未托伪顶开采和托伪顶开采的技 术方案应用 ‘ 顶板控制设计专家咨询系 统进行 了理论指导，并在实际生产中对 端 面顶 板控制 、炮 眼布 置 、装 药 量 、护 顶、控顶方式等技术问题制定具体的技术 措施。根据现场施工的检验，该技术措施 ～ 图6工作面现炮眼布置图 - 9。 维普资讯 达到 了安全、商效的托伪顶开采效果。 4应用情况 在 该工 作面 托伪 项开采 的方 案确 定 后 ，在I 卅采工艺过程中采取了以下综合 治 理措施 ，达到 了 “ 安全 、高效”的托伪 项 目的 1 破 煤 落煤 根据 煤 层 顶 板特 点，结合托伪顶开采的特殊情况 ，为了既 不破坏 伪项 的完 整性 ，又达 到丌 帮进度 1 ． O m 的要求 ，采 用 - 5段 毫秒延 期 电 雷 管爆破 ，炮眼布置方式为三角眼方式。根 据采煤_T作面爆破理论要求 ，山于此顶底 眼 的布置角度 、深度 ，以及所采用电雷 管 段 号 顶 眼 使 用 段 、底 眼 使 用 l 4 段 ，特别是 在工 作面煤层爆破参数很难 使用理 论计算求得 ，为此通过现场 反复试 验进行爆破参数及装药最的合理优化。 2 装煤 工作面爆破参数优化后，减 少 了爆破后的扫浮煤的丁作最 。同时对攉 煤人 员在煤壁 的安仝问题 巳 I J 端面顶板控 制问题 ，主要采取 了以下措 施采面实 行分段放炮制 ，每放完一炮后及时挂上金 属铰接顶梁 ，并在顶 上铺上一层竹笆护 顶 。同时在煤壁区掏 出柱窝，打上临时支 柱 ，其柱距为 1 ． O m，以上措施的 目的在于 强化 煤肇 区这 一事 故 多发地 点的顶 板管 理，保证煤鼙区作业人员在有可靠的支护 下作业 ，并从 根本上解 决端面顶板 的 “ 空 顶 ”问题 。 3 支护丁艺 根据 顶板控制设 计专 家 咨询系统软件i [ 行支护设计，选定合 理的支护参数并结合我矿 以往丌采 3 6 煤 层 T 作 Ⅱ Ⅱ的经 验 ，确 定 工 作 面 柱 距 为 O ． 7 5 m、排距 为 1 ． O m，采用单 体液压支柱 配合金属铰接顶梁支护顶板，1 笆护顶 ， 密集 支柱配 合竹笆 挡矸 ，最 大控 顶距 为 4 ． 3 m，最小控顶距为3 ． 3 m，即三四排控顶 方式，这与工作面开采初期采用的四五排 控顶方式相比，具有人工 柱安全 、支柱 占用量少 的特点。 4 凹柱放顶 根据该工作面开采的煤 层顶板为近距离复合煤层顶板易窜矸的特 点 ，切顶 排采 用 “ 密集 支 柱竹笆 ”挡 矸，为 了保证 柱放顶人 员的安全退路 ， 又便于人工分段进行倒柱放顶的要求 ，我 们采用 密集支 柱超 前 吲柱放 顶一 架棚 0 ． 7 5 m进 行支设 ，并挂上 挡矸竹笆 ，此 方法具有操作方便，挡矸效果好 ，特别是 切顶排支柱可 以实行人工吲柱放顶 ， 至 于在 柱放顶前先支设密集支柱 ，这是根 据缓倾斜煤层及其垮落的顶板 自然安息位 置小于 0 ． 4 m而确定的。 5 工作面托伪顶丌采后，埘 该丁作面 进行矿压观测，从观测的结果来看 ，剧期 来压 步距 为 l 5 m，与托伪顶丌采前几乎一 ‘ 致， 期来压期『 廿 J 末排支柱 的终工作阻力 为 l 7 - 2 0 MP a问 ，端面顶板基 完好 ，接 近 采空区部分则较为破碎 ，但埘 ] 二 作面的 支护没 有造成困难，因此 ，托伪顶 丌采是 成功的，见图 7 。 6 T作面采用托伪顶 丌采后，从 I u J 采 ] 艺过程 的各工序进行技术修改而制定钊’ 对性 的 安仝技 术措 施 。从 l 9 9 9年4月到 l 9 9 9年9月 T作_血托伪顶 丌采结 束 ，经 J 力了_丁作面老 顶 期来 压 的 峻考 验 ， ． 1 O ． 维普资讯 3 驾翠| jl 碱 墨譬量鼍夺 坦 议张 瞢 疆母H I _ 口 8_h 田 一 。 囊 v 幽值 H 维普资讯 没有发生过 冒漏顶事故 。 5结论 5 ． 1经济效益分析 j 1 0 6 3 2 - 1工作面托伪顶 开采前原煤 灰分 为4 4 ． 8 ％，售价 为8 3 ． 2元／ t ，托伪 项 开采 后 ，灰分 降到3 1 ． 1 ％，售价1 0 1 ． 6元／ t ，生产原煤 4 9 2 1 5 t ，则创收为 原煤产量 x 托伪项开采后售价 一托 伪顶前售价 4 9 21 5 x 1 01 ． 6 8 3 ． 2 9 0 ． 5 6 万 元 2 工作面竹笆使用费用每循 环 进度 1 ． O m竹笆使用量为2 0 0张，则托伪顶开 采后的竹笆费用为 每循环使用量 竹笆单价 工作面走 向长 5 火药、雷管费用 托伪顶开采后万吨火药消耗 比托伪顶 开采前减少 了5 0 0 k g ／ 万t ，火 药减少 费 用 原娩产量火药减少的消耗 每千克 火药售价 4 ． 9 2 X 5 0 0 5 1 ． 2 3 万元 雷管 消耗减 少 了l 0 0 0发／ 万t ，雷管 减少费用 原煤产量 雷管减少的消耗 每 发雷 管售价 4 ． 9 2 X l 0 0 0 X l 0 ． 4 9 万 元 6 综上所述，工作面托伪顶开采后的 经济效益 2 0 0 2 2 0 5 8 ． 2 万元 合 计 9 0 ． 5 6 8 ． 2 l _ 3 8 2 ．0 2 3 降低坑木消耗 费用 1 ．2 3 0 ． 4 9 托 伪 顶 开 采 前坑 木 消耗 为 l 5 m ／万 8 7 ． 4 8 万元 吨 ，托 伪 顶 开采 后 坑 木 消耗 为 l O m ／万 5 ． 2社会效益分析 吨，降低坑木费用为 j 托伪顶 开采后，采面未发生 冒漏顶 原煤产量 X 托伪顶开采前坑木消耗 事故 ，保证 了正规 循环 ，实现 了稳 定生 一 托伪顶开采后坑木消耗 产 。降低 了事故发 生率 ，保 证 了安全 生 4 ． 9 2 1 5一 l 0 产 ，稳定 了职工队伍 。 1 ． 3 8 万元 2 托伪 顶开采 后 ，老顶 周期 来压 期 4 降低了单体液压支柱租赁费 问，采场顶板压力显现不 明显，采面工程 托 伪 顶 开 采 前 支 柱 占用 量 为 1 3 0 0 质量有了显著提高，工作面推进度加快 ， 根 ， 托 伪 顶 开 采 后 支 柱 占用 量 为 l 1 5 0 确 保 了正 规 循 环 率 。 单 产 提 高 了 l 5 ‰ 根 ，每天少 占用支柱量1 5 0根 ，每天降低 2 0 ％，增加了职工收入 ，对全矿 的稳定生 支柱租赁 费l 3 5元，托伪 顶开采后实际节 产也起到了很好 的作用 。 约租赁费为 总之 ，托伪顶开采技术是一项具有显 l 3 5元 3 0天 5个月 著经济效益和社会效益的项 目，在类似伪 2 ． 0 2万元 项t ．佝条件下 ．值得推广应用。 ． ． 1 2． 维普资讯