机械化原巷采煤工艺及工业性试验研究.pdf

引言 我国煤炭资源丰富，在全球范围内储量位居前 列。目前，我国成为煤炭生产量和消耗量最大的国 家，而且煤炭在未来很长一段时间内仍然在我国能 源结构中占据主导地位。因此， 在此大背景、 大形势 的需求下对煤炭的开采效率提出了更高的要求。影 响煤炭开采效率的因素包括有采煤工艺、 采煤技术、 综采设备的自动化水平以及工作面巷道的支护效 果， 而上述因素与煤矿的地质、 水文、 煤层以及巷道 等情况相关[1]。 对于巷道较宽的工作面而言， 采用传 统的采煤工艺不仅其采煤效率低，而且其支护效果 也无法达到生产要求。目前， 针对巷道埋藏深度大、 难以维护且回采效率低的问题，采用原巷充填技术 能够解决上述问题。本文着重开展对机械化原巷采 煤工艺的研究， 并将验证其在实际生产中的应用。 1工程概况 以 17181 工作面为研究对象， 该工作面走向长度 为 1817m、 倾斜长度为 187.4m、 面积为 340 505.8 m2， 倾角为 2～11， 平均 5。该工作面所采 9 号煤 层裂隙发育， 结构简单， 局部地段煤层下部夹 0.2 m 的页岩或炭质页岩， 厚度变化不大， 属于稳定煤层。 煤层顶底板岩层情况如表 1 所示。 2原巷充填材料的研究 针对 17181 工作面地质水位、构造复杂的情况， 为了确保巷道掘进过程中避免应力集中现象的出现， 采用原巷充填采煤工艺对该工作面进行生产， 从而达 到优化工作面布局， 提高煤炭回采效率的目的[2]。本 节对充填材料的力学性能进行研究。 目前可供选用的充填材料包括矸石固体材料、 膏体材料和高水速凝材料等。结合 17181 工作面的 地质条件， 并对比上述三种充填材料的特点， 鉴于高 水速凝材料具有强度高、 适应性好、 支撑力大等优势[3]， 所以该工作面原巷充填采煤工艺选用高水速凝材 料作为其充填材料。在前期调研的基础上， 可将当 前充填材料的配置方案分为三类 （见表 2） 。 当水灰质量比为 2∶1 制备原巷充填材料时， 制 作成本较高。 因此， 本文选用水灰质量比为 1.5∶1 的 比例制备原巷充填材料。 经试验表明， 基于 1.5∶1 比 例所制备的原巷充填材料能够实现长距离、长时间 的泵送，且所得原巷充填材料的强度满足实际生产 的需求。 3机械化原巷采煤工艺的研究 所谓原巷充填指的是，将配制所得的充填材料 通过注浆泵和管路将其运送至充填位置，从而使得 所形成的充填体承担煤柱的作用实现采空区与原巷 内的支护作用。 原巷充填支护原理如下页图 1 所示。 机械化原巷采煤工艺及工业性试验研究 宋永红 （山西宁武大运华盛老窑沟煤业有限公司， 山西宁武036700） 摘要 针对较宽工作面巷道容易出现应力集中、 巷道采煤效率低的问题， 提出了一种原巷充填采煤工艺， 并研 究了适用于充填沿空留巷的最佳充填材料的水灰比， 以及充填材料采煤工艺配套设备的选型原则。经实践表明， 机械化原巷充填采煤工艺不仅可提升采煤效率， 而且还能降低采煤成本和作业人员的劳动强度。 关键词 原巷充填采煤水灰比高水速凝材料沿空留巷采煤效率 中图分类号 TD823.7文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 06-0125-02 收稿日期 2020-03-21 作者简介 宋永红 （1978） ， 男， 毕业于大同大学， 初级工程师， 从事采矿技术、 地质测量工作。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.06.054 总第 206 期 2020 年第6 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 206 No.6， 2020 顶底板分类 岩石名称厚度 /m岩性特征 老顶石灰岩 7.62～11.04 7.82 深灰色， 致密坚硬， 含方解石脉 及动物化石。 直接顶细粒砂岩 1.10～4.05 2.68 深灰色， 含泥质， 胶结疏松， 局部 裂隙较为发育， 易呈块状冒落， 为二类易冒落型顶板。 伪顶页岩 0.1～0.5 0.2 灰黑色， 层理、 裂隙发育， 破碎易 冒落。 直接底砂质泥岩2.49 黑色， 含植物化石及黄铁矿晶 体、 煤屑， 顶部有 0.2 m 左右泥 岩， 遇水易软化。 老底中粒砂岩2.21 灰色， 石英、 长石、 黑色矿物， 泥 质胶结。 表 117181 工作面煤层顶底板岩层情况表 水灰质量 比例 所需高水速凝材 料 /kg 所得充填材料的 强度 /MPa 用途 ≤2∶1350500610 用于沿空留巷、 围岩注 浆加固 3∶15∶1≤3501.53.0 用于一定强度的采空 区、 空巷充填 6∶19∶1≤1500.61.2用于 “三下” 采煤 表 21 m3充填材料配置方案及用途 实践与应用 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 原巷充填采煤工艺的流程为割煤平移液压支 架拉移充填模箱、支模拌料开泵充填移 巷道超前支架割煤。 根据 17181 工作面的特点为原巷充填工艺选定 充填泵站， 选定充填设备， 设计充填制浆系统， 设计 充填材料输送系统， 设计充填材料的储存。 为配合原巷充填采煤工艺的实施，为其配置自 动上料机、 自动拆包卸料机、 自动配料装置、 机械化 充填模箱、 超前液压自移支护支架[4]。此外， 还需为 该采煤工艺配置相应的采煤机、刮板输送机以及液 压支架。其中，液压支架选型时需首要考虑支护强 度、 可适应煤层赋存变化等因素； 采煤机选型时需要 求其实际生产能力要高于工作面的设计生产能力， 还需与液压支架相匹配；刮板输送机选型的关键原 则为液压支架和采煤机相匹配。 4机械化原巷充填采煤工艺的工业性试验 17181 工作面布置有回风巷道、运输巷道和开 切眼断面。 根据该工作面的现场情况， 为了方便充填 材料的运输，将充填泵站设定在轨道大巷 650 m 的 附近， 经管路到运输顺槽最后达到充填工作面[5]。经 计算， 充填材料的管路总长度为 3 000 m。原巷充填 采煤工艺配套设备的选型结果如表 3 所示。 机械化原巷充填采煤工艺被应用于 17181 工作 面后， 其应用效果总结如下 1） 自该工作面采用机械化原巷充填采煤工艺以 来， 最大一次的填充长度为 7.2m， 每月产量为 15 万 t， 较之前每月产量为 12 万 t 有了大幅的提升。 2） 工作面采用机械化原巷充填采煤工艺后， 工 作面作业人员的劳动强度得到明显降低。 3） 工作面用机械化原巷充填采煤工艺后， 原巷 充填巷道的矿压显现得到明显缓和，且在回采过程 中不需对巷道进行卧底、 加固操作。 4） 由于机械化原巷充填采煤工艺能够有效减少 应力集中的现象， 在支护过程中节约了支护材料， 达 到节约支护成本的目的。 参考文献 [1]卢小雨.大断面沿空留巷充填体的受力变形分析[J].煤炭工程， 2010 （4） 61-63. [2]马立强， 张东升.综放巷内充填沿空留巷工业试验[J].中国矿业 大学学报， 2004， 33 （6） 660-664. [3]徐金海， 付宝杰， 周保精.沿空留巷充填体的流变特性分析[J]. 中国矿业大学学报， 2008， 37 （5） 585-589. [4]谢文兵，荆升国，王涛.U 型钢支架结构稳定性及其控制技术 [J].岩石力学与工程学报， 29 （suppl2） 3 743-3 748. [5]宋卫东， 徐文彬， 万海文.大阶段嗣后充填采场围岩破坏规律及 其巷道控制技术[J].煤炭学报， 2011 （suppl2） 287-292. （编辑 王瑾） 图 1原巷充填支护原理示意图 设备类型设备型号参数 自动拆包卸料机供气压力为 0.5 MPa 充填泵ZBYSB300-15 输送距离最大为 3 000 m， 泵压力 为 15 MPa 充填模箱TM25-32 升模步距 1 200 mm； 拉膜步距 950 mm 液压支护支架ZQL4000-27/56 阻力 8 000 kN； 移架步距 900 mm 采煤机LWS796 截割电机功率为 2480 kW， 牵引 电机功率为 280 kW 排头支架ZZ6400-18/38 初撑力 5 500 kN， 移架步距 800 mm 中间支架ZZ7000-13/26 初撑力 6 184 kN， 移架步距 800 mm 刮板输送机SGZ-900/1050 输送能力 2 000 t/h， 刮板间距 1 512 mm 表 3原巷充填采煤工艺配套设备选型结果 基本顶 直接顶 煤层 关键块 充填体 采空区 Study on Coal Mining Technology and Industrial Experiment in Mechanized Raw Lane Song Yonghong （Shanxi Ningwu Dayun Huasheng Laoyaogou Coal Industry Co., Ltd., Ningwu Shanxi 036700） Abstract In view of the wide working face of roadway, stress concentration and low coal mining efficiency, this paper puts forward a solution of the original roadway filling coal mining technology, and studies the water-cement ratio of the best filling material suitable for filling along the empty roadway. The practice shows that the mechanized original roadway filling process can not only improve the efficiency of coal mining, but also reduce the cost of coal mining and the labor intensity of workers. Key words original roadway filling coal mining; water-cement ratio; high water-fastening material; roadway along the air; coal mining efficiency 126