π 型钢梁炮采放顶煤采煤技术.pdf

收稿日期 ２００４ － １２ － １７ 作者简介 粱国栋（１９７１ － ） ，四川射洪人 ，采矿工程师 ， １９９４ 年毕业于中国矿业大学采矿专业 。 文章编号 １００３ － ５９２３（２００５）０２ － ００３８ － ０３ π 型钢梁炮采放顶煤采煤技术 粱国栋 ， 段茂才 ， 张殿明 ， 吴骙 ， 刘四平 （攀枝花煤业集团公司 ，四川 攀枝花 ６１７０６６） 摘 要 介绍了大宝顶煤矿改革单体液压支柱配合铰接顶梁留底煤开采工艺 ， 采用 π 型钢梁炮采放顶煤 的采煤工艺及所取得的经济技术效果 。 关键词 π 型钢梁 ； 炮采 ； 放顶煤 中图分类号 TD８２３ ． ４９ 文献标识码 B 大宝顶煤矿年产原煤 １００ 万 t ， 主采煤层 ２３ － ２ 与 ２３ － １ 煤 ， 合计平均厚度 ３ ． ９ m ，煤层顶底板赋存 条件较稳定 ， 但内部结构复杂 。 ２００３ 年以前 ，采用 单体液压支柱配合铰接顶梁留底煤开采 ，只能采 ２３ － １ 煤 ， ２００４ 年 ４ 月 ，大宝顶煤矿在 ４２２３ － ２ １ 采煤 面试用 π 型钢梁 ， 进行炮采放顶煤开采 ，获圆满成 功 。 1 工作面概况 ４２２３ － ２ 采面走向长 ６４５ m ，平均倾斜长 ９１ m ， 工作面倾角 １８ ～ ３８ ，平均 ２８ 。 ４２２３ － ２ 煤厚 １ ．７４ ～ １ ． ９６ m ， 平均厚 １ ． ８１ m ， ４２２３ － ２ 与 ４２２３ － １ 煤合计 平均厚 ３ ． ６ m 。 两分层之间夹 ０ ．４ m 左右粉砂质 泥岩 。 直接顶为 ２ ．４ m 粉砂质泥岩夹煤线 ，老顶 为 １８ ． １ m 粉砂岩和 ２１ m 中粒砂岩 ， 局部含煤线 。 直接底为 １ ． １４ m 粉砂岩 ， 较坚硬 。 煤层赋存状况 参见图 １ 。 煤层硬度系数 f ＝ １ ～ ３ ，结构松散 。 煤 层自然发火期大于 １２ 个月 ，煤尘爆炸性指数为 ２２ ． ０１ ％ ， 相对瓦斯涌出量为 ０ ． ６ m ３ ／t 。 该采面用 DZ２２ 型单体液压支柱配合 ２ ．４ m 长 π 型钢梁支护顶板 ，工作面铺搪瓷溜槽自滑煤 ， 用 SGW － ４０ t 型刮板输送机运煤 。 炮采 ４２２３ － ２ 煤 ， 放 ４２２３ － １ 煤 ， 全部垮落法管理顶板 。 2 工作面布置及支护参数 2 ． 1 工作面布置 工作面采用俯伪斜布置 ，上出口超前下出口 ４ ～ ８ m ， 上出口采用留煤垛护巷 ，下出口作 １ ．２ m 超前缺口 。 煤垛倾斜长 ４ m ，宽 ４ m ，煤垛间距 ２ m 。 图 １ 综合柱状图 工作面采用齐梁直线柱走向对棚支护 ， 每对对 棚由 ５ 根单体液压支柱支承 ２ 根 ２ ． ４ m 长 π 型钢 梁组成 ，主梁一梁三柱 ，副梁一梁二柱 。 主副梁间 距 ０ ． ２ m ，对棚间距 ０ ．７ m ，单体液压支柱排距为 １ ． １ m（靠煤壁）和 １ ．３ m（靠采空区） 。 工作面 、π 型钢梁对棚布置如图 ２ 、 ３ 所示 。 π 型钢梁上铺设 １２ ＃ 冷拔丝编织的金属网 ，规 格为 １ ．７ １ ．５ m ，网 孔 为 菱 形 ，网 孔 规 格 为 ７０ mm ２ 。 网与网之间用 １４ ＃ 铁丝搭接 ，搭接时扣 扣相连 ， 搭接宽度为 １０ mm 。 2 ． 2 支护参数 ［1 ，2］ （１） 单体液压支柱的支护密度 N（根／m ２ ）按下 式计算 N ＝ Q ηRt （１） 式中 Q 顶板压力 ，kN／m ２ ； ８３ ２００５ ．№ ２ 矿山压力与顶板管理 图 ２ 工作面布置图 图 ３ π 型钢梁布置图 η 支柱利用系数 ， 取 η＝ ０ ． ８５ ； Rt 支柱额定工作阻力 ，对于 DZ２２ 型单 体柱 ， 取 Rt＝ ３００ kN 。 又 Q ＝ （４ ～ ８）γM（２） 式中 M ２３ － ２ 分层采高 ， １ ． ８ m ； γ ２３ － ２ 分层上覆岩层容重 ， 取 γ＝ ２５ kN／m ３ 。 由此算出 N ＝ １ ． ４１ 根／m ２ 。 （２） 棚间距 该采面循环进度的选取以有利于提高正规循 环率为原则 ， 实际循环进度为 １ m ，则最大控顶距 为 ３ ． ４ m ， 最小控顶距为 ２ ． ４ m 。 每套对棚由 ５ 根 单体支承 ， 棚间距 a（m）由下式计算 a ＝ n NL A （３） 式中 n 单体支柱数 ，n ＝ ５ ； L 最大控顶距 ， ３ ． ４ m ； A 支柱备用系数 ， 取 A ＝ １ ． ４ 。 经计算 a＝ ０ ． ７４ m ， 则取棚间距 ０ ． ７ m 。 （３） 上下出口支护 上出口倾斜长 ４ m ， 宽 ２ m ，高度与采高一致 ， 出口内用单体液压支柱木板梁护顶 ， 单体支柱间距 为 ７００ mm ，木板梁与工作面走向平行 ，上铺金属 网与工作面金属网联成整体 。 下出口有超前工作面 １ ．２ m 的缺口 ，下出口 规格为倾斜长 ３ m ， 走向长 ３ ． ６ m 。 下出口内使用 单体支柱支承 ３ ．６ m 长型钢梁对棚支护顶板 ，一 梁三柱 ， 钢梁上铺金属网与工作面所铺金属网联成 整体 ， 对棚间距 ０ ．７ m ，排距为 ２ ．３ m（靠煤壁）和 １ ． ３ m （靠采空区） 。 上 、 下出口支护参见图 ２ 。 3 回采工艺及生产管理 3 ． 1 回采工艺 （１） 作下超前缺口和上出口 每循环作业前须先作下超前缺口 ， 以保证采面 下出口安全畅通 ， 缺口中 π 型钢梁齐梁齐柱 ，支护 至采面煤壁 。 随工作面推进 ，够一个上出口位置时 ，作新上 出口 。 在未作之前 ， 不得回收前一上出口内及其下 方 ２ m 范围内的单体柱及梁 。 （２） 联金属网 、 爆破落煤 下出口畅通后 ， 联金属网并将已联接好的金属 网挂起来 。 接着从下出口往上进行放炮落煤 ， 每次开帮进 度为 １ ．０ m ，放炮段长 ５ m ，采面条件变差或老顶 来压期间 ， 放炮段长缩小到 ３ m 。 （３） 移 π 型钢梁 放完一段炮后 ， 先从上向下移设本放炮段对棚 的主梁 ， 待全部主梁移设至煤壁后 ，清理采空侧浮 煤 ， 清完煤后 ， 再一次性从上向下移设本段副梁 ， 主 副梁齐梁齐柱移设至煤壁并将已联好的金属网托 起 ， 移一对主 、 副梁共需回 、 支 ５ 棵单体柱 。 爆破落煤与移设 π 型钢梁可三组工人同时作 业 ， 但严禁同时放炮 。 每组作业人员间距不小于 ２０ m 。 （４） 攉煤 、 紧柱 整个工作面的主 、副梁移至煤壁后开始攉煤 ， 完成后 ， 进行支柱二次补液 ，所有支柱初撑力必须 达到设计要求 。 （５） 放顶煤 攉煤支柱补液后开始放顶煤 ， 并在放煤口架设 沿倾斜抬棚以加强支护 ， 抬棚长 １ ． ８ m ， 一梁两柱 。 放顶煤由下往上进行 ， 采用单轮顺序放煤 。 放煤口 采用“U”型网口形式 ， 规格为 ３００ ３００ mm ２ ， 网口 最低点距底板 ０ ． １ m 高 ，放煤口间距 １ ．２ m ，每次 开 ２ 个口 。 放顶煤以见矸为止 ，放完后 ，用 １４ ＃ 铁 ９３矿山压力与顶板管理 ２００５ ．№ ２ 丝将口补好 ， 防止漏串矸 。 放顶煤可 ３ 组人同时进 行 ， 放煤段间距不小于 ２０ m ，但当采面倾角大于 ３０时 ， 只许可 １ 组人放煤 。 老顶来压期间 ， 或直接 顶大面积未垮落时必须停止放煤 。 （６） 出浮煤移溜槽 整个采面放顶煤完成后 ，再一次清扫浮煤 ，应 清扫至见底板 ， 然后人工移搪瓷溜槽至靠煤帮排 。 每 １０ m 一段 ，从下往上进行 ，移槽时需对全部中 柱重新回 、支一次 。 然后作下超前缺口 ，开始第二 个循环 。 3 ． 2 矿压及顶板管理 （１） 矿压规律 为掌握 ４２２３ － ２ １ 面的矿压规律 ，前 ４０ m 只留 顶回采 ， ４０ m 后开始试放顶煤 。 采面均匀布置 １０ 个测点 ，观测支柱初撑力和末阻力 。 如图 ４ 所示 ， ４２２３ － ２ １ 面开采有明显的周期来压规律 ，留顶煤开 采与放顶煤开采在顶板来压步距和影响范围 、 顶板 在空间上的断裂失稳基本一致 ， 但由于放顶煤总采 高增大 ， 较托伪顶开采顶板来压强烈 。 放顶煤开采 时初次来压步距为 ２０ m ， 周期来压步距为 ７ ． ５ m 。 图 ４ 工作面推进度与支柱工作阻力图 （２） 顶板管理 ① 放顶煤时 ，每组两人作业 ，一人观察顶板 ， 一人放顶煤 ， 放煤人员站在放煤口的上方 ，支护要 完好 ， 不得将身体伸入放煤口内掏煤 。 放煤口出现 大块煤矸堵塞时 ，应用大锤打碎 ，并用长把工具进 行处理 ， 严禁用手直接搬移 。 ② 保证顺山抬棚的架设质量 ，以增强采场支 护的稳定性 。 支柱要找出底板麻面 ， 打紧打牢并保 证迎山有力 。 ③ 工作面倾角超过 ２５时 ，第二 、三排支柱必 须栓防倒绳 ， 要栓齐 、 栓牢 。 ④ 顶煤松软破碎发生漏顶时 ，金属网上用刹 杆或用沙包进行接顶 。 ⑤ 遇顶板有大面积来压预兆 ，如煤壁片帮严 重 ， 采空区出现轰鸣声 ， 支柱泄液严重等 ， 必须立即 撤出作业人员 ， 待顶板稳定 ， 确认安全后 ， 方可进入 采面 。 3 ． 3 “一通三防”管理 采面风巷安设两台瓦斯传感器 ， 回风流瓦斯浓 度在 １ ％ 以下 ， 采面才准放炮落煤 。 工作面运巷和 风巷各设一防尘管路 ， 在运巷内输送机转载点设撞 击式自动喷雾嘴 ，输送机运转时自动连续喷雾 ，机 停则喷雾停 ，风巷设一组净化喷雾 。 另外 ，运巷和 风巷各设一组辅助隔爆水袋 。 采面 上 出 口 以 下 １０ m 范 围 内 不 放 顶 煤 ， ４２２３ － ２ 煤的上覆煤 、岩层垮落后充填采空区 ，可避 免上隅角的瓦斯积聚 。 4 技术经济效果 ４２２３ － ２ １ 面 π 型钢梁放顶煤开采与原法比较 ， 技术经济效果非常显著 。 （１） 改善了顶板管理条件 ，实现了安全生产 。 此前使用单体铰接顶梁开采 ， 煤壁片帮得不到及时 维护 ， 支架整体性差 ， 冒顶事故频繁发生 ， 采用 π 型 钢梁放顶煤开采至今未发生过冒顶事故 ， 同时还解 决了留底煤开采支柱钻底的难题 。 （２） 提高了采面单产和工效 ７０ ％ 左右 。 （３） 原煤质量大幅提高 ，灰分下降 ７ ％ ～ ８ ％ ， 含矸率下降约 ２０ ％ 。 （４） 材料消耗大幅度下降 ，该面开采至今未丢 失过单体支柱和 π 型钢梁 ，因不留底煤开采 ，也消 除了单体柱鞋的大量丢失 。 5 结语 （１） ４２２３ － ２ １ 面 π 型钢炮采放顶煤实现了安全 生产 ， 不仅降低了材料消耗 ，而且多回收了煤炭资 源 ， 提高了原煤质量 ， 经济和社会效益显著 。 （２） 宝鼎矿区长期为 ４２２３ － １ 、 ４２２３ － ２ 煤的开采 方法所困扰 ， ４２２３ － ２ １ 面 π 型钢梁炮采放顶煤的成 功开采 ， 探索出了解决这一技术难题的新方法 。 （３） 该采面用齐梁齐柱支护方式 ，移 π 型钢梁 时 ， 每对棚要动 ５ 棵单体 ，串梁移柱工作量较大 。 在顶底板条件稳定和工人操作熟练的前提下 ， 可改 用迈步式布置 π 型钢梁 ， 以减少串梁移柱工作量 。 参考文献 ［１］ 陈炎光 ，徐永圻 ．中国采煤方法［ M］ ． 徐州 中国矿业大学出 版社 ， １９９１ ． ［２］ 徐 永 圻 ． 煤 矿 开 采 学 ［ M ］ ． 徐 州 中 国 矿 业 大 学 出 版 社 ， ２０００ ． ０４ ２００５ ．№ ２ 矿山压力与顶板管理