薄煤层开采技术研究.pdf

★科技创新 ★ 薄 煤 层 开 采 技 术 研 究 刘心广 栾兴亮 兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿,山东省济宁市, 272072 摘 要 阐述了加快开采济宁二号煤矿主采薄煤层3上的意义,介绍了工作面概况、设 备选型及其顶板管理、回采工艺等情况,并针对回采过程中遇到的问题提出了具体的处 理方法。 关键词 薄煤层开采 设备选型 回采工艺 济宁二号煤矿 济宁二号煤矿位于济宁市任城区,设计生产能 力为400万t/ a , 1997年11月8日建成投产, 2003年核定生产能力600万t/ a ,采用立井开拓, 主采煤层为3上和3下煤,其中3上煤层薄,赋存不 稳定, 3下煤层厚,赋存稳定。两层煤层间距在0 ～40m之间。 1 加快3上煤层开采的意义 随着矿井机械化程度的不断提高,矿井的产量 进一步提高,为保证矿井的可持续发展和提高煤炭 资源回收以及配采的需要,必须加快上覆薄煤层的 开采速度以尽快解放厚煤层。 济宁二号煤矿九采区作为矿井的主要接续采 区,地面有南阳湖农场等地面建筑物, 3上煤基本 全区可采,厚度在017～218m ,平均厚1161m ,地 质储量72117万t ,可采储量49318万t ,由于煤层 赋存厚度不均匀并且厚度小,现有的工作面设备对 采高要求较高,如采用现有的工作面设备开采九采 区3上煤将会造成割岩石量大,影响矿井煤质同时 设备消耗大,并且效率也低,为进一步提高矿井经 济效益和薄煤层工作面的高产高效,必须对其回采 工艺进行研究。 随着矿井开采范围的不断扩大和生产能力的不 断提高, 3上煤的合理开采已直接影响到3下煤的 合理开采,同时也影响到矿井的可持续发展,为了 减少煤炭损失,提高资源回收率,减小工人劳动强 度,提高工作面产量,经充分调研论证和技术攻 关,在九采区93上05工作面进行了薄煤层回采工 艺试验,取得了很好的效果。 2 工作面概况 工作面轨道巷和运输巷均沿煤层顶板掘进,受 断层等地质条件的影响,工作面推进长度 为 447172m ,平均面长135m。该面煤层厚度112～ 117m ,平均1144m ,可采储量1115万t ,煤层倾 角2～10,平均5;煤层结构较简单,煤层裂隙 发育,普氏硬度系数f 211 ,为软-中等硬度煤 层。工作面伪顶为0～110/ 015m的泥岩,直接顶 为平均厚316m的粉砂岩,老顶为平均厚13m的中 砂岩,直接底为018～115/ 112m的泥岩,老底为 平均318m的粉砂岩。煤层有自然发火倾向,自然 发火期为3～6个月,煤尘有爆炸危险性,爆炸指 数为38155 ～44129 ;小断层发育,落差015～ 116m的断层有10条,地质条件复杂。 3 工作面设备选型 本套综采设备是为解决国内采高在112～212m 的薄及较薄煤层安全高效开采问题而设计的,该套 设备采用大功率电牵引滚筒采煤机与高强度中双链 刮板输送机,配套自移式液压支架及电液控制系 统,可以实现工作面操作自动化,为薄煤层的安全 高效开采创造了良好的外部条件。设备型号及主要 特点简介如下 支架端头选用ZYG4300/ 13/ 26型液压支 35 薄煤层开采技术研究 架,中间选用ZY4000/ 10/ 23型液压支架,支架采 用两柱掩护式,稳定性好,具有足够的抗扭能力; 支架顶梁为整体顶梁,单侧活动侧护板;控制系统 采用电液控制,能够自动移架。支撑高度最低 113m ,最 高216m ,宽 度 最 宽1159m ,最 窄 1142m ,两支架 中 心 距115m ,初 撑 力2511～ 3359kNP 3115MPa ,工 作 阻 力3159～ 4221kNP 4319MPa ,支 护 强 度0155～ 0160MPa f 012 ,泵站压力3115MPa。 采煤机装机功率556kW ,截割电机功率2 2125kW ,牵引电机功率225kW ,采高112～ 212m ,电压等级1140V ,机身高度960mm ,截深 800mm ,过煤高度不小于298mm ,牵引速度0～7 m/ min ,滚筒直径113m和114m 2种。 输送机选用SGZ800/ 630型中双链刮板输送 机,采用封底式结构,有效地克服了底链回煤阻力 所造成的断链、压死输送机现象的发生;采用整体 铸件结构,无螺栓连接,安装维修较为方便。运量 为1200t/ h ,中部槽内宽800mm ,刮板链采用中双 链形式,电机功率2315kW ,链速1103m/ s。 转载机选用SZZ800/ 200型转载机,运输能 力1500t/ h ,设计长度50m ,装机功率200kW ,中 双链刮板链布置。 工作面带式输送机选用DSJ/ 100/ 2200型 带式输送机 破碎机选用PLM2000型破碎机,破碎能力 2000t/ h ,装 机 功 率160kW ,出 口 块 度150～ 300mm。 乳化液泵选用GRB - 315/ 3115型乳化液泵。 喷雾泵选用WPZ315/ 16型喷雾泵。 4 技术实践 411 顶板管理 1工作面顶板管理。工作面共安装89组液 压支架,对工作面实行全支护法支护,工作面顶板 管理采用全部跨落法,随工作面推进逐渐跨落。 2工作面巷道支护与顶板管理。上下两平巷 均采用锚网梁支护,在工作面回采期间保证两出口 高度不得小于118m。 3端头支护与顶板管理。运输巷超前支护距 离不小于20m ,采用单体液压支柱配合两路一字梁 支护,一字梁规格为DJB1000/ 300Z;轨道巷超前 支护距离不小于30m ,采用单体液压支柱配合三路 一字梁支护,一字梁规格为DJB1000/ 300Z,单体 支柱一律穿鞋以加强支护强度。上下两端头使用密 集支柱加强顶板管理,间距015m。 4初次来压及周期来压的顶板管理。坚持支 护质量监测和来压预测预报工作,视来压强度及时 增大支护强度,工作面支架必须达到初撑力,减少 顶板下沉量,加强两平巷的超前维护工作和超前顶 板管理工作,防止端头冒顶,确保两平巷出口高度 不小于118m ,对失效的单体液压支柱及时更换, 确保安全生产。 5工作面回采结束前的注意事项。为便于工 作面撤除,距工作面停采线15m在支架顶部铺设 双网加钢丝绳。 412 回采工艺 1工序割煤 → 移架 → 推刮板输送机。 2工艺说明双向割煤,往返一次割两刀, 端头采用斜切割三角煤进刀。 5 工作面回采过程中遇到的问题和处理方法 1初次来压时的支护。工作面所有的液压支 架均达到额定初撑力,并派专人二次注液,两平巷 加大支护密度,运输巷加一路一字铰接顶梁,轨道 巷加长超前支护距离,由30m改为50m ,两端头 密集支柱由原来的一排改为双排,两端头跨输送机 位置采用花边工字钢支护。 2严格控制工作面采高,当煤层厚度小时, 采取割煤层底板岩石的方式保证采高,防止支架因 工作面采高过小被压死;由于伪顶为泥岩,及时拉 超前支架,防止了顶板冒顶。 6 总体评价 1设备性能可靠,可以作为矿井一种主要的 生产设备配套和生产工艺,同时又为同类条件下的 煤层开采提供了经验。 2实现了高产高效。工作面机械化程度高, 推进速度快,最高推进度240m/月,加快了3下煤 的解放速度,最高日产4880t/ d。 3由于工作面采用液压支架支护,采煤机割 煤和装煤,既保证了安全生产,又减轻了工人的劳 动强度。 责任编辑 熊志军 45 中国煤炭第34卷第3期2008年3月