唐山矿大倾角综采工作面开采关键技术.pdf

第37卷第4期 煤 炭 科 学 技 术 Vol137 No14 2009年4月Coal Science and TechnologyApr . 2009 唐山矿大倾角综采工作面开采关键技术 李春平 1 ,邹云辉 2 1. 开滦集团有限责任公司 唐山矿业公司,河北 唐山 063000; 2.江西省煤炭工业科学研究所,江西 南昌 330029 摘 要基于唐山矿现开采的煤层赋存地质条件复杂,且多为边角残留煤且倾角较大。为了充分开 采这些残留煤层,提高资源回收率,延长矿井服务年限,以唐山矿2783回采工作面为例,从工作 面布置、回采工艺、设备防滑及顶板管理方法等方面进行试验研究。结果表明该矿在大倾角煤层 开采这些煤层过程中,工作面布置方式以下山开采为宜、回采工艺采用综合机械化采煤,同时对采 煤机、工作面刮板输送机、液压支架采取合理的防滑措施,并铺网作人工顶板的方法控制顶板,可 确保证工作面的安全开采。 关键词大倾角;防滑;伪斜布置;双巷布置 中图分类号TD8231212 文献标志码 A 文章编号 0253 - 2336 2009 04 - 0010 - 03 M in ing Key Technology of FullyM echanized LongwallM in ing Face in Deep Inclined Seam of Tangshan M ine L IChun2ping 1 , ZOU Yun2hui 2 1.Tangshan CoalM ining B ranch, Kailuan Group Corporation Ltd. , Tangshan 063000, China; 2.Jiangxi Provincial Coal Science and Research Institute, Nanchang 330029, China Abstract Due to the mining seamswith complicated geological conditions in Tangshan Mine, the most of the seams were the boundary coalwith high inclined angles .In order to fullymine those left seams, i mprove the coal resources recovery rate and prolong the mine serv2 ice years, taking 2783 coalmining face in TangshanMine as the example, a research on the mining face layout, mining technology, anti sliding and roof control was conducted. The results showed that in the deep inclined seam mining in the mine, the down dip min2 ingwould be suitable for the mining face layoutmode and the mining technologywould be the fullymechanized coalmining . Anti sliding measuresweremade for the coal shearer, face conveyor and hydraulic powered supports . The steelmesheswere paved as the artificial roof to control the roof and to ensure the safety production of the coalmining face. Key words deep inclined angle; anti sliding; false dip layout; double gateway layout 唐山矿作为百年老矿,其煤层赋存条件复杂, 地质构造多,遗留煤层多为边角残煤和倾角较大、 断层较多,地质条件比较复杂的煤层。为了充分开 采煤炭资源,提高资源回收率,延长矿井服务年 限,该矿对大倾角煤层将进行开采,为提高大倾角 煤层采出率,减少回采工作程中存在的问题,回采 过程中,积极寻找大倾角煤层机械化开采的新路。 以唐山矿2783工作面回采为例,从工作面布置、 回采工艺、设备防滑及铺网作人工顶板方法控制顶 板等方面进行探讨。 1 工作面概况 唐山矿2783工作面位于13水平北翼,北部无 采掘工程,南为2781采空区,东至风井保护煤柱, 西部无采掘工程。煤层平均倾角25,煤层平均厚 度312 m,煤层厚度和产状变化较大,在运输巷一 侧,向西地层产状有变大的趋势,煤厚也有所增 加,工作面可采走向长度312 m,工作面倾斜长度 87 m。 基本顶为灰褐色砂质泥岩,厚12176 m,主要 成分泥质,近煤处含植物根化石,呈微波水平层 理,单向抗压强度144 MPa,单向抗拉强度7127 MPa;直接顶为灰白色粉砂岩,厚1164 m,主要成 分石英及岩石碎屑,泥质胶结,松散,单向抗压强 度127MPa,单向抗拉强度7105MPa;直接底为深 灰色泥岩,厚113 m,泥质成分,含大量植物根化 石,单向抗压强度1917 MPa,单向抗拉强度1158 MPa;基本底为灰色细砂岩,厚212 m,斜交层理, 01 李春平等唐山矿大倾角综采工作面开采关键技术2009年第4期 以石英为主,单向抗压强度8014 MPa,单向抗拉 强度5125 MPa。 直接顶为2类,来压明显;老顶为 Ⅱ 级,属中 等到稳定顶板,顶板垮落距直接顶初次垮落步距平 均17 m;基本顶初次来压步距平均23 m。支承压 力总的影响范围为工作面前方080 m;压力稳定 区为大于80 m;压力缓升区为6080 m;压力升 高区为3060 m;压力急增区为1530 m。根据 这些情况顶板管理方法为全部垮落法。 2 支护形式 工作面支护选用G320 - 13/32型支架作为基 本支架,安装70组,上下端头选用G320 - 13 /32 型带伸缩梁掩护支架4组上下端头各安装2 组 , 共安装74组,如图1所示。 图1 工作面布置示意 工作面上下出口超前3～5 m支护采用十字梁、 112 m板梁配合单体液压支柱支护,代替原拱形支 架,布置形式为 “ -”每个十字梁及112 m 铰接顶梁下方打一根单体柱,十字梁与铰接顶梁上 方铺金属网或用木料背实,两端打好帮柱,两帮顶 空处可加挂016 m板梁配合单体液压支柱支护,并 用木料背实,帮柱抵角控制在80～85 。工作面刮 板输送机机头、机尾上方均采用313 m的 π型钢 梁配合单体柱进行支护,至少保持一对 π型钢梁 支护,一梁三柱,支柱排距不大于112 m,柱距不 大于015 m。工作面上、下出口加强超前支护,距 煤壁10 m范围内拱形支架下打双排加固柱, 10 20 m内打好单排加固柱。 3 工作面回采工艺 回采工作面主要设备如下G320 - 13/32液压 支架、MXG - 375采煤机、SGZ - 730 /320刮板输 送机均在工作面上使用;SZQ - 40转载机、SG W - 40T刮板输送机在运输巷上使用; MRB - 125 /3115 乳化液泵;工作面运输巷JD - 150巷式输送机。依 据工作面选用的采煤机、支架的技术特性,确定机 采高度为219011 m,根据煤层厚度和地质情况 可适当调整采高,采用端头斜切进刀方式,推进度 为015 m。该工作面采用走向长壁综合机械化采煤 法,采用多循环作业,循环进度015 m,作业形式 为两采一准,其操作程序为割煤 → 移刮板输送机 → 移架 → 铺网。在回采过程中按下列方法进行操作 1 割煤。工作面割煤要沿煤顶板回采,工作 面要割平,煤层较厚地点可适当丢底煤,煤层较薄 地点见底时,也可适当破底板;采煤机割煤要割尽 顶煤,正常情况下不得留伞檐,在工作面移超前支 架地点要尽可能上扬滚筒以减小伞檐宽度,伞檐最 大宽度不得超过200 mm;工作面遇有变化时,顶 煤破碎及片帮地点采煤机要放慢速度,以移架工序 为主,适当降低采高,控制好顶板;采煤机滚筒上 的截齿要保持锐利齐全,丢失及时更换补齐。 2 推移刮板输送机。推移刮板输送机工作应 在采煤机后滚筒之后12 m进行,推移刮板输送机 时要保持弯曲长度不小于15 m,并不得出现急弯; 推移刮板输送机要单向顺序进行,不得由两侧向中 间移;推移刮板输送机步距015 m,推移完毕及时 将操作把手 “ 回零 ” 。 3 移支撑液压支架。支撑液压支架采取追机 方式,一般滞后采煤机后滚筒3～5 m移架,并将 支架移成一直线;移架过程中要对支架进行调整, 确保移架后支架支撑有劲,不挤架咬架,与输送机 保持垂直;支架各部位保持完好,动作灵敏可靠; 架间胶管电缆吊挂整齐,架间架前浮煤清理干净, 无器材杂物堆积。 4 铺网。工作面由切眼开始沿倾向铺设单层 金属金属网,网头搭接015 m,联网使用直径116 mm铅丝,双丝单扣,扣距不大于160 mm;金属 网下垂至支架梁端以下不小于118 m;顶板破碎地 点要铺好双层金属网,连网扣距不大于80 mm。 4 回采中关键问题及对策 411 关键问题 根据2783工作面回采现状归纳大倾角开采中 主要问题有以下5点 1 采煤机本身存在防滑问题。由于工作面倾 11 2009年第4期 煤 炭 科 学 技 术 第37卷 角较大,采煤机容易下滑,造成重大事故。 2 工作面输送机防滑问题。由于工作面倾角 较大,输送机易下滑,容易造成牵动支架下滑,输 送机机头和转载机不能正常搭接,给工作面回采造 成较大困难。 3 支架防倒和防滑问题。由于工作面煤层倾 角较大,支架容易产生下滑不稳,移架时会出现咬 架、挤架及支架前倾后仰现象,对工作面回采工作 极为不利。 4 工作面冒顶问题。由于工作面倾角较大, 并处于高应力集中区域,工作面顶板破碎容易发生 冒顶,并且使人工处理冒顶事故时非常困难,顶板 管理成为安全生产的关键问题。 5 人员在工作面行走困难问题。由于工作面 煤层倾角较大且为沿底回采,底部光滑,人员行走 时容易滑倒伤人。 412 主要对策及措施 1 选择合理的回采工艺。①割煤由于工作 面倾角较大,为防止支架和输送机下滑,采煤机采 取单向割煤方法,即采煤机下行割煤,上行跑空 刀,以及移架移输送机。采取这种割煤方式,保证 输送机由下往上推移,克服了输送机的下滑。② 移架移架采用由下向上单向移架的方式,防止支 架下滑,且在工作面25以上地段下坡点附近每20 组安装一套防倒防滑装置,移架时使用好防倒防滑 装置,及时调整支架角度,保持支架顶梁与顶板平 行。③伪斜开采选择合适的伪斜角度是防止工 作面设备下滑的有效措施之一,该工作面平均倾角 30,以伪斜6进行推采和其他措施相配合,取得 很好的效果。④双巷布置据地质材料提供的参 数可以看出2783工作面倾角大的范围较大,回采 时吸取2781工作面回采时的经验,在2783工作面 回采过程中,采取了双巷布置,将上山开采变为下 山开采,为工作面开采提高了安全系数。巷道布置 方式如图2所示。 2 采煤机防滑考虑到采煤机设计爬坡角度比 工作面实际倾角小,因此采煤机停止运行时,采煤 机防滑除了利用采煤机本身液压闸外,还在采煤机 下方加设防滑千斤顶,在行走后部配备防滑销。 刮板输送机防滑采用每10节刮板安设一个防 滑千斤顶,刮板输送机机头单体液压支柱采用打戗 柱的方法进行防滑。 图2 2783工作面示意 由于工作面坡度大,液压支架必将发生下滑从 而发生倒架、咬架现象。为防止发生倒架、咬架现 象,移架时采取由下向上的方法进行移架,并在每 5组架子安装防滑千斤顶,并在每组支架上侧安装 侧护板,随时调整支架位置,使支架与工作面保证 垂直。移架采取分段移架方式,及时调整支架方 向,防止支架下滑,工作面移架时只许一段操作。 3 回采过程中的顶板管理措施。针对工作面 倾角大,断层多,顶板破碎等客观条件,采取铺网 做人工顶板的方法控制顶板,工作面由切眼开始沿 倾向铺设单层金属网,网头搭接015 m,联网使用 直径116 mm铅丝,双丝单扣,扣距不大于160 mm;金属网下垂至支架梁端以下不小于118 m; 顶板破碎地点要铺好双层金属网,连网扣距不大于 80 mm,对破碎严重地点采用双层金属网进行控制 顶板。 下行割煤采煤机过后,及时移输送机,及时支 护。采用提前做好两隅角控制顶板,保证工作面隅 角不抽冒,缩短工作面做端头的时间,提高开机 率,保证工作面正常安全生产。为保证工作面顶板 稳定可采用液压支架要及时支护顶板,顶煤破碎地 点要带压移架,防止顶板抽冒;工作面煤壁片帮地 点将支架前探梁伸出控制帮顶,如果片帮位置较远 超过前支架前探支护范围外,可据现场情况采取超 前移架或打贴帮柱方法处理。 如果片帮面积较小时,先用单体支柱配合木板 沿煤壁打一排背板,然后在支架顶梁上安放背板进 行控顶;如果片帮面积较大时,先将冒顶区两侧顶 板控制好,然后在支架顶梁上安放背板伸至煤壁 后,再打贴帮柱的方法控制顶板,防止冒顶范围扩 大,然后对冒顶区由采空区侧用单体柱向煤壁支撑 板,或由冒顶区两侧用撞楔板控制上顶,做超前处 理。冒顶区上顶控制住后,开动刮板输送机将冒落 下转第15页 21 卢鹏程等粘结式可拆卸锚杆及其应用2009年第4期 210 m,锚杆排距为017 m,锚杆间距为018 m。每 根锚杆配备1卷K2835型树脂锚固剂,并配备木 托板和直径120 mm的铸钢托盘各一个。巷道支护 参数如图3所示。 图3 支护断面示意 312 稳定性观测 切眼顶板表面收敛量达到172 mm,左帮表面 收敛量为74 mm,右帮表面收敛量为92 mm。两帮 开挖出25 d左右基本稳定,顶板60 d时仍有一定 的变形量,这与切眼跨度达到614 m有关。两帮锚 杆工作状态正常,未出现松动现象,两帮未出现片 帮等事故,说明锚固可靠,对两帮起到了良好的支 护作用。在安装回采机组时时将帮锚杆拆除,试验 表面拆除容易、方便,全部得到回收。 可拆卸锚杆由粘结式锚头和锚杆组成,结构简 单,实践表明安装简便,容易拆卸,锚固可靠,锚 固力可达到50 kN,现场试验表明,对煤帮的支护 效果良好。 参考文献 [1] 马念杰,刘洪涛,张飞飞,等.煤帮玻璃钢锚杆支护的安 全稳定性研究[J ].中国科技信息, 2007 1. 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