薄煤层综采的综合创新技术.pdf

第32卷第3期煤 炭 学 报Vol. 32 No. 3 2007年3月JOURNAL OF CHI NA COAL SOCIETYMar . 2007 文章编号0253 - 9993200703 - 0230 - 05 薄 煤 层 综 采 的 综 合 创 新 技 术 盛国军 1 ,孙启生 2 ,宋华岭 3 11中国海洋大学 环境科学与工程学院,山东 青岛 266071; 21枣庄矿业集团有限责任公司 田陈煤矿,山东 枣庄 277523;31山东 工商学院 管理科学与工程学院,山东 烟台 264005 摘 要介绍了田陈煤矿综采薄煤层开采技术.该开采技术在工作面巷道布置上采用机采与普采 混合,不规则刀形形状和对拉工作面布置,回采工艺采用了旋转调采等新技术.该采煤方法适用 于特殊条件下的薄煤层开采. 关键词薄煤层开采;对拉工作面;旋转调采 中图分类号TD8231251 文献标识码 A 收稿日期2006-06-22 责任编辑柴海涛 基金项目山东省科技发展计划软科学基金资助项目36 ;国家软科学计划基金资助项目DGQ3D ;山东省自然 科学基金资助项目 Y6 作者简介盛国军6 ,男,山东莱州人,博士研究生T535688,j11 The i nnovationa lm i n i ng technology of fully m echan ized m i n i ng on thi n coal seam SHENG Guo2jun 1 , SUN Qi2sheng 2 , SONG Hua2ling 3 11School of EnvironmentScience and Engineering,China OceanUniversity, Q ingdao 266071,China; 21Tianchen Coa lM ine,Zaozhuang Coa lM in2 ing Group Co . , Ltd. , Zaozhuang 277523,China;31School ofManagement Science and Engineering,Shandong Institute of Business and Technology, Yantai 264005,China AbstractIntroduced the innovational mining technology of fully mechanized on thin coal seam practiced by Tianchen coalmine. Thismining technology co mbined the fully mechanized mining with orthodoxworking face, and it layoutted irregular for m and double unit face, adopted the rotational adjustmentm ining .This technology is suit2 able for the particularly thin coal seam m ining . Key words mining of thin coal seam; double unit face; rotational adjustmentm ining 我国的薄煤层可采储量约为60多亿t,占全国煤炭总储量的19 [ 1 ]. 薄煤层的煤层赋存条件差,地 质条件、开采技术条件复杂,机械化开采难度大,生产效率低,产量低,开采方法一直比较传统单一.如 何在薄煤层特殊的地质与技术条件下,提高开采技术水平和生产效率、采出率和产量,一直是一个技术难 题 [ 2 ]. 文献[3, 4 ]研究了应用特殊薄煤层采煤机开采薄煤层的问题;文献[5 ]提出了薄煤层综合机械 化开采工艺及配套设备的新方法;而文献[6 ]对薄煤层沿空留巷对拉工作面开采技术进行了研究;文献 [7 ]探讨了薄煤层高产高效技术问题,但薄煤层开采方面的技术创新一直是采矿界研究的新问题. 枣庄矿业集团公司田陈煤矿采用综合创新的开采技术,解决了薄煤层开采的难题.针对田陈煤矿地质 条件复杂,断层多,煤层厚度变化大,工作面布置常常受断层、矿井边界、火成岩侵入、冲刷带等影响的 现实情况,为减少巷道掘进工作量,减少资源丢失,缓解回采工作面接续紧张的被动局面,进一步扩大薄 煤层回采工作面的生产能力,在巷道布置、开采机械、采煤方法、回采工艺等开采技术上进行综合创新. 8 A20042-2004090 200 H10 19 2 -.el0-7092E - mail shenggccec edu cn 第3期盛国军等薄煤层综采的综合创新技术 首先,在布置正规回采工作面困难且储量损失较大的情况下,将回采工作面布置成旋转、刀把、对拉或其 它不规则工作面;其次,根据煤层参数合理选择综采机械及支护设备,全部采用一次性采全高方式,严格 跟顶跟底;此外,加强了边角煤柱、断层煤柱及巷道煤柱的回收力度;同时,破除了 “ 综采工作面矩形 巷道布置 ”的传统模式,将不同回采块段组合成具有回采价值的不等长工作面,综采工作面采用梯形对 接技术、对拉技术,高档工作面采用沿空留巷技术等,发明了 “ 薄煤层综普采、旋转、刀把、对拉工作 面开采技术 ”.这项技术是在薄煤层开采技术上的创新与突破. 1 “ 薄煤层综普采、旋转、刀把、对拉工作面开采技术 ”工作面设计 111 528, 530, 532工作面地质概况 3下528, 3下530, 3下532工作面位于北五采区行人下山三阶段右翼,距离3下526工作面采空区约 100 m,与528工作面里段采空区最近相距约80 m,其下均未开采.地面标高 46151 m,工作面标高 - 653～- 720 m ,本工作面开采煤层为3下煤层. 采区内煤层为一宽缓的单斜构造形态,厚度018～213 m,平均1165 m,倾角8～13,平均10;区 内煤层地质构造相对复杂,落差111～212 m的断层有12条,靠外段含1层011～013 m的炭质泥岩夹矸. 伪顶由厚度为012～118 m的灰白色、钙质胶结、具斜层理的砂质泥岩组成,f 4;直接顶为厚度318 m 的砂质页岩,f6～8;老顶由厚度为28 m的灰白色、钙质胶结、具斜层理的中砂岩组成,f8～10;直 接底由灰黑色、泥质胶结、局部含012 m炭质泥岩的砂质泥岩组成,厚度2～4 m,f 4;老底由20～ 28 m浅灰色、致密坚硬,成分为石英长石、具水平层理的中细砂岩组成,f 6～8.工作面正常涌水量为 20 m 3 /h,最大涌水量为40 m 3 /h.一级CH4,二级CO2.煤尘的爆炸指数为3119 ,为强爆炸煤层,二类 自燃煤层. 112 工作面设计 该矿北五采区3下528, 3下530, 3下532工作面煤层平均厚度为1165 m, 528工作面由于受断层的影 响,布置了2个开切眼外开切眼长度为54 m,里开切眼长度为24 m,随着工作面的推采,工作面长度 将达到105 m; 530若布置正规的开切眼,工作面长165 m; 532工作面初采时面长31 m,随着工作面的推 进,工作面长度达140 m.为缓解回采工作面接续紧张的局面,向取消高档工作面目标迈进,进一步扩大 薄煤层综采的适应性和生产能力,减少巷道掘进工作量,减少资源丢失,将528, 530, 532工作面改造成 图1 综普采结合、旋转调采、刀把不规则形状、对拉工作面布置 Fig11 The working face layoutof combined of fully mechan ized and conventionally mechanized mining, rotational adjusting mining, irregular for m on thin coal sea m,double unit face 薄煤层综采工作面,同时破除了深部 开采条件下 “ 综采工作面长度界限及 综采工作面无法进行对拉布置 ”的界 限,将528, 530两个综采工作面合二 为一,组合成了倾斜长度达270 m的 530薄煤层综采工作面,并将530工作 面开切眼布置成倾斜型,进行大角度 调采、综采和高档普采联合开采, 532 工作面布置成梯形并和530工作面进 行对拉,工作面布置如图1所示. 113 设备配备选型 为了不增加设备的投入,充分利 用现有设备,对MG160 - 375型采煤机、SGZ - 630 /264型工作面输送机、ZY2400 - 019 /210型液压支架 进行生产能力核定及改造针对该工作面煤层平均厚度165的实际情况,对MG 63 5型采煤机机 身进行改造,保证了采高控制在165以内;针对MG 63 5型采煤机在特殊条件下挑顶困难的情况, 在保证端面距符合要求的前提下适当加长了支架联结销,并对SGZ636工作面输送机进行了改造 132 8 1m1 0 -7 1m1 0 -7 -0 /2 4 煤 炭 学 报 2007年第32卷 表1.巷道采用锚杆、锚笆和锚喷支护. 表1 530, 532工作面设备配备情况及巷道运输设备 Table 1 The equ ipmen ts prov ision of 530,532 work i n g face an d head ing con vey equ ipm en ts 序 号设 备 类 型 主要技术参数 采煤机MG160 - 375功率375 k W;采高114～310 m 530工作面液压支架ZY2400 - 019/210初撑力2 185 kN;支撑宽度1143～1160 m 刮板输送机SGZ - 630/320电机功率2160 kW;输送能力450 t/h 采煤机MG - 200功率200 k W;采高114～310 m 532工作面液压支架ZY2400 - 019/210初撑力2 185 kN;支撑宽度1143～1160 m 刮板输送机SG B - 630 /220电机功率2110 kW;输送能力450 t/h 巷道运输 桥式转载机SZ B - 730/40电机功率 40 kW;输送能力630 t/h 设 备 可伸缩带式输送机ZY2400 - 019/210电机功率240 k W;输送能力400 t/h 2 工作面生产组织程序 1530工作面安装 先安装530工作面,工作面自下而上145 m安装了97架液压支架,上部机尾 10 m利用单体支柱配合铰接顶梁支护顶板,旋转调采机尾53;并做到边推采边缩工作面输送机尾及单体 支柱、铰接顶梁,直到工作面达到145 m长. 2 528, 530工作面合二为一 提前将528外开切眼的液压支架、工作面输送机安装好,待530工 作面推采到528工作面外切眼时,进行对接,将528, 530工作面合二为一. 3532工作面安装 安装532工作面输送机、液压支架、采煤机,并提前将需要延伸的液压支架、 工作面输送机槽等按一定的步距贴轨道巷下帮摆放好. 4工作面推进 530工作面机头在离停采线10 m左右时开始调采机尾140 m,工作面延长的部分 利用单体支柱配合1 m铰接顶梁进行支护;同样532工作面机尾在离停采线10 m左右时开始调采机头 60 m,工作面延长的部分利用单体支柱配合1 m铰接顶梁进行支护,然后工作面平行推进,直到停采线. 3 工作面调采工艺 311 调采工艺方式 鉴于530工作面下山运输,机头超前距离较大.为防止工作面输送机和液压支架在推采过程中下滑, 在安装过程中,人为地将液压支架和工作面输送机调采. 1调采比例的确定 合理地确定工作面的调采比例,对于保持工作面的工程质量,顺利达到调采目 的是一个不可忽视的重要因素,依据调采公式选取调采比例BLK/D 1200175 /15 6,其中L为工 作面长;D为相距两次拉茬点的距离;K为顶板完整系数,顶板完整无变化取1,顶板变化越多系数越小. 因此,工作面调采初期比例为1∶6,即工作面上端头每推进1 m,下端头推进6 m,而推采后期随工作面 长度的缩短调采比例缩小为1∶3 .以此为据,在工作面上端头推采至距施工道40 m的位置时,即开始了 该工作面的调采工作. 2工作面直线推进 采煤工作面的直线性是决定工作面工程质量的优劣和安全生产的重要因素之 一,这在高档工作面调采期间尤为重要,能否保持工作面的直线性,直接影响到调采工作面的成功与否. 为此,工作面在调采期间必须硐硐拉线整修,拉线位置应选在接茬处下方15 m较为适宜.如距接茬处较 近,则易导致工作面接茬处刮板输送机弯曲度过大而影响工作面运输,如较远则会造成此处改棚量过多, 不利于该处的工作面顶板管理 3合理确定拉茬位置和压茬方式 ①接茬位置的确定正确的拉茬位置应选在顶板完整无变化地 232 8 . . 第3期盛国军等薄煤层综采的综合创新技术 点,不得在断层破碎带或压力集中地带拔茬随档,为避免在工作面同一地点连续两次调整支架,即前后两 次在接茬处不得在同一段工作面内重复.根据上述经验数据可以确定工作面前后相邻两次接茬位置相距不 得低于15 m,且必须处于顶板完整,支护正规的安全地点.②接茬方式的选择.在接茬方式上采取了大 茬压小茬的方式,以116工作面调采为例,先从工作面下端头开始,工作面每向前推采一硐,将接茬位置 上移一次,直至工作面上端头,拉线取直工作面刮板输送机后,再重新从工作面下端头开始向上进行第2 次循环的调采工作,如此循环反复,直至工作面调采结束. 312 调采顶板支护 影响调采工作成功与否的另外一个重要因素在很大程度上取决于对随茬处的顶板支护管理,由于随茬 处的工作面刮板输送机前移宽度不均匀,这在采用单体支柱配铰接顶梁正悬臂支护的工作面,极易出现支 柱支设不正规,顶梁出现倒悬臂而造成面前空顶距离增加,从而诱发面前局部冒顶的可能,给工作现场留 下安全生产的隐患,为此,对于随茬处的顶板支护管理,主要采取以下几种措施①工作面刮板输送机 前移超过013 m时必须及时支护,以防此处空顶面积过大,造成事故.②铰接顶梁出现等悬臂或倒悬臂 时,必须在紧贴原棚位置上方重新独立支设一梁一柱,并在此基础上向采空区侧倒挂梁,支设一柱和原棚 并列使用,在采空区回柱时和原棚一并回出.③如随茬处改棚宽度超过4 m时必须在工作面人行道往采 空区切顶线上每4 m保留一宽度为016 m的安全出口,以保障回柱人员的安全. 313 调采过程支护 1调采过程中工作面铰接顶梁始终垂直于煤壁,需要在工作面新一排支柱支设过程中及时调整顶 梁的角度. 2调采过程中始终在工作面轨道巷内准备一定数量的单体支柱和铰接顶梁,以满足工作面上、下 端头和随茬处添棚的需要. 3工作面刮板输送机上、下端在调采过程中及时缩、伸,以满足工作面运煤和行人的要求. 4在调采过程中及时撤除上、下两巷超前维护,保持其滞后工作面切顶线距离不超过1 m. 4 采煤方法与回采工艺 411 采煤方法 530对拉工作面采用走向长壁后退式采煤法,全部垮落法管理顶板的综合机械化对拉工作面. 412 采煤工艺 1工艺顺序 双滚筒采煤机割煤 → 刮板输送机运煤 → 拉移液压支架支护顶板 → 推移刮板输送机. 在顶板破碎片帮时,先带压擦顶拉移超前架再割煤. 2落煤 采用采煤机螺旋滚筒截割落煤,滚筒截深600 mm. 3装煤 采煤机螺旋滚筒配合SGZ- 630 /320SG B - 630 /220刮板输送机铲煤板装煤. 4运煤 工作面采用SGZ- 630 /320SG B - 630 /220刮板输送机,运输巷采用1部SZB - 730 /40 转载机, 1部SPJ - 80胶带输送机. 5工作面支护 最大采高119 m,最小采高111 m,平均1165 m,循环进尺016 m. 对拉工作面生产时,一般采用下工作面超前上工作面的方式,其错距为0～3 m,且两个工作面不得 同时生产. 413 采煤机的进刀方式、割煤方式与移架方式 1进刀方式 采用端部自开缺口斜切进刀,斜切进刀段长度为30 m,进刀深度016 m. 2割煤方式 工作面采用双向割煤,往返2刀.采煤机正常割煤时,采煤机以3～4 m /min的速度 向上下割煤,前滚筒割顶煤、后滚筒割底煤的方式 3移架方式 分组间隔交错式 工作面端头及安全出口的管理 端头采用长31的成对π型钢大棚与单体支柱配合,走向支设 332 8 . . 44 m 煤 炭 学 报 2007年第32卷 一梁三柱维护端头顶板.大棚与正巷超前支护支架间隙不大于015 m,大棚架间距不得大于300 mm,对 间距不得大于800 mm,上、下端头应在切顶排的顶梁末端处支设一排密集支柱,柱距不大于014 m. 支架进入巷道造成支架超高时,应在支架上下方用木料接实顶板. 5与其他工序之间的衔接关系 π型钢大棚前移、支设完成,支柱达到初撑力后方可前移端头支 架.运输巷转载机尾与端头支护π型钢大棚排头支架及正巷维护单体支柱的间距不得大于015 m. 5 结 论 1通过采取以上措施,工作面安全顺利地实现了60的调采,两次工作面输送机和液压支架合茬都 准确无误,每次合茬4 h完成,杜绝了工作面输送机和液压支架的上窜下滑,工程质量动态验收达到优良 标准.元月份产量达到6万t . 2初采时通过调采,多回收煤炭28 443 t,创造价值1 137172万元,工作面末采时通过调采,可多 回收煤炭12 393 t,创造价值49517万元. 3减少断面7148 m 2 的528运输巷400 m的掘进量,节约资金80万元.减少煤柱损失9 180 t,创 造价值36712万元. 4共创造价值2 08016万元,避免了回采工作面接续脱节,为全矿完成全年产量创造了条件. 参考文献 [1 ] 李建平,杜长龙,张永忠.我国薄与极薄煤层开采设备的现状和发展趋势[J ].煤炭科学技术, 2005,336 65 ～67. 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