综采放顶煤开采技术初试与研究.pdf

收稿日期 2008 - 09 - 22 作者简介王金国1973 - ,男,黑龙江哈尔滨人,工程师, 1999年毕业于黑龙江矿业学院采矿工程专业,现在神东 煤炭分公司生产技术部工作。 综采放顶煤开采技术初试与研究 王金国 中国神华神东煤炭分公司 生产技术部,陕西 神木 719315 摘 要综放开采技术是在中厚煤层一次采全高综采技术上发展起来的采煤技术,我国经过 十几年的探索,已经处于国际领先水平。神东煤炭分公司保德煤矿通过对综采放顶煤工作面回采 过程等方面的研究,探索出一套成功的操作工艺,在研究采放工艺和严格落实各项安全措施基础 上,得出合理的开采技术,最大限度地提高了采出率,减少资源浪费,实现安全高产高效。 关键词厚煤层;综采放顶煤;回采 中图分类号TD823197 文献标识码 B 文章编号 1671 - 0959 2009 0220007203 1 工作面概况 111 工作面地质状况 保德煤矿88300 - 1工作面地面标高1015～114515m, 煤层底板标高880101～915126m,走向长度227115m,面积 545160m2,东、西、南为未开发煤体,北为辅助运输大巷, 区内地表绝大部分为黄土覆盖,地形切割严重,沟壑极其 发育。该区平均煤层厚度8163m,地质储量7331924万t, 回采煤量58711万t。老顶为细砂岩 中砂岩,呈灰色 灰 白色,厚层状构造,成分以石英为主,钙质胶结,颗粒分 选中等,次圆状,泥裂充隙;直接顶为泥岩、砂质泥岩, 呈灰黑色,致密块状,含植物化石碎片及菱铁矿结核;伪 顶为泥岩、炭质泥岩,局部发育,灰褐色,薄层状,易软 化;直接底为泥岩,呈灰白色,平坦状断口,垂直裂隙发 31212 试采情况 试采面2007年7月上旬投产,每天两采一准。至2008 年6月, 12个月中除投产月和年底检修的12月生产天数 少外,最低月产40001t,最高月产58047t,平均月产 48214t。 31213 与大倾角综采比较 2005年6月至2006年7月,该矿所采的5672工作面 为大倾角综采开采中倾角最大的面,该面最大倾角50,平 均倾角41,比急倾斜试采面略小。5672工作面平均月产 仅24763t,试采面同口径包括年底停产检修月平均月产 45027t,为前者的1181倍,安全也更好。 31214 效益 用急倾斜综采技术开采60 以内的急倾斜或大倾角煤 层,按目前使用情况, 2～315m的中厚煤层工作面平均月 产415万t, 50万t/a较可靠;煤厚113～2m时38万t/a较 可靠。若用俯伪斜走向密集、柔性掩护支架、刀柱式等传 统采煤方法,平均约10万t/a。年产平均差34万t,按售价 250元/t计,年增收8500万元。而急倾斜综采设备投资约 3000万元,还要使用61 5a 液压支架8a,其余 5a 。另外, 综采还有降低万吨掘进率、提高煤炭回收率、减轻职工劳 动强度、改善安全等方面的效益。因此,急倾斜综采的效 益非常显著。 广能集团嘉华机械公司2006年研制成功急倾斜煤层综 采液压支架和端头支架,到2008年7月上旬,所生产的综 采支架除销售到四川外,还销到了黑龙江省双鸭山矿务局、 重庆的南桐矿务局、新疆建设兵团、北京矿务局、贵州湘 能实业公司等。在推广的单位中,目前双鸭山矿务局东保 卫矿的煤层倾角最大,平均48,效果仍然很好。 4 结 语 通过对原采用的大倾角综采技术与新采用的急倾斜综 采技术的比较分析,得出如下结论 1 原大倾角综采技术适用于工作面倾角小于煤矸自溜 坡度约40的大倾角煤层工作面。 2 所研制的急倾斜综采支架适应于倾角不超过60 的 急倾斜煤层工作面,用于大倾角煤层工作面时安全生产效 果较过去的大倾角综采更好。 3 60 倾角以下的煤层用所研制工作面液压支架和端 头支架配国产采煤机、运输机实行综采时,能够确保安全 高效,其效益显著。 参考文献 [1] 周邦远.绿水洞煤矿大倾角煤层综采实践[J ].煤炭科学 技术, 2002, 9. 责任编辑 马光辉 7 2009年第2期 煤 炭 工 程 设计技术 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 育,夹粉砂条带,含少量不完整植物化石。煤尘具有爆炸 性;工作面瓦斯绝对涌出量为316m3/min;煤有自然发火 倾向性,发火期4～6个月;平均地温梯度为117℃/100m, 无地温异常;煤层普氏硬度系数0172。正常涌水量20m3/ h,老顶初次垮落最大涌水量100m3/h左右。 112 回采巷道布置及支护情况 88300 - 1工作面胶运顺槽承担运煤、进风和行人任务, 转载机、破碎机、移动变电站、泵站、电气列车、顺槽胶 带机布置在胶运顺槽,机轨合一布置;88300 - 1工作面回 风顺槽,承担回风任务;88300 - 2回风顺槽承担进风、运 料和行人任务。 回采巷道顶板采用锚杆、锚索联合支护,巷道规格、 支护形式见表1;顶板破碎段采用锚杆、锚索及锚索吊挂 11矿用工字钢棚、道木刹顶联合支护。 表1 工作面回采巷道支护形式 巷道名称长/m宽 高/m支护形式 胶运顺槽227115510313锚杆、锚索、钢带加金属网 回风顺槽227115510312锚杆、锚索、钢带加金属网 切眼正常段209910315锚杆、锚索、钢带加金属网 切眼机头段51010315锚杆、锚索、钢带加金属网 切眼机窝段211015315锚杆、锚索、塑料网 切眼机尾段51010315锚杆、锚索、钢带加金属网 主、辅回撤通道240510315锚杆、锚索、钢带加金属网 113 工作面主要设备 工作面选用JOY公司7LS637型采煤机,该机具有装机 功率大、多电机平行布置、生产能力大、远距离遥控操作、 运行平稳等特点,工作面主要设备参数表见表2。 114 工作面来压步距 工作面下部初次来压步距为5213m,周期来压步距812 ～1810m,离散性较大,平均周压步距1317m。工作面中部 初次来压步距为4919m,周期来压步距816～1314m,离散 性较大,平均周压步距1311m。工作面下部初次来压步距 为5812m,周期来压步距1112～1616m,平均周压步距 1317m。 2 采放工艺及分析 211 采煤机端部进刀时间 作业规程规定,采煤机采用端部斜切进刀方式,进刀 距离51m,共约29架。实际统计表明采煤机斜切进刀至停 止,平均割煤30架,约5214m。 采煤机斜切进刀开始至停止平均用时4195min,最长用 时11125min;采煤机返回割三角煤平均用时10107min,最 长用时2218min;采煤机空刀返回至正常割煤位置空运行平 均用时2130min,最长用时7133min;采煤机端部割三角煤 总时间平均17132min。 采煤机直线段割煤速度平均为4141m /min,最大为 8106m /min,最小为3114m /min。按直线段平均割煤速度计 算,加上 端 部 割 三 角 煤 时 间,采 煤 机 割 一 刀 煤 需 用 59186min,约110h。 212 移架时间 单人手工操作单架移架平均时间降架、拉架、升架 14177s/架,其中纯拉架时间为5152s/架。单人手工操作连 续移架支架工换位时间平均时间31180s/架,以此计算工 作面移架所需总时间为74173min。 表2 工作面主要设备参数表 序号设备名称规格型号数量 1采煤机7LS6371 2刮板输送机SGZ855 /20001 3转载机SZZ1200 /5251 4破碎机PCM4001 5液压支架ZFT10200/25/42D141 6乳化液泵站卡玛特高压泵站V1 7喷雾泵K16065M1 213 放煤时间和速度 1 一采一放单轮顺序放煤工艺单架平均放煤时间为 1113min/架,平均放煤速度为1155m /min;多架连续平均放 煤时间为1129min/架,平均放煤速度为1136m /min。 2 二采一放单轮顺序放煤工艺单架平均放煤时间为 1144min/架,平均放煤速度为1122m /min;多架连续平均放 煤时间为1157min/架,平均放煤速度为1112m /min。 3 二采一放双轮顺序采煤工艺单架第一轮平均放煤 时间为01945min/架,第二轮平均放煤时间为01853min/架, 平均放煤总时间为1178min/架,放煤速度为0198m /min; 多架连续第一轮平均放煤时间0195min/架,第二轮平均放 煤时间为1119min/架,放煤总时间为2114min/架,放煤速 度为0182m /min。 4 由于88300 - 1工作面两端头不放煤,实际可放煤 支架数为129个。以此计算工作面不同工艺放煤时间如下 ① 一采一放单轮顺序放煤时,同时放煤口数目为1时,工 作面放煤所需总时间为166141min2177h ;同时放煤口数 8 设计技术 煤 炭 工 程 2009年第2期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 目为2时,工作面放煤所需总时间为83121min 11387h ; ② 二采一放单轮顺序放煤时,同时放煤口数目为1时,工 作面放煤所需总时间为202153min31376h ;同时放煤口数 目为2时,工作面放煤所需总时间为101127min 11688h ; ③ 二采一放双轮顺序放煤同时放煤口数目为1时,工作 面放煤需总时间为276106min41601h ;同时放煤口数目为 2时,工作面放煤所需总时间为138103min21301h。 214 不同放煤工艺回采率比较 回采采用一采一放单轮顺序放煤工艺,放煤混矸率为 17164 ,工作面回采率为84147;采用两采一放单轮顺 序放煤工艺,放煤混矸率为17191 ,回采率为87177; 采用两采一放双轮顺序放煤,放煤混矸率为18108 ,工作 面回采率为92184。 215 观测结果分析 1 根据对割煤时间、移架时间、放煤时间的统计,可 知制约88300 - 1综放工作面高产高效的主要因素是放煤循 环时间大于采煤机割煤时间和移架时间,其中二采一放双 轮顺序放煤工艺放煤时间最长,二采一放单轮顺序放煤次 之,一采一放单轮顺序放煤时间最短。 2 在放煤混矸率基本相同的条件下,采用两采一放双 轮顺序放煤工艺,工作面回采率比一采一放单轮顺序放煤 工艺高出8个百分点,对减少煤炭资源的损失有利;如果 两种工艺按相同回采率考虑,两采一放双轮顺序放煤工艺 有利于减少混矸率,对改善煤质有利。所以建议采用两采 一放双轮顺序放煤。 3 为配合综放工作面高产高效,建议实行采放平行作 业,工作面以70支架为界分为两段错步放煤,每轮实际放 煤长度为半个工作面长,可使二采一放双轮顺序放煤时间 减少到1115h,与煤机割煤时间110h比较接近,可基本实 现采放平行作业。 4 现场观测期间,经常出现后部运输机被放出顶煤压 死的现象,制约了可同时打开的放煤口数目及放煤速度, 影响了工作面生产能力的提高,建议增大后部运输机及其 配套设施运输能力,提高放煤工操作技能,实现均衡放煤。 3 安全与放出率问题 1 放顶煤开采工艺的特殊性要求必须加强安全管理。 放顶煤采煤方法开采强度大、产量高、瓦斯涌出量大、采 空空间高度大、瓦斯易于积聚;顶板冒落时大量瓦斯从采 空区涌入工作面,易造成工作面瓦斯超限;放顶煤开采采 空空间易形成风流渗入,采空区容易造成煤炭自燃;在放 顶煤开采过程中易产生大量煤尘。针对放顶煤开采易使工 作面瓦斯、自然发火、煤尘等灾害加剧的特殊状况,必须 采取相应的措施加以预防和有效控制,强化对放顶煤开采 的安全管理。 2 落实现场安全管理责任。严格执行煤矿负责人和生 产经营管理人员下井带班制度,区队管理人员要跟班作业, 切实加强现场安全管理,杜绝 “ 三违 ”现象,严禁瓦斯超 限和煤尘超标作业,禁止违章打眼、违章放炮行为。矿级 干部要把放顶煤开采工作面作为带班、跟班的重点场所, 经常深入放顶煤工作面进行检查。在工作面初采和收尾时, 必须有矿级干部和技术人员在现场进行指挥,确保各项措 施和管理制度落到实处。 3 必须按规定处理顶板和顶煤。必须为放顶煤开采工 作面制定防止采空区悬顶的措施。采用预裂爆破时,必须 在工作面未采动区进行,并制定专门的安全技术措施。严 禁在工作面上、下隅角爆破落煤和在工作面内采用炸药爆 破方法处理顶煤、顶板及卡在放煤口的大块煤炭和矸石。 4 进一步研究提高顶煤放出率技术应采取如下措施 a1减少初采顶煤损失。在综放面切眼的外上侧沿煤层 顶板施工一条与切眼平行的辅助巷切顶巷 , 将顶煤沿顶 板切断;在切顶巷靠工作面一侧的煤帮和底上打炮眼,将 顶煤全部切断,进行预裂爆破。这项技术可使综放面回采 率提高1左右。 b1根据顶煤放出时椭球体放出理论,在回采过程中会 丢失部分冒落的三角顶煤,而回煤箱的作用是相当于加大 了工作面后部溜子的宽度,达到了冒落顶煤堆积的水平位 置,一方面能让椭球体下部的三角煤放出,另一方面减少 了在原回煤箱铺设位置处约400mm的底煤损失,在一定程 度上提高了回收率。 c1工作面端头未放顶煤量约占工作面动用储量的 315左右,为了进一步提高资源回收率,应逐步着手研究 工作面端头放煤工艺。 4 结 语 放顶煤采煤方法作为开采厚煤层的一项工艺技术,对 提高煤矿企业工作面单产和效益发挥了重要作用。目前, 神东矿区610m以上煤层总地质储量为15490411万t, 7～ 713m厚煤层储量为2447110万t,占总储量的1518 , 713m以上煤层储量为7030万t,占总储量的415。2008 年8月4日, 88300 - 1工作面应用综采放顶煤技术开始回 采,为矿区厚煤层开采技术研究走出了一条新路,同时, 为培养优秀的综放队伍创造了良好的条件。 参考文献 [1] 吴健.我国放顶煤开采的理论研究与实践[J ].煤炭学报, 1981, 163. [2] 张宝明,陈炎光,徐永圻.中国煤矿高产高效技术[M ]. 徐州中国矿业大学出版社, 2001. 责任编辑 马光辉 9 2009年第2期 煤 炭 工 程 设计技术 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.