淮南矿区急倾斜煤层开采技术.pdf

开采与设计 淮南矿区急倾斜煤层开采技术 李俊斌 1, 2 1 1中国矿业大学 矿业工程学院,江苏 徐州221008; 21淮南矿业集团有限责任公司 生产部,安徽 淮南232001 [摘 要] 介绍淮南矿区伪倾斜柔性掩护支架采煤法,并对其基本原理、工艺流程、技术特点、 瓦斯治理措施及应用条件等方面内容进行分析,以及应用该技术成功的典型范例、安全及综合经济效 益对比。该法技术可行、安全可靠、技术经济指标先进,可推广应用。 [关键词] 急倾斜煤层;开采技术;掩护支架 [中图分类号] TD8231213 [文献标识码] B [文章编号] 100626225 2010 0220025202 Technology ofM in ing Steeply Inclined Coal Seam in Hua inan M in ing Area [收稿日期] 2010 - 11 - 25 [作者简介]李俊斌1964 - ,男,安徽无为人,高级工程师,现任安徽省淮南矿业集团有限责任公司生产部副主任工程师。 急倾斜煤层占中国煤炭总储量的4 ,其储量 丰富、分布范围较广。在煤炭资源开采强度的增加 促使急倾斜煤层开采问题备受关注的同时,由于其 开采条件的特殊性,采煤方法选择、巷道合理布 置、安全技术保障等都严重制约着生产的发展与工 作面产能的提高。淮南矿区作为我国开采急倾斜煤 层的大型矿区之一,其50多年的开采实践为同类 煤层的开采积累了宝贵经验。同时也证明,随着采 矿科学技术的发展,实现急倾斜煤层的安全高效开 采是完全有可能的。本文介绍伪倾斜柔性掩护支架 采煤法,目的是使之在我国煤矿有着更广阔的应用 范围,促进此类煤矿的安全生产。 1 伪倾斜柔性掩护支架开采技术 111 基本原理 伪倾斜柔性掩护支架采煤法是利用掩护支架隔 离采空区,支架在其自重和上部垮落的煤矸压力以 及架内点柱的支撑和导向作用下自行移动下放。 112 工艺流程 清理、打眼 →装药、联线 →检查、放炮 →出 煤、调架、支设架内点柱,若采用架后侧向放煤, 则增加架后侧向放煤以及放煤管理。伪倾斜单腿支 撑式柔性 “ 八 ”字形掩护支架架后侧向放煤采煤 法如图1所示。 1 区段运输平巷; 2 区段回风平巷; 3 开切眼; 4 联络平巷; 5 工作面; 6 柔性 “ 八 ”字形掩护支架; 7 单体液压支柱 图1 “ 八 ”字形掩护支架架后侧向放煤采煤法 113 技术特点 伪倾斜柔性掩护支架采煤法针对淮南矿区独特 地质条件,大胆尝试缓倾斜巷道布置,将掩护支架 由煤层真倾斜下放改为沿煤层伪倾斜下放,工作面 由水平沿倾斜向下推进改为伪倾斜沿走向推进,倾 角一般25～30,煤炭能沿着伪倾斜回采工作面铺 设的搪瓷溜槽自溜,减轻了复杂的攉煤劳动;将工 作面倾角变缓、工作面较长,从而具有缓倾斜、倾 斜煤层走向长壁采煤法巷道布置和生产系统简单、 掘进率低的一系列优点。这种采煤法利用掩护支架 把工作空间与采空区隔开,简化了顶板处理工作, 为安全生产和3班出煤创造了条件。不但生产安 全,而且支护结构简单,既节约木材,又节约钢 材。缺点是支架结构不够完善、对煤层倾角、煤厚 52 第15卷 第2期总第93期 2010年4月 煤 矿 开 采 Coalmining Technology Vo1115No12 SeriesNo1 93 April 2010 的适应性较差;其次是回采工艺尚不能实现机械 化。 114 安全技术措施 1通风系统稳定可靠,采用超前斜巷布置 方式的掩护支架工作面,各斜巷内必须设置2道高 质量的调节风门。 2必须实施瓦斯抽采,埋管管径不得小于 102mm,采用两路同时埋放。其中,一趟管路埋入 上拐点口内5～10m,另一趟管路埋入架头档墙以 内015m,抽采泵流量必须达到40m 3 /min。 3加大上风巷平地沟段通风断面,采用单 体液压支柱取代木支柱。 4工作面放炮由下而上分段进行,每段长 度不得超过30m;每段炮后,煤出完,支护到位后 方可进行下一段打眼;工作面上拐点及以下10m 内要单独放炮,并要加大炮眼间距,减少装药量。 5工作面两巷及时超前替棚,上隅角充填 严实。 6运输巷刮板机运行不正常,不准放炮。 115 应用条件 掩护支架采煤法适用于煤层倾角在40 以上的 煤层,煤层赋存稳定,构造简单,煤厚为113～ 817m,埋藏稳定,煤厚变化不大的急倾斜煤层。 架后放煤的掩护支架采煤法一般适用于煤层倾 角在60以上,煤层厚度在310～817m,煤层硬度 系数f小于210,煤层赋存稳定,地质条件简单的 非突出煤层。 2 应用效果 211 投资与综合效益分析 1投入比较 按现行价格,架宽210m的 “ 八 ”字型掩护支架,斜长110m各种构件材料投 入见表1所示。 表1 架宽210 m的 “ 八 ”字型掩护支架构件材料 材料名称规格单位数量 价格/元 矿用11号工字钢018～112mm16111749127 U型卡子副2880157 夹板2206014 mm个2857112 钢丝绳32～42mm根4652140 金属网510 m110mm231524106 螺帽18～20mm个5616180 合计费用2580122 以斜长100m为例,由表1可知,则架宽210m 的 “ 八 ”字型掩护支架各种构件投入费用为25180 万元。考虑到支架的损耗以及架头处理瓦斯的材料 消耗,若按支架投入费用的15计算,则总投入 251801115 29167万元。 以斜长100m为例,同类单体液压支柱长壁工 作面按4～6排控制,考虑增加1排切顶支柱,则 需投入柱梁1400套。假设每套柱梁以1000元的价 格计算,需投入资金140万元。考虑到柱梁损耗以 及上隅角处理瓦斯的材料消耗,按柱梁投入费用的 15计算,则总投入1401115 161万元。 相对而言, 2种采煤方法工作面的出煤设备以 及运输系统的刮板输送机需用量大体相同,比较时 不考虑,则掩护支架采煤法比单体液压支柱长壁采 煤法在支护材料费用上减少投入131133万元。 2产出比较 按目前的装备和管理水平, 在同等生产技术条件下, 100m斜长的工作面,架 宽210m的 “ 八 ”字型掩护支架工作面平均月产 22kt左右,而单体液压支柱工作面因回采大倾角难 采煤层,管理复杂、工序多、劳动强度大,平均月 产为20kt左右。掩护支架工作面比单体液压支柱 长壁工作面多出煤2kt,假定煤炭吨煤售价500元, 则掩护支架面比单体液压支柱长壁面每月多创造价 值100万元。 3安全比较 掩护支架采煤法采用掩护支 架把工作空间与采空区隔开,大大地简化了复杂繁 重的顶板处理工作,安全可靠性大大提高。 近年来,淮南矿业集团掩护支架采煤法每年产 煤约800kt,没有发生一起因采煤方法选择不当而 造成的人员伤亡事故。而同类倾斜或急倾斜煤层单 体液压支柱长壁工作面发生3起3人的伤亡事故。 212 应用实例 李嘴孜矿1992年1～9月、1993年1～4月 其中1～2月木点柱、3～4月单体液压支柱分 别采用木柱、单体液压支柱和双进液自移式液压支 柱在- 270mE2 W C13,- 270mE2 EC 13工作面进行了技 术经济效果对比,结果如表2所示。 表2 三种不同点柱的技术经济效果对比 比较项目木点柱单体液压支柱 双进液 自移式支柱 工作面 基本条件 煤厚510m、 倾 角50 、垂 高 58m、 架宽 318m、 走 向 长 215m 煤厚610m、 倾 角48 、垂 高 55m、 架宽 412m、 走 向 长 210m 煤厚610m、 倾 角48 、垂 高 55m、 架宽 412m、 走 向 长 210m 平均月产/t79031125019446 回采工效/ t 工 - 1 215731656197 万吨坑木 消耗/m3 101312114 吨煤材料费/元201312817 安全状况 死亡1人, 重伤1人 轻伤5人- 下转74页 62 总第93期煤 矿 开 采2010年第2期 入活塞腔和活塞杆腔,实现推移千斤顶差动连接; 移架时,左边单交替单向阀打开,高压液体进入活 塞杆腔,活塞腔液体经右边单交替单向阀的另一端 直接回到回油管路。 图3 双交替单向阀式推移系统 2差动组合阀式 差动组合阀推移系统如 图4,由1个液控单向阀和1个单交替单向阀组合 而成。推溜时,高压液体同时打开液控单向阀和单 交替单向阀,活塞腔和活塞杆腔同时进液,实现推 移千斤顶差动连接;移架时,高压液体打开单交替 单向阀进入活塞杆腔,同时使液控单向阀液控口进 液,打开液控单向阀,使活塞腔液体回系统。 图4 差动组合阀式推移系统 2 常用推移方式的分析比较 1框架连接可以使移架力大于推溜力,推 移千斤顶的推拉力能得到有效利用,且推移千斤顶 拆装方便,已经获得广泛应用。 2浮动活塞式推移系统只是在普通推移千 斤顶的基础上将固定活塞改为浮动活塞,控制回路 未作改变。优点是系统简单、成本较低。缺点是活 塞的空行程影响了移架速度。浮动活塞无载运动速 度快,易产生碰撞和冲击,对液压系统元件的使用 寿命影响很大。 3双交替单向阀式推移系统是在控制回路 上作改进,推移千斤顶仍为固定活塞式。利用差动 原理使高压液体同时进入两腔,降低推溜力。优点 是移架时推移千斤顶活塞腔回液不经操纵阀直接回 液,一方面减少回液阻力提高移架速度,另一方面 防止推移千斤顶大量回液引起立柱误升;推溜时千 斤顶活塞杆腔回液经双交替单向阀返回到活塞腔参 加推溜,提高推溜速度。缺点是双交替单向阀结构 复杂、成本较高。 4差动组合阀式推移系统是利用差动原理 使高压液体同时进入两腔,降低推溜力,提高移架 速度。优点是推溜时千斤顶活塞杆腔回液经差动组 合阀返回到活塞腔参加推溜,节省时间,提高了推 溜速度。缺点是差动组合阀结构复杂、成本较高。 3 结束语 通过以上分析,浮动活塞式和差动式推移系统 均可降低推溜力,避免因推溜力过大而损坏输送机 槽帮;同时可提高移架速度,满足了高效生产的需 要。根据生产制造成本和井下现场使用性能综合比 较,双交替单向阀式推移方式能较好满足生产需 要,有较大推广使用价值。 [参考文献] [1]李 琳,吕淑红 1液压支架推移系统的研究[J ]1能源技术 与管理, 2006 21 [责任编辑张银亮] 上接26页 从表2所列的各项指标对比,可以看出,架内 支撑点柱的每一次改进都能显著提高掩护支架工作 面单产、效率与安全。 3 结束语 伪倾斜柔性掩护支架采煤法经过淮南煤矿50 多年来的创新发展,开采技术日趋成熟完善,在淮 南煤矿各种开采技术条件下均有应用,并取得了十 分显著的技术经济效果。尤其是架后侧向放煤掩护 支架开采技术,改工作面单点出煤为多点出煤,最 大限度地提高了煤炭资源采出率,特别是对于地质 构造复杂、断层多以及不稳定煤层具有较高的适应 性,为我国急倾斜煤层的安全开采提供了一条比较 经济、实用、可行的技术途径,具有一定的推广价 值和应用前景。 [责任编辑周景林] 47 总第93期煤 矿 开 采2010年第2期