大倾角厚及中厚煤层综采关键技术.pdf

收稿日期 2008 - 06 - 17 作者简介李俊斌1964 - ,男,安徽无为人,高级工程师、注册安全工程师,中国矿业大学徐州在读硕士研究 生,现任淮南矿业集团生产部副主任工程师。 大倾角厚及中厚煤层综采关键技术 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,安徽 淮南 232001 摘 要通过对国内先进成熟的大倾角煤层综采技术进行总结分析、系统思考,从工作面初 采与末采时的控制、防倒防滑措施以及回采工艺关键技术等方面出发,探索出适合大倾角厚及中 厚煤层综采的生产管理技术,并提出了五点注意事项。 关键词大倾角煤层;综合机械化开采;关键技术 中图分类号TD823121 3 文献标识码 B 文章编号 1671 - 0959 2008 1220051203 大倾角煤层安全高效开采方法一直是采矿界公认的高 难度世界性技术难题,而我国在大倾角煤层开采研究领域, 特别是大倾角煤层综采位居国际领先水平。大倾角煤层综 采经过二十多年的持续创新发展与实践总结提升,产生了 许多行之有效的技术措施和管理规定,逐步形成了一整套 较为完善的安全高效现代采煤技术。本文着重介绍大倾角 厚及中厚煤层综采相关技术,以促进煤矿安全高效生产。 1 工作面初采、末采时的控制 111 工作面初采时的控制 工作面初采时可能会出现倒架、咬架以及刮板输送机 上窜下滑事故,具体防范措施如下 1 工作面开切眼布置尽可能远离地质构造带,控制切 眼高度以小于液压支架最大支撑高度015～110m为宜。 2 设定两巷超前距离,调整好采向。 3 工作面在采空区未冒落充填之前,液压支架可根据 需要铺设单双层金属网。 4 提高操作人员的水平和责任心,支架工拉架时要做 到及时移架和带压移架,采煤机司机割煤时要做到控制采 高和行走速度,顶板及底板要割平。 5 加强液压系统的检修和维护,保证系统供液压力达 到规定值。 6 加强机电设备检修、维护,保证正常运转,以加快 工作面的推进速度。 112 工作面末采时的控制 工作面末采时可能会因工作面收作位置选择或采向及 采层控制不当,造成工作面煤壁片帮掉顶以及设备拆除困 难,防范措施有 1 根据开采煤层以及围岩组合结构,合理确定收作时 的采位,原则上跟底收作。 2 综采工作面停采位置一定要避开工作面周期来压和 地质构造异常区。 3 工作面结束前,若煤壁与设计停采线不平,需要调 整并调正工作面。 4 严格控制采高。综采工作面收作时,一般将采高控 制在212～216m。 5 必须提前维护好工作面,收作时工作面煤壁不得出 现空帮漏顶。 6 加强对工作面设备维修,确保收作时设备工况良好。 2 工作面设备的防倒防滑措施 211 端头支架的防倒防滑措施 21111 倾倒或下滑原因 1 端头支架靠近运输顺槽,此处是大型设备汇交的地 方,设备占据的空间大,浮煤矸厚,工作条件恶劣。第 一架位于工作面支护和巷道支护的交叉地带,没有约束自 由度大。 2 工作面端头处的围岩在多种压力作用下,矿压显现 复杂且又是工作面出煤的咽喉部位。加之煤层倾角大,端 头支架重量大,顶板难以控制。 21112 防范措施 1 工作面下端头前三架作为基本支架防倒防滑的稳固 点,是生产控制的关键。 2 第一架与第四架间设置1个防倒千斤顶,用圆环链 条连接千斤顶斜拉,一端连在上方第四架支架的底座的抬 底装置上,一端连在第一架支架顶梁上。 3 机头前三架支架采用正确的移置方法,先移端头第 二架,移架时用好防倒防滑设施上拉下顶保证支架不倒不 滑,接顶良好;然后移第一架,先操作与第四架相连的防 倒千斤顶和防滑千斤顶,以及与第三架相连的防滑装置、 带压擦顶移架,最后采用与移第二架相同的方法移第三架。 15 2008年第12期 煤 炭 工 程 生产经验 4 加强工作面第一架位置监控,由技术员负责观测机 头第一架中心线距运输巷中心线距离。掌握工作面支架的 移动趋势。 5 控制下端头第一架,保证支架垂直煤壁。支架下方 沿走向支设π型钢梁,使支架沿π型钢梁移动。 6 处理好架间关系,第一架与推移杆连接头和支架与 煤壁的垂直关系。让推移杆上仰2～3,保证支架间隙不小 于50mm,以便及时调架。 7 只进下端头,斜茬选在机头上方30～40m处。调斜 后将工作面刮板运输机找直,每调1刀,机头可上窜150～ 300mm。 8 利用刮板运输机防滑千斤顶将刮板运输机向上强行 牵引。推刮板运输机时不松防滑千斤顶。此时每进1刀, 可使刮板运输机上移80～120mm。 212 基本支架的防倒防滑措施 21211 倾倒或下滑原因 1 由于顶板向采空区方向移动,以及拉架力的作用, 尤其是带压移架或顶板不平时,易使支架后倾或损坏。 2 当支架重力沿煤层倾斜方向的分力大于支架底座和 底板间的摩擦力,便产生侧向移动,当支架重力的作用线 超出底座宽度的边缘时,便会产生侧向倾倒。 3 支架顶底的受力合力偏心及支架前后端下滑的不同 以及垮落矸石沿底板的下冲作用,也会使支架倾倒或下滑。 4 支架推移机构与刮板运输机不垂直,下滑后带动支 架下滑。 5 架间隙不合理和不及时调架,都能引起支架下滑。 21212 防范措施 1 工作面要调成伪斜,使支架垂直煤壁。 2 保持工作面 “ 三直两平 ”,支架侧护板每3架留有 间隙,移架必须注意调整。 3 每架支架的底座设一调架梁,调架梁前后端各有一 千斤顶,支架不正时上下移动底座前端或后端。 4 每次移架,支架工必须先看支架与刮板运输机是否 垂直,利用侧护和底调及时调整支架位置。 5 工作面起伏变化大时易形成台阶引起支架倾倒,及 时利用支架底调、侧护千斤顶,调整轻微咬架倒架,保证 支架支护状态良好。 6 严禁超高采煤,支架无法正常接顶时,工作面每 10架设有1个防倒千斤顶,用圆环链连千斤顶斜拉,一端 连在上方支架底座上,一端连在下方支架顶梁上。 7 采用间隔移架,增加支架对煤层顶底板的摩擦力。 8 自始至终地由下向上移架和推移刮板运输机。 9 采取措施,保持端头支架的稳定性。 10 跟机拉架,边拉边调,避免分段移架。 213 刮板运输机防滑措施 21311 上窜下滑原因 1 受地质因素的影响,工作面两巷走向随煤层走向的 变化而变化,在生产过程中,若调斜不当或调斜不及时, 就会导致刮板运输机上窜下滑。 2 支架状态不正,致使支架的推移杆与刮板运输机不 垂直。 3 底板割不平,造成刮板运输机推移进度有时不一 致,带来煤壁不直,长时间积累,会形成刮板运输机下滑。 4 煤层底板对金属有摩擦系数,由于淋水和洒灭尘 水,使摩擦系数降低,当煤层倾角大于15时,由于刮板运 输机自重和采煤机上行割煤时产生的下滑力以及运煤和支 架推移等作用,工作面刮板运输机极易下滑。 21312 防范措施 1 采用伪斜推进,保证运输巷超前。 2 工作面采用单向下行割煤,单向上行移溜方式,防 止刮板运输机下滑,当下滑严重时,注意刮板运输机的推 移顺序,采用双向割煤,由下至上或分段由下至上推移刮 板运输机。 3 采取封底措施,防止煤矸进入刮板运输机底槽。 4 刮板运输机底板加防滑钢筋棱条。 5 机头机尾锚固,在推移刮板运输机时不同时松开。 6 机头安装一个防滑千斤顶,工作面每隔20架安装 一个防滑千斤顶。防滑千斤顶上端安在支架底座千斤顶的 锚固连接头上,通过连接装置与千斤顶实现钢性联接。另 一端通过圆环和刮板运输机溜槽耳鼻联接。 7 在机头处布置2～3根斜戗柱,强行控制刮板运输 机下滑。 8 工作面下端头5～7m范围割煤时适当留底煤,使相 应工作面倾角变缓,成为防滑平台阻止刮板运输机下滑, 并保证刮板运输机机头与转载机的合理搭接高度。 214 采煤机组防滑措施 21411 下滑原因 1 当煤层倾角较大时,采煤机因自重而下滑。 2 当出现大块煤矸或物料在运输机刮板链的带动下, 推动采煤机的下滑。 21412 防范措施 1 加强机组的检修维护,保证机组工作防滑和事故防 滑功能的灵敏可靠。 2 机组司机严格控制机组行走速度,停机时将机组上 下滚筒放置在底板并吃刀。 3 机组上行装煤时,及时跟机移溜,机组与移溜间距 不超过15m。 4 机组抱闸要时常保持完好,并进行周检。 5 倾角大于45 时,使机组负力矩制动,可有效地控 制机组下滑。 3 回采工艺关键技术 311 片帮冒顶治理 受上覆岩层运动的影响,工作面出现周期性的煤壁片 25 生产经验 煤 炭 工 程 2008年第12期 帮冒顶现象,给工作面正常生产带来了严重影响。在实际 生产过程中,通过采取煤壁化学聚合加固、锚固、改变采 煤工艺等,较好地处理了煤壁片帮冒顶现象,保证了工作 面正常回采。 31111 化学聚合加固 马丽散是一种由树脂和催化剂两种成份组成的注射产 品,该产品中的树脂和催化剂以1 1的容积比混合发生快 速反应生成低度泡沫,并膨胀到原体积的2倍左右。通过 一台专用注浆泵和一支混合枪注入煤壁,低粘度混合物以 液体状态 透入煤壁细小裂缝,经膨胀粘合,可有效地加 固和密封处理顶板破碎和煤壁裂隙。马丽散固化后可以很 快达到其机械性能。具高粘合性、高抗压强度、塑性和韧 性,注射后提高煤岩体的整体强度,快速满足使用需要。 注马丽散的施工工艺打注浆孔眼连接封口器与注 浆管埋设注浆管用高压胶管连接注射枪和注浆泵将 两根吸管分别插入装有马丽散树脂和催化剂的桶内开泵 注浆冲洗机具停泵拆卸注射枪。 具体施工参数及要求根据情况在作业规程和措施中合 理确定。 31112 煤壁锚固 对于片帮冒顶严重的区域,可以从冒顶区两边施工探 钎及木竹锚杆进行煤壁加固。探钎眼孔口距离顶板012 ～013m,眼深415m,眼距015m,仰角不大于10 。将 412m长1寸钢管插入钻孔,然后用支架伸缩梁托起钢管外 露部分。利用钢管托起冒顶的矸石并加固前方顶煤。在探 钎眼下部进行木竹锚杆加固,锚杆规格为 Φ18mm 2000mm,锚杆间排距为750mm500mm,距顶板500mm。 特别严重的大面积片帮或掉顶,编制专项安全技术措施, 使正规棚支护。 31113 改变采煤工艺 工作面回采至片帮冒顶区时,采用小循环进尺,缩小 控顶时间,将采煤机滚筒降至底板,沿底板割煤,循环进 尺012～013m,跟机推溜、移架及时支护顶板。 312 防止飞矸炭及煤壁片帮伤人 31211 防止飞矸炭伤人 1 移架过程中坚持带压擦顶移架,控制顶板离层。 2 坚持每刀调整支架,保持良好支护状态。 3 作业过程中及时护紧护帮板,控制片帮。 4 每隔5～7架设可移动柔性帘挡矸。 5 检修煤机、链板机时,其上方支架不允许动作,并 用金属网作挡墙将作业人员与煤壁隔开。 6 加强职工自我保安教育,尤其是工作面过断层和构 造时。 31212 防止煤壁片帮伤人 1 泵站压力保证不低于30MPa,安装初撑力保持阀, 确保支架初撑力。 2 液压支架前端设可伸缩防护板隔开煤壁。 3 加大液压支架护帮板的宽度以及刮板输送机挡煤板 的高度。 4 增设防护网,有条件的可增加柔性挡矸帘。 5 割煤过程中,降低采高,控制煤机牵引速度,减少 大块煤的产生。 6 煤机司机使用长柄工具操作煤机。 7 煤机下方机道内严禁有人,所有人员在支架架档间 操作。 8 取消梁端距,使支架能紧贴煤壁。 313 工作面圆弧段挑顶提底控制 为解决大倾角综采工作面下端头支护的技术难题,工作 面下部采用了 “ 圆弧段 水平 ”渐变布置方式,但导致采煤 机在圆弧段必须增大自行卧底量、减小挑顶量,当累计曲率 增量大于刮板输送机和支架允许曲率时,将导致支架顶梁挤 压和刮板输送机悬空。为此,首先合理确定每一具体的工作 面圆弧段的主要技术参数值,然后再对圆弧段提底挑顶量进 行科学计算。其次要专门对圆弧段的尺寸进行研究,以指导 工作面 “ 三机 ”设备的配套工作。第三是现场操作,对采煤 机在圆弧段运行时的提底挑顶量进行监测监控并取得经验 值,保持圆弧段曲率,保证工作面顺利推进。 4 注意事项 大倾角煤层综采的主要课题是防止支架的倒滑及刮板 运输机的下滑,二者是相互联系和相互制约的,支架的下 滑带动刮板运输机的下滑,刮板运输机的下滑促使支架的 下滑,因此,要尽量控制两者的相对移动,当架形不正时 要及时调整。除此以外,还应注意如下事项 1 合理掌握工作面开采的伪倾角,开采过程中要根据 实际情况予以调整。 2 液压支架的上、下侧护板要加液压锁,增加支架的 支护强度。 3 煤层倾角大于25 时,应在工作面下端选用3～5架 排头支架,排头支架上有完备的防倒防滑装置;煤层倾角 大于35时,在支架上应有保护人行道安全的挡煤矸装置, 人行道上应有人梯和扶手。 4 设计制造采煤机时,应设计添加提底挑顶量程控显 示功能装置,以保持圆弧段在正常回采过程中的正常曲率。 5 对于周期来压明显、煤层节理发育的工作面,不适 宜采用重型液压支架开采。 参考文献 [1] 李方立.大倾角坚硬顶板较薄厚煤层综放面初采常见事故及 防范措施[J ].煤矿开采, 2005,5 65～66. 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