塔山煤矿特厚煤层安全高效综放开采技术.doc

第25卷第6期山西大同大学学报自然科学版 Vol.25.No.62009年12月Journal of Shanxi Datong UniversityNatural ScienceDec .2009 塔山煤矿特厚煤层安全高效综放开采技术 沈 明1,石白云2 1.大同煤矿集团公司塔山矿,山西大同037003;2.山西大同大学工学院,山西大同037003 摘要塔山煤矿开采的石炭系35号煤层结构复杂,顶板岩性变化大,煤层自燃发火期短.通过实施合理的巷道布置、有效的巷道支护、高压注水软化顶板、采空区预防性灌注三相泡沫浆防火、综合矿压监测等措施,制约了影响工作面生产的不利因素,保证了采煤工作面的安全高效生产. 关键词特厚煤层综放开采 锚杆支护 安全高效 中图分类号TD82文献标识码A 文章编号1674-0874200906-0066-03 收稿日期2009-10-06 作者简介沈明1969-,男,山西大同人,工程师,研究方向煤矿综采技术. 1开采技术条件概述 大同煤矿集团塔山井田面积约170.91km 2,可采储量30.7亿t .矿井设计生产能力1500万t/a ,设计服务年限132年.矿井采用平硐、立井混合方式开拓,主、副井为平硐,进风、回风井为立井.所采煤层为石炭系35合并层,厚度为12.6329.21m ,平均18.44m ,煤层含有611层夹石,最大厚 度达0.6m ,倾角13, 属较稳定型特厚煤层.煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、煤、高岭岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩的互层,分层厚度一般为0.14.0m ,且厚度较大的分层中间都夹有泥岩或煤的软弱夹层, 该类型顶板为不稳定顶板.由于煌斑岩侵入煤层上部穿插破坏,煤层受岩浆热变质或硅化,结构疏松,易碎,使煤层结构与煤质趋于复杂化. 首采工作面位于塔山矿一盘区,工作面走向长度1,650m ,倾向长度230.5m ,面积352964.7m 2,工业储量724.7万t ;采用单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤采煤法. 2巷道布置及支护 首采8102工作面为一进两回三巷布置,三条顺槽均垂直与1070大巷向北,其中2102皮带顺槽、5102辅助运输顺槽沿35煤层底板布置;2102皮带顺槽与1070皮带巷相连接;5102辅助运输顺槽通过联络巷与1070辅助运输巷连接;顶回风顺槽沿35煤层顶板布置并与1070回风巷连 接.5102巷回风兼作材料、设备的运输巷,底板铺设厚150200mm 混凝土作路基.切眼位于工作面北部,工作面由北向南推进. 根据煤层及围岩地质力学综合测试结果,应用松动圈理论和组合拱理论并结合一定的实践经验,在数值模拟的基础上确定塔山矿首采8102工作面顺槽及切眼巷的支护参数,两巷为矩形断面,工作面运输顺槽5.53.5m ,工作面回风顺槽5.23.5m .2.1 2102运输顺槽支护 顶板锚杆支护形式和规格杆体采用22左旋无纵筋螺纹钢,长度为2400mm ,杆尾螺纹为M24mm .托板采用拱型高强度托板,托板规格为15015010mm .W 形钢带规格为厚度为3mm ,宽度为250mm ,长度为5300mm .锚固方式为树脂加长锚固,采用两支树脂药卷,一支规格为K2335,另一支规格为Z2360.钻孔直径为28mm ,锚固长度为1200mm . 锚杆布置锚杆排距为1000mm ,每排6根锚杆,间距为1000mm .锚杆角度为靠近巷帮的顶板锚杆安设角度为与铅垂线成20.锚索为单根钢绞线,直径为准17.8mm ,长度为8300mm ,加长锚固,采用三支树脂药卷,一支规格为K2335,两支规格为Z2360.锚索每3排2根,排距为3000mm ,锚索头部设有树脂药卷搅拌头,尾部配有高强度锚具,配套金属托板规格为3003001622mm . 巷帮锚杆支护杆体采用22左旋无纵筋螺纹 钢,长度为2400mm ,杆尾螺纹为M24mm ;托板采用拱型高强度托板,托板规格为15015010mm ;W 形钢带规格为厚度3mm ,宽度250mm , 长度2300mm ;锚固方式为树脂加长锚固,采用一支树脂药卷,规格为Z2360;钻孔直径为28mm ,锚固长度为1000mm ;锚杆布置锚杆排距为1000mm ,每排每帮3根锚杆,间距为1000mm .锚杆角度与靠近顶板的巷帮锚杆安设角度为水平线成10. 2.2回风顺槽支护 回风顺槽支护仍采用锚杆加锚索支护,其形式与规格仅顶板支护W 形钢带长度变为4800mm ,锚杆间距调整为900mm ,其他参数与运输顺槽相同. 8102工作面顶部回风巷支护采用矩形巷道断面,巷道掘进宽3000mm ,高2500mm ;顶锚杆布置三排,排距850mm ,杆距1000mm . 3设备选型及采煤工艺 根据煤层赋存条件,综合考虑各种因素,采用 北京煤科院开采所设计方案,本工作面采用单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤采煤法,采面倾斜长度230.5m ,走向长度1650m ,使用SL-500型采煤机落煤、装煤;PF6/1142型前部刮板运输机 和PF6/1342型后部刮板运输机运煤;131架ZF10000/25/38型低位放顶煤支架支护顶煤、顶板, 架中心距1.75m ;工作面采高为3.5m ,放煤高度9.1325.71m .采用一采一放多轮顺序放煤的正规循环作业,循环进度、放煤步距为0.8m ,采用自然跨落法管理采空区顶板.当工作面顶煤塌落厚度达4m 以上,即古塘垫层不能小于4m ,方可回收顶煤.顶煤塌落厚度达不到4m ,严禁回收顶煤.采煤机采用双向割煤,从头到尾及从尾到头,沿牵引方向前滚筒割顶煤,后滚筒割底煤. 生产工艺采煤机斜切进刀→割煤→移架→推前溜→放顶煤→拉后溜. 4顶煤、顶板弱化处理 8102工作面长度大,顶板岩性变化较大,为确保开采安全,针对煤层和顶板实际赋存状况,通过注水软化顶板的方法降低顶煤和顶板强度.由于顶煤放煤的厚度大,工作面长230.5m ,故选用双巷 双侧双孔注水压裂孔布置.L 1L -2R 2 4Sin 2 θ H 2姨 注水孔长度由计算 式中L 1-为注水孔长度,m ; L -工作面长度,230.5m ;R -湿润半径,15m ; H -煤岩体弱化高度,20m ; θ-注水孔水平投影与工作面顺槽的夹角,初次放顶区取θ90; 一般取θ70. 则初次放顶区L 1≈107m 取L 1100m ; 正常情况L 1≈114m 取L 1110m , 经计算,注水孔仰角初次放顶区β19,正常情况区β17. 图1顶板注水软化压裂钻孔布置示意图 从第一层孔孔口到见顶板处有大于40m 的顶板未能很好注水弱化,故需打第二层孔.根据现场实际情况,取未注好水的顶板长度为50m .经计算注水孔仰角β30,二层孔长度L 260m . 第一次注水孔从切眼算起20m 打孔,以后孔间距取30m ,注水孔布置参数如图1所示.根据现场钻机特性,选取注水孔孔径取Φ8090mm .孔长60m 的注水量200300m 3/孔,孔长100110m 的注水量400-500m 3/孔.开始的注水压力为1020MPa ,稳定注水压力保持在36MPa . 5煤层自燃发火防治 塔山煤矿35煤层自燃发火期为6个月,为防止工作面开采过程中煤层自燃发火,要求工作面每推进40m ,开始对古塘余煤实施三相泡沫浆阻化措施,直至工作面封闭.三相泡沫是将一定比例的水与粉煤灰或黄泥搅拌混合形成粉煤灰或黄泥浆体,在制浆站通过压力泵输送到注浆管路中,再通 沈明等塔山煤矿特厚煤层安全高效综放开采技术 2009年8102回采工作面 67 过定量螺杆泵将发泡剂加入到注浆管路中,浆液与发泡剂在流动的混合器中混合后进入发泡器,在发泡器中接入氮气管路,氮气与含有发泡剂的粉煤灰或黄泥浆体相互作用产生三相泡沫浆. 正常情况下,工作面每推进40m 后就开始连续注三相泡沫,进回风巷道连续注36h 后停止.等工作面再推进40m 后又开始连续注三相泡沫,如此循环.工作面不能正常推进时需要加强灌注,直到上下隅角出现三相泡沫浆才能停止灌注.工作面停采后在停采线附近加强灌注力度,要求停采线处三通长度为80m ,每隔40m 在三通上随机打20个左右孔径为10mm 的小孔,如采空区出现异常情况立即进行灌注. 6采面顶板运移规律监测 为掌握石炭系特厚煤层综放工作面矿压显现规律,8102工作面投产后,采用了KJ216顶板动态监测系统该系统由综采监测、顶板离层监测、锚杆应力监测、超前应力监测四部分组成、数字全景钻孔摄像系统、高精度微地震监测系统对回采工作面和巷道顶板的运移规律进行了综合观测,得出了特厚煤层综放开采过程中的顶板来压显现规律;同时,分析推进速度、支架状况及地质构造对顶板控制的影响,基本掌握回采工作面顶板活动规律,总结行之有效的矿压控制方法,保证开采安全,并为以后类似工作面支护提供决策依据. 7结束语 在开采塔山矿井石炭系特厚、复杂结构煤层过程中,存在诸多影响安全生产的不利因素.使用相应的技术手段综放开采,能保障安全生产,使工作面的煤炭采出率超过80,回采工作面最高月产达到110万t ,取得良好的社会和经济效益,并为本矿后续工作面的开采提供了宝贵的技术经验. 参考文献 [1]何满潮,袁和生.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].北京科学出版社,2004.[2]宋永津.注水压裂弱化控制煤层坚硬难冒顶板技术[M].北京煤炭工业出版社,2002.[3]吴永平.大同矿区特厚煤层综放采场矿压显现规律研究[J].煤炭科学技术,2008,3618-10. 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Practices on F ully M echanized L ongwall T op C oal C aving M ining T echnology in E xtra T hick S eam in Tashan M ine SHEN Ming 1,SHI Bai-yun 2 1.Tashan M ine of Datong Coal Mine Group ,Da t ong Shanxi ,037003;2.School of Enhineering ,Shanxi Datong University ,Tatong Shanxi ,037003 Abstract No .3to No .5carboniferous seams in Tashan mine are typical combined seams characterized by extra thickness ,com -plex structures ,complicated lithology ,and short-term Self-ignition duration .According to the characteristics mentioned above ,sev -eral s ,such as the reasonable roadway layout ,the effective roadway support ,the high-pressure water affusion into the top coal roof ,the three-phase foam affusion into goaf ,and the comprehensive mine-pressure monitoring measures ,are used in coal min -ing to overcome the unfavorable factors and make sure a safe and effective production on the caving face . Keywords f ully mechanized caving mining ;s upport design ;m ine pressure monitoring ;s afety and high-efficiency 〔编辑 石白云〕 山西大同大学学报自然科学版2009年 68