观音山煤矿大倾角煤层综采可行性研究①.pdf

观音山煤矿大倾角煤层综采可行性研究 ① 刘宏伟 1② 石建军 2 1 1威信云投粤电煤炭有限公司,云南 昭通 657900; 21华北科技学院安全工程学院,北京 东燕郊 065201 摘 要基于观音山矿现场条件,全面分析了国内外大倾角综合机械化开采的实践。并从煤层倾角,顶底板 条件,矿井生产潜力几个方面详细分析了观音山煤矿实现综合机械化开采的可能性,得出适用于综采的结 论。对煤矿高产高效及矿井具体设计具有借鉴意义。 关键词综采;可行性;大倾角;突出;瓦斯抽放 中图分类号 TD823121 2 文献标识码 A 文章编号 1672 - 7169 2009 01 - 0013 - 03 云南省威信县新庄煤矿区观音山井田年设计 能力240万吨,主要可采煤层为C1、C5煤层。煤 层倾角一般 23,最大可达42,平均煤厚分别 为1116m、2196m,属缓及倾斜中厚煤层。煤层直 接顶板一般为深灰色泥岩,局部为泥质灰岩;直接 底板为浅灰色泥岩、 砂质泥岩。针对C5煤层大倾 角,顶底板较软的实际条件,研究能否实现综合机 械化开采对于建设高产高效矿井具有重要的实践 意义。 1 大倾角煤层综合机械化采煤法的发展 我国对大倾角煤层开采的研究内容从开采工 艺到开采设备及开采灾害等各个方面。湖南资兴 宇字矿采用MLQ280型采煤机, SG W240T型可弯 曲刮板输送机, HZ WA22300型摩擦金属支柱,配 合防滑绞车,成功开采了35 ～50 的煤层;开滦 唐山矿采用DY2150型采煤机,辅以YAJ213液压 防滑绞车, SG W2160型可弯曲刮板输送机开采了 倾角为15 ～45的煤层;新疆艾维尔沟煤矿在坚 硬板,软煤,软底条件下,使用ZZX4000 /17/35液 压支架,进行了大倾角煤层开采工业性试验倾 角为25 ～35 ; 四川华蓥山绿水洞煤矿采用单 体液压支柱DY2100型采煤机,辅以防滑绞车,开 采了倾角为35 左右的煤层。使用ZYQ1800214 / 32轻型液压支架,MLS3PH2170采煤机, SGD2630 / 180输送机和液压防滑绞车顺利地开采了倾角 25 ～41的煤层;沈阳局红菱矿与煤炭科学研究 总院北京开采所共同承担了国家“ 七五 ” 大倾角 煤层开采成套设备研制的攻关项目,研制了 ZYS9600/14 /32型大倾角组合式液压支架和 ZYJ /14 /32G型大倾角液压支架,配合MG2002QW 型大倾角采煤机,大倾角工作面输送机,在倾角 35 ～55的煤层中进行了工业性试验,填补了国 内空白。 2 地质概况 211 井田构造 井田位于洛旺 ～ 新庄向斜的西段南翼,为一 单斜构造。地层走向近东西,倾向340 ～350, 倾角23 ～42,有由西向东、 由南向北,逐渐变缓 的明显趋势。井田内无其它次级褶曲,与区域构 造规律一致,断裂构造不发育。 212 可采煤层 井田可采煤层为C1、C5两层,其层间距31～ 48m,平均38m,其中C5为全区可采煤层,其具体 情况如下 C5煤层位于龙潭组顶部,煤层有分叉合并现 象,一般分叉为上、 下两层,局部达三层;以上分层 C 5a厚度较大、 层位最稳定,下分层 C 5b变化大, 层位极不稳定,常尖灭或变薄不可采。据控制点揭 露,C5a独立煤层全厚1100～11151m,平均2196m。 资源量采用厚1～9193m,平均2183m,煤层全区可 31 第6卷 第1期 华北科技学院学报 2009年1月 ① ② 收稿日期 2008212203 作者简介刘宏伟1975 - ,男,辽宁人,大学毕业,威信云投粤电煤炭有限公司生产准备部部长 采。含夹矸0～4层,一般1～3层,单层厚0103～ 0165m,岩性为高岭石泥岩或灰色泥岩,高岭石夹 矸常存在于煤层中上部,一般有上、 下两层,上层为 棕色隐晶质高岭石泥岩,下层为棕色细晶质高岭石 泥岩,其厚度较薄,一般仅数厘米。 煤层直接顶一般为深灰色泥岩,局部为泥质 灰岩,厚度0109～416 m,一般015～115 m;直接 底板为浅灰色泥岩、 砂质泥岩,厚015～2187 m, 一般1～2 m。老顶为灰色粉砂质泥岩。 3 大倾角综采的可行性分析 综采技术现已发展比较成熟,适合综采的煤 层都可以实现高产高效,并且在采取合理的安全 措施后,基本可以实现安全生产。虽然大倾角综 采技术没有近水平或缓倾斜煤层综采技术发展完 善,但也有了不少的成功经验。因此,结合当前大 倾角综采技术发展水平和矿井现在所具备的条 件,现从几个方面阐述C5煤层采用综合机械化采 煤法的可行性。 311 从煤层条件来分析 从煤层厚度来看, C5煤层厚118～7 m,平均 2196 m,采煤机割煤高度比较容易与此煤层厚度 匹配,如天地科技股份有限公司上海分院生产的 MG2125 /5502WD型采煤机,采煤高度为113～ 315 m,适应倾角可达42 。如绿水洞煤矿用MG2 375QW型采煤机开采煤层厚度为113 m～3 m,倾 角25 ～36取得了成功。 从煤层倾角来看,煤层角度23 ～42,倾角 较大,但根据国内大倾角综合机械化采煤法的技 术水平也是可行的。若综采工作面 “ 三机 ” 能比 较适合大倾角煤层开采,那么开采大倾角煤层在 技术上是可行的。电牵引采煤机是我国目前采煤 机的发展方向,因它有故障监测和事故率低的优 点,而且有较大的牵引力,可以开采倾角为45 ～ 55的煤层;交流电牵引采煤机一般电牵引力在 450～600 kN,最大可达1000KN,如MG200 /5002 WD采煤机和MG250 /6002WD采煤机适应最大煤 层角度为45 。ZYJ3200/14 /32型液压支架适用 于大倾角煤层开采的。刮板输送机在一定间隔距 离内用油缸 2 锚链将溜槽与支架锚固起来,采用封 底溜槽、 自动制动器防止刮板链下滑等措施后,能 很好的适合大倾角煤层的开采要求。因此,目前 有适用开采煤层角度为23 ～42的“ 三机 ” 。 因此, C5煤层采用综合机械化采煤法是可 行的。 312 从煤层顶底板条件分析 从煤层顶底板条件来看, C5煤层直接顶为泥 岩,属 Ⅰ 类顶板,易垮落,直接顶能随采随冒,能及 时充填采空区,有利于顶板管理;基本顶为 Ⅱ 类, 易垮落,不会形成大面积悬顶,对支架不会有强烈 的瞬时冲击。因此, C5煤层的顶板条件适应采用 综采。 313 从矿井的生产潜力来分析 设计生产能力为240万t/a,倾角较大,如前 所述我国在大倾角煤层开采已经有很多成功经验 可以借鉴,所以采取可靠的防倒防滑措施后可实 现安全开采。 从安全生产角度来看, C5煤层为突出煤层, 已经采取了先进的地面瓦斯抽放技术。生产中采 取掘前预抽等措施,可以有效防止突出,这方面已 有很多成功的经验可以借鉴。 因此采取上述措施之后,加上科学的生产管 理实现高产高效是完全可以保证的。 314 类似条件矿井开采对比 根据C5煤层的条件,与国内其它大倾角综采 矿区相比,具体条件如表1所示。从表1可看出, 以煤层的厚度、 倾角及顶板条件,观音山煤矿C5 煤层开采条件和绿水洞煤矿、 张集煤矿922煤层、 火铺煤矿3号煤层较相似,采取抽放瓦斯防突措 施后可实现安全开采。与观音山矿相似的三个矿 在采用走向长壁机械化采煤法后都取得了不错的 成绩,火铺矿月产达712万t,而且很好的控制了 刮板输送机的上窜、 下滑,支架的倒架、 咬架和采 煤机防滑。 41 第6卷 第1期 华北科技学院学报 2009年1月 表1 观音山矿与类似矿井地质条件对比 项 目 矿、 煤层 观音山煤矿C5煤层绿水洞煤矿张集煤矿922煤层火铺矿3号煤层 煤层倾角/23 ～4228 ～5524 ～4128 ～36 煤层厚度/m118～73210～314214 顶底板岩性 煤层直接顶板一般为泥岩,局 部为泥 质灰 岩,厚 度0109～ 416m,一般015～115 m;直接 底板为泥岩、 砂质泥岩,厚015 ～2187m,一般1～2m。 直接顶为泥岩,Ⅱ 类 2级顶板,底板比较 松软 煤层直接顶为粉砂岩,厚度 0～310 m,基本顶为中细砂 岩,厚度4175m～11145m,直 接底为粉砂岩 直接顶为浅灰色粉 砂岩,厚112 m,基本 顶为灰色粉砂岩,厚 812m,直接底为砂质 泥岩。 瓦斯情况突出煤层低瓦斯高瓦斯 自然发火期4～6个月3～6个月3个月 从以上分析可以得出C5煤层实现综合机械 化回采是可行的。 4 结论 根据国内外大倾角中厚煤层综采发展现状, 按目前的设备条件,倾斜长壁采煤法主要适用于 倾角在12 以下的煤层,当工作面设备采取有效 的技术措施后,可应于12 ～17 的煤层,当倾角 在20左右时,不适用倾斜长壁采煤法。C5煤层 倾角为23 ～42,不宜采用倾斜长壁采煤法,因 此,本矿C5煤层采用走向长壁综合机械化采煤 法。经过分析得出以下结论 1 综合机械化开采是高产高效矿井的发展 方向,条件具备时使用综采可有效提高产量安全 可行。 2 从国内大倾角开采实践经验来看,已经有 很多地质条件与绿水洞煤矿相似的矿井成功使用 综采。 3 分析了观音山煤矿C5煤层地质条件、 顶 底板情况,生产潜力等,认为C5煤层使用走向长 壁综合机械化开采完全可行。 参考文献 [1] 伍永平,员东风,等.绿水洞煤矿大倾角煤层综 采技术研究与应用[J ].煤炭科学技术, 2001, 294 [2] 周邦远,伍厚荣,等.绿水洞煤矿大倾角煤层综 采开采实践[J ].煤炭科学技术, 2002, 30 9 [3] 王社平.葛泉矿急倾斜煤层综采技术实践[J ]. 煤炭科学技术, 2006, 346 The Feasibility Study of Lean Coal Seam Comprehensive M echan ized in Guan Y in Shan M ine L IU Hongwei 1 , SHI Jianjun 2 1 1Weixin Yunnan Electric CapitalLtd1, Zhaotong Yunnan 657900; 21Safety Engineering College, North China University of Science and Technology, Yanjiao Beijing2East 101601 Abstract The subject base on the condition of Guan Yin Shan Mine1The paper analysis the experienced that the Lean Coal Seam ComprehensiveMechanized and analysis the stability ofLean Coal Seam ComprehensiveMechanized from the angle roof and the latent capacity of labor1The conclusion is that this coalmining can use ComprehensiveMechanized1Thesis has use for refer2 ence mine exploit1 Key words comprehensive mechanized ; feasibility; big angle; outburst; drawing outmethane 51 第1期 刘宏伟等观音山煤矿大倾角煤层综采可行性研究