旺格维利采煤.pdf

2 0 0 4年第 5期 旺格维利采煤工作面顶板管理的探索 郭 永 文 神 华神 东煤 炭 公 司 大 柳塔 煤 矿 ，陕西 神 木 7 1 9 3 1 5 摘 要 介 绍 了大柳塔 煤矿 2 煤层 首次采用短臂双翼 旺格 维利项板全 部 冒落式采煤 法的 经 验 ，通过 方案对 比、经济分析 及 井 下 实际论证 ，客观 地 分析 了这 种无 煤 柱 旺格 维利采 煤 法给神 东矿 区旺采 工作面顶板 管理 及采 空区防灭火带 来的好 处。 关键词 旺格维利采煤 法 ；顶板管理 ；巷道布置 ；回采工艺 中图分类号 T D8 2 3 ． 9 文献标 识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 0 4 0 5 0 0 7 6 0 3 大柳 塔煤 矿 2 煤 层 6 0 7东 部 旺 采 工 作 面 位 于六 盘 区 中部边角地带。南部为 2 辅运大巷保护煤柱线 ，北部边界 为 F d 正断层及 6 0 8回风顺槽 ，西部 为原 1 2 6 0 7综采工作面 采空 区 。煤层 厚 度 4． 8 ～5 ． 3 6 m，平均 厚 度 为 4． 8 5 m，煤 层 厚度稳定 ，地质构造较简单 。直接顶厚度 2 ． 3 m，以粉砂岩 为主，层理较发育 ；底板以砂质泥岩为主 ，遇水易泥化。 工 作 面 配 备 一 台 1 2 C M一 1 0 DV G 连 续 采 煤 机，两 台 C H 8 1 8蓄电池运煤车 ，一 台太 原煤 科院大修过 的 T B 4 0 9 5 C 双臂 锚杆机 ，一 台 1 0 3 0给料 破碎 机 ，一 台 4 8 8蓄 电池铲车 。 工作面在籍 3 2人 ，采煤方法为短臂双翼旺格维利顶板 全部 冒落式采煤法。工作面最高月产 1 2 ． 3万 t 。 1 巷道布置 工作面巷道布置分为直接布置法 、单翼 集中布置法和 双翼 集 中布 置 法三 种方 法 。 1 ． 1 直 接 布 置 法 利用 原 6 0 7运顺 机 头段 及 6 0 8回顺 开 口段 与 2 辅 运 大 巷成 4 5 。 夹 角布 置 三条 平巷 ，分别 为辅 运 平 巷 、胶 运 平巷 和 回风 平巷 。三 条平 巷 中心 距 2 5 m，断 面 5 ． O m3 ． 5 m 宽 高 。垂 直 于 回风平 巷直 接 布 置一 组 6条 回 采 支巷 。支 巷 中心距 1 4 ． 5 m，断面 5 ． 5 m3． 5 m 宽 高 。每组支巷 留 l O m 隔离煤 柱 ，平 巷 距 离 超 前 支 巷 一 个 联 巷 ，6条 支 巷 全 部 回采完 后再 送平 巷 ，如 图 1 。 这种方法适用于支巷距采 区保护煤柱边 界线距离 小于 3 0 0 m的情况 。其优点是 工作面系统简单 ，煤炭从工作面 出来后 直 接 上 胶 运 平 巷 胶 带 ，中 间 无 转 载 环 节 。缺 点 是 随着工作面向里推进 ，当工作支巷至原 6 0 7工作面采 空区 保护煤柱边界线距离超过 3 0 0 m 时，一是工作 面采掘平 衡 关 系不易 掌握 ，有 时整 月 掘 进 支 巷 ，有时 整 月 回采 ，产 量 不均衡；二是运煤车运输距离加 长后 ，煤 机等待运煤 车时 间变长 ，工作 面整体效率下 降，电瓶耗 电量大容 易发 热， 造成使用寿命缩短或 电瓶损坏。如果采取每三条支巷铺设 一 次胶带的方法，6 0 7工作 回采完后共有 1 2 0条支巷 ，总 共 铺设 4 0次 胶 带 。一部 胶带 安装 费 按 1万元 计 ，总 计 安装 费 4 0万元。大柳塔矿连采三 队刚开始 回采 时采用直接 布 置法 。 。 。 。 。 e。 。 9 。。 。 。 e。 。 。 。 。 上测量任意线路间 不同类 型的线路 ，线路 上的任意点 之 间的线路距离。 4 结 语 利用数据库保存设 备的拓扑关系 ，并在 图形 编辑操 作 时动态地维护 ，并将改变的拓 扑关 系保存到数据库 中。根 据这 一设 计 思想 ，完 成 了 有线 电视 网络 管 理 系 统 ，对 本 文 所描述的方法进行 了验证 ，证 明这种设计思路和系统结构 高效 、可行 。 参考 文献 [ 1 陈军 ．构 建 多 维 动态 地 理 空 间框 架 数 据 ． 间基础 框 架 [ C] ．科 学 出版社 ．2 0 0 3 9 ． [ 2 殷 人 昆 ，陶永雷 ，谢 若 阳 ，等 ．数 据 结 构 出版社 ．1 9 9 93 6 43 7 9． 数 字 中国 地 理 空 [ M ] ．清 华 大学 [ 3 龚 健 雅地 理 信 息 系 统 基 础 [ M ] ． 科 学 出 版 社 ．2 0 0 1 21 0 21 5 责任编辑章新敏 收稿 日期 2 0 0 40 22 3 作者简介郭永文 1 9 6 8 一 ，男，内蒙古包头人 ，1 9 9 2年毕业于阜新矿业学院采矿工程 系采煤专业 ，学士学位 ，独立 主持 了神东煤炭公司活鸡兔矿 1 煤复合区设计 、榆家梁矿等千万 吨以上大型矿井井 下设计 ，曾任 大柳塔 煤矿连采三 队付队长兼采煤工程师，神东煤炭公司设计研究院矿建室主任 ，现任神东煤炭公 司哈拉沟矿技 改 工程 项 目经 理部 办 公室 主 任 。 76 维普资讯 2 0 0 4年 弟 5期 l l 2 霹 I 25 m 25 m ． _ 1 2 3 亚 亚 亚 巷 巷 巷 图 1 1 ． 2单翼集 中布 置法 当支 巷从 三条 平 巷 开 口至采 区保 护 煤 柱 边 界 线距 离 超 过 3 0 0 m 且 顶板 含 水 破 碎 、压 力 大 时 ，采 取 单 翼 集 中 布 置 法 。即垂 直 于三条 平 巷 布 置 三 条 区段 集 中巷 ，巷 道 中 心 距 1 7 m，净煤柱 1 2 m，断面 5． O m3． 5 m 宽 高 。三条集中 巷 送 到位 后 ，沿 区段 集 中巷前 进方 向的左 侧垂 直 布置 支 巷 支巷每六条为一组 ，从里向外后退式 回采 ，如图 2 。 昌 区段辅运巷 区段胶运巷 支 l 区 段 回 风 老 14 ．5 m 2 5 m ． 2 5 m 1 2 3 巷 亚 亚 亚 巷 巷 巷 图 2 1 ． 3 双 翼 集 中布置法 巷 道 布置 采用 直接 布 置法 工作 面 最高 月产 6 ． 7万 t 。由 于 这种 方法 在 支 巷 长 度 大 于 3 0 0 m 时 ，运 煤 车 运 距 长 很 难 发挥煤机效率 ，铺胶带不 经济，产量不均衡 ，采掘平衡 不 能保 证 。大柳 塔 矿 连 采 三 队在 回采 完 靠 近 平 巷 开 口处 的 9 条支巷后 ，将工作面巷道 布置 和回采工艺重新设计 、优 化 为短臂双翼旺格维利顶板全部 冒落式采煤法。即将工作面 划分为五个 区段 ，每个区段长 2 6 4 m，区段煤柱留 l O m。在 每一区内垂直于三条平巷布置三条区段集中巷 ，巷道 中心 距 1 7 m，中间 留 1 2 m净 煤柱 ，断 面 5 ． O m 3 ． 5 m 宽 高 。 垂直于区段集中巷左右两侧分别布置支巷 ，长度 1 1 5 m，巷 道 中 心 距 1 4 ． 5 m，中 间 留 9 m 净 煤 柱 为 回 采 煤 柱 ． 断 面 5 ． 5 mx 3 ． 5 m 宽X高 ，每组六条 ，组与组之间不 留隔离煤 柱 。如图 3 。 工 作面 巷 道布 置 、回采 工 艺 优 化 后 ，产 量 由原 来 最 高 月 产 6 ． 7万 t 提 高 到 1 2 ． 3万 t ，生 产 效率 提 高 约 一 倍 。实 行 无煤柱 开 采 ，顶板 随采 随 冒 ，一 是 从 安 全 上 彻 底 解 决 了 采 空 区 顶 板 长 时 间 、 大 面 积 不 能 及 时 冒 落 ， 对 设 备 、 人 员 左 翼前进式回采 支 巷 _ l 区 段 辅 运 巷 区段胶运巷 l 区 段 回 风 左翼后退式回采 图 3 造 成 的危 害 。二 是 工 作 效 率 高 ，采 掘 平 衡 关 系 易 于 掌 握 ， 生产 相对 集 中 ．可实 现 高 产 稳 产 。三 是 解 决 了通 风 密 闭数 量 大 的 问题 ，工 作 面一 个 区段 采 完 后 ，只 需 在 三 条 区段 巷 开 口 5 m处打闭，密闭数量 由原来 的 1 2 0个减少为 1 5个 。 节约经 费 3 6 ． 7 5万元。四是胶带铺设次数 由原来每采三条 支巷铺一次变 为每 区段铺一 次，共减 少 3 5次 ，节 约经费 3 5万 元 。 2 回 采 工 艺 2 ． 1支巷 回采顺序 工作面采煤方法为短臂双翼 旺格维利右翼前进式 、左 翼后退式无煤柱采煤法。顶板管理方法为全部冒落法。 如图 4，以右翼 前 进 式 回采 为 例 ，1 支 巷 为 上 组 留下 的支巷 ，三条区段巷每次超前 1 支巷 1 l O m。支巷每六条 为一组 ，每 次 回采 时 掘 4 条 采 3 条 留 1 条 。 即先 掘 2 、3 、4 支 巷 1 支 巷 上 组 已 掘 出 ，然 后 回 采 1 、 2 、3 。 支巷 ，4 支 巷煤 柱 留下 不采 ；待 5 、6 、7 支 巷 准 备 出来后 ，回采 4 、5 、6 支 巷煤 柱 ， 留 7 支 巷 煤 柱 不 回采 。 如此 反复 ，以此类 推 。 2 ． 2相邻 支巷间顶板压 力显现 规律 这 种 回采工 艺 的 好处 是 l 、2 、3 支 巷 间 的煤 柱 回 收 完后 ，直 接顶 冒落 ，工作 面顶 板 压力 的峰值 区 向距 3 支 巷 l 5 ～2 0 m 的前方 转 移 。此 时 ，4 支 巷 的 回采煤 柱 逐 渐 承 压 被压 酥 ，压力 最后 完 全 释 放 ；5 支 巷 的煤 柱 在 压 力 峰 值 区 ；5 、6 、7 支巷 巷道位 于压 力稳 定 区 ，利于 巷道 掘进 ， 如 图 4 。支巷采 空 区顶 板 完全 冒落充 填 密 实 的时 间一 般是 3 ～ 7 d 。5、6 、7 支巷掘进时间通常是 3 d左右 ，此时 1 、 2 、3 支巷采 空 区顶板 已经 冒落 ，4 支 巷煤 柱 已被 彻 底 压 酥 ．压力基 本释 放 ，回采安全 ，而 且省煤 机截 齿 。 工作面 实际 回采过 程 中观 察 到在 1 支巷 回采 时 ， 2 支巷前进方 向的左帮、尤其 是 3 支巷 的两帮 ，都 发出 “ 嘣嘣”的响声 ，声音清脆 ，有压裂片帮现象 。这一事实进 一 步证 实 了矿 压活 动 的规 律及 回采工 艺 的科 学性 。 2 ． 3 支巷煤 柱的 回收 工艺 如图 3 ．支 巷 中心 距 1 4 ． 5 m，中 间 留 9 m 煤 柱 ，采 硐 宽 3． 3 m 等于煤机截割头宽度 ， 长1 l m 等于煤机机身长度 ， 77 维普资讯 2 0 0 4年 第 5期 _6 支 巷 一5 支 耧 ■ ■ ■ _4 支 巷 _∈ ； 专 车 斟 } 支 巷 妇 1 l 5 2 0 m 压力峰值区 l I I I 原岩应力带 ． I I 支承压力带 ～ I 卸载带 与 支巷 夹 角大 致在 4 5 。 左 右 ，相邻 采 硐 间不 留煤 柱 ． ．停采 线 距 支巷 开 口约 1 5 m。煤 机单 刀从 里 向 外 依 次 回 采 ，并 与 相 邻支巷单刀全断面采透。 2 ． 4直接 顶初 次垮 落步距 的确 定 通常支巷 回采至第 8个采硐即第 8刀时，顶板开始 出 现“ 唰唰 ”响 声 ，顶 板掉 渣 ，采 空 区顶板 打 雷 ，煤 柱 片 帮 ． 随后直接顶发 生 冒落。为 了安全 ，一般 回采 第 6刀 时 留 7 0 0 ～1 0 0 0 mm 的信号 煤柱 ，采到第 8刀时信 号煤柱 被 压 垮 、炸裂 ，发 出响声 。在井 下 直接 顶 顶 板 断 裂 方 向与 巷 道 成 4 5 。 左 右 的夹 角 。初 步 判 断 直 接 顶 垮 落 步 距 大 致 在 8 4． 6 7 3 7． 3 6 m 。 根据 矿 山 压 力 及 其 控 制 原 理 ，直 接 顶 初 步 垮 落 步 距 L直 计算 公式 L 直 ≥∑ h 8 a 6 q 式 中 ∑h 直 接顶 厚 度 ，根据 综 合柱 状 图 ，取 2 ． 3 n ； a t 直 接顶 的抗 拉 强 度 ，取 口 ， 5 ． 1 2 MP a ； y 直接 顶 岩石 容重 ， y 2 4 ． 5 k N／ m ； 口 单 位 长度 直接 顶 的 载荷 ，k N／ m ，q1 ∑， y 1 2． 3 2 4． 5 5 6． 3 5； 将 各值 代 入公 式得 L直 ≥ 3 3． 3 3 m 根据理论与井下现场经验 ，直接顶初 次垮落 的步距为 3 7． 3 6 m 。 直接顶初次垮落后 ，在井下旺采工作面平均每采 2～3 刀直接顶垮落一 次。即每隔 9． 3 4～1 4 ． o l m直接顶周期性 垮 落 一 次。 右侧前 进 式 回采 至 2 3 支 巷 即工 作 面 推进 至距 区段 巷 开 口 3 5 5 m 时 ，采空 区老顶 冒落 白色 中砂 岩 ，把 直接 顶 冒 落的矸石第二次压实 ，采空区顶板开始出现淋水，有声音 3顶板管理 的经验 旺格维利采煤法是神东矿区新兴 的采煤法 。由于该方 法具有巷道布置简单 、产量高 、人员少 机动灵活 的优点 ， 在 矿 区得 到广 泛应 用 ； 同时 也 存 在 不 安 全 隐 患 。 比 如 ， 回 采 时 留煤柱 造 成采 空 区顶 板 长 时 间 、大 面 积不 冒 ，这 些 顶 板一旦 冒落，将产生 巨大的冲击波，飓风夹杂着岩块从工 作 面 喷 出 ，可 造成 埋 设备 、伤人 员 经过 一年 来不 断 优 化 工 作 面 巷 道 布 置 、支 护 参 数 及 回 采工 艺 ，初步 形成 了一 套行 之有 效 的顶 板 管理 办法 。 1 为了防止直接顶初次来压造成顶板 冒落砸坏设 备 、 7 8 图 4 人员 ，煤机司机应在 回采第 6刀时留 7 0 0 ～1 0 0 0 mm左右的 信号煤 柱 。当直接 顶 初 次 来 压 时 ，该 煤 柱 受 压 炸 裂 ，发 出 “ 嘣嘣”的响声 。一般采完第 8刀后 ，该信号煤柱被彻底压 酥 ，片 帮塌 落 ，直接 顶发 生 初次 垮落 ，压力 释放 。 2 直接顶 初 次来 压后 ，每 采 2 ～3刀 留 5 0 0 mm 左 右 的 煤柱 ，始终 保持 采空 区顶板来 压 滞后 回采 地 点 2～3刀 ，约 1 0～1 5 m 的距离 。 3 支巷回采前 ，先重新二次紧固锚杆 ，处理片帮、离 层煤 皮 。 回采 时 煤 机 司机 手 动 操 作 要 始 终 坐 在 驾 驶 室 内 ， 身 体不 能 向外探 出 ；遥控 操 作 时 ，煤 机 司 机 站 在 有 锚 杆 支 护的实体煤 帮侧且身体紧贴煤 帮。副司机站 位同正司机 ， 并 不 时观察 顶 板压 力 。 4 煤 机 为右 驾驶 室 ，为保 证 司机 安 全 ，在 回采 工 艺 上 采取煤机从支巷前进方向的右侧进刀 ，从里 向外依次后退 式 回采 。 5 从 区段胶 运集 中巷煤 柱 片帮 的情 况分 析 ，目前 区段 巷煤柱尺寸 1 2 m偏小 ，比较合理 的范 围是 1 5 ～2 0 m。集 中 巷右 侧前 进 式 回采 ，左侧 后退 式 回采 。 6 为 了让 采空 区顶 板 充分 冒落 ，每 组 支巷 间不 留隔 离 煤柱 ；实行无煤柱开采，每刀必须与相邻支巷全断面采透。 7 巷 道顶 煤 留设厚 度 5 0 0～8 0 0 mm，锚 杆 机 司 机 必须 坚持 班班 探 顶煤 ，并 填好 交接 班 记 录 。 8 回采过程中，若井下设备发生故障，先将煤机等设 备从工作面退至安全地点，防止采空区顶板 冒落埋设备。 4 经济效益 1 工 作 面巷道 布 置 、采煤 方法 经 过优 化设 计 后 ，月 产 由原来 的 6． 7万 t 提 高到 1 2． 3万 t ，提 高生产 效 率约 1 倍 。 2 解 决 了 采 掘 平 衡 关 系 ，工 作 面 实 现 连 续 稳 产 、 高 产 。 3 在神东矿区使用旺格维利采煤法的矿井中，首次实 现 了回采工作面顶板随采随 冒，为神东公 司旺格维利采煤 法 顶 板管 理 闯 出了一 条 新 路 子 。解 决 了旺 格 维 利采 煤 法 顶 板长时间 、大面积不 冒落 ，产生冲击波对设备 、人员造成 的危 害 。 4 为该矿共节约资金约 7 1 ． 7 5万元。其 中打密闭费 用约 3 6 ． 7 5万 元 ，胶 带安 装费 用 约 3 5万 元 。 5 截齿 神 东公 司 总机 厂 生产 的 U5 8 消耗 量 由原 来 的 4 8个／ 万 t 减少为 3 2个／ 万 t 。截齿 8 6元／ 个 ，旺采工作 面 年 产量按 1 2 0万 t ／ a ，累计 一 年节 约 1 3 ． 7 6万 元 。 责任 编辑马光辉 维普资讯