高产高效水力采煤采垛参数的优化.pdf

高产高效水力采煤采垛参数的优化哈尔滨市煤炭工业公司张瑞勇骆银龙摘要本文分析了小阶段走向短壁水力采煤巷道矿压显现规律；指出合理布置水采巷道系统、优化采垛参数，是实现水采工作面高产高效的必要条件。关键词高产高效水采采垛参数优化一、相关问题的提出采用走向短壁水力采煤方法时，巷道除受掘进影响外，还受多个小阶段回采活动的彼此影响。由于巷道围岩呈多孔应力叠加分布，因而水采巷道矿压显现比同条件下的旱采剧烈，巷道维护困难。水采巷道的维护状态及围岩的变形，除取决于巷道的支护方式和支架的力学性能外，主要与采垛参数、工作面错距、冲采面积等因素有关。它们是影响水力采煤技术经济效益的重要因素，因此必须对水采巷道矿压显现规律进行研究，以便优化水采巷道布置，合理确定采垛参数。二、水采巷道矿压显现特征 2． 1 水采区开采技术条件。现场测试地点为某矿水采区，煤层平均厚度5 m，伪顶为 1 ． 0 m厚的砂质泥岩，直接顶为3 ． 0 m 厚的细砂岩，煤层倾角为2 5 。。采用走向短壁小阶段布置方式，由上往下 7 ～8 个小阶段联合推进，依次相错两个移枪步距一个移枪步距8 m ，采用高压水射流落煤，一次采全高，全部垮落法管理顶板。水采区巷道采用工字钢梯形支架支护，巷道围岩变形测点采用十字布点法，对掘进期、待采期、冲采期巷道围岩变形进行测试。 2 ． 2 水采巷道矿压显现规律 1 单工作面冲采。通过对观测数据的整理分析可知，采动对位置不同的巷道影响程度不同。当巷道距工作面较远时，其移近速度变化比较平缓；距工作面较近时，移近速度迅速增大。距采面较远范围水平移近速度大干垂直移近速度；距采面较近的范围r il N 反。相邻的第一条巷道以滞后工作面1 5 ～2 0 m时围岩移近速度达最大值，回采面后方的移近速度高于前方的移近速度；工作面下方相隔的第二条巷道，位于采面前、后方一定距离范围内影响不大，一般在滞后较大距离才显示略受采动影响，但影响程度及范围都比较小。 2 多工作面冲采。在保持一定错距的几个相邻工作面依次联合交替冲采时，巷道受到多个工作面采动的综合影响。由于冲采对工作面下方的第二条巷道影响较小，故综合影响主要是本工作面和上、下方相邻工作面叠加采动影响，且相邻上方工作面采动影响以滞后采面 1 5 ～2 0 m时为最大。三、巷道布置系统优化研究 3 ． 1 回采巷间距及水采区的倾斜长度回采巷之间的煤体煤垛稳定与否直接影响到巷道的维护状态，若受采动影响后煤垛仍能保持稳定状态，则巷道容易维护，反之则难维护。上方相邻采垛回采产生的固定压力与本面回采的移动压力，在一定范围内叠加形成较高的压力集中。若煤垛较宽，在中部处于弹性应力状态，此时巷道仅在回采强烈影响期间产生围岩变形且比较缓和，随采动影响的减弱、支承压力的下降，巷道围岩变形趋于稳定而得到保护；若煤垛较窄，巷道不仅距离上方相邻采空区较近，受顶板垮落影响大，而且在采动强烈影响期间，整个煤垛发生塑性变形而失去承载能力，巷道变形加剧，很难维护。由水采巷道矿压显现特征知，巷道与采场间距变化，其变形速度与维护状态将发生明显变化。一般巷道间距愈小，回采巷受到相邻工作面和本工作面采动影响的程度也愈大。适当加大巷道间距可以缩小煤体的压裂范围，增加煤垛的稳定性，改善顶板及巷道的维护状态，减少掘进率，提高水采区的技术经济效益。 3 、 2工作面错距。在多个工作面保持一定错距依次冲采时，巷道势必受到多个工作面采动的综合影响。由上分析知，巷道受到的影响主要来自相邻及本工作面的采动影响，且相邻上方工作面采动影响以滞后采面 1 5 ～2 0 m 时为最大。显然上、下相邻工作面保持 1 5 ～2 0 m错距依次推进，则巷道围岩变形势必达最大。若增大工作面错距，相邻面之间虽然避开采动影响剧烈区的叠加，但巷道受上方采动影响时间增大，同时没有避开相邻采面采动影响剧烈区的扰动，因此增大工作面错距对巷道维护并不利。若缩小工作面之间错距，不仅能避开相邻采面之间采动影响剧烈区的叠加，同时减少了相邻采面之间采动影响的时间，使巷道围岩变形趋于缓和，移近量大为降低，有利于改善巷道的维护状态。因此在生产实践中应严格控制各采垛的开采顺序，准确确定冲采位置，避免工作面之间的错距加大。 3 ． 3合理采垛参数的确定。采垛参数是水力采煤的重要基础参数，主要指工作面长度、移枪步距等。采垛参数的变化导致顶板悬露面积发生变化，顶板悬露面积的变化不仅直接影响到巷道的维护状况，而且影响到射流的生产能力和煤炭回采率。根据模拟试验结果得出以下结论 1 对伪顶的控制，在冲采时严格控制采垛的长宽比，每次冲采面积应控制在一定范围内，否则冲采面积过大易出现中途冒矸埋枪等事故；冲采面积过小，冲采完顶板不易垮落，造成下次冲采过程中出现冒矸埋枪事故。由研究结果将某矿原来的巷道间距 1 2 ～1 8 m调整为 1 4 m，移枪步距 3 ～6 m 调整为 8 iT I ，实践结果表明冲采中途冒矸埋枪事故大为减少，既改善了煤质又提高了水采区回采率和劳动生产率。 2 对直接顶的控制。 P 3 ． 8 0 ～3 ． 9 1 时，顶板允许悬露面积为最小 9 4 5 ～1 0 0 0 m ，悬露的顶板沿走向跨距 1 6 m，沿倾向跨距6 0 ～6 3 m，由此可知，每次联合推进工作面的总长度宜控制在6 0～6 3 m左右。若单面长度为 1 2 ～1 8 m，则每次联合推进工作面的数目应控制在 3 ～4 个为宜。该矿原来采用7 ～ 8 个小阶段联合推进，采动影响范围大，巷道及分段上山很难维护，变形严重，严重影响水采区的运输和通风甚至行人，导致水采区产量低，成本高。根据研究结果将原来布置7 ～8 个小阶段的水采区分上、下两部分，每个部分3～4个小阶段联合推进，结果大大改善了水采区的生产条件，巷道及分段上山变形量减小，维护大大降低，水采区的产量也得到了较大的提高，水枪单产由原来的2 1 万t ／ a 增加至5 4 万t ／ a ，吨煤成本比该矿同类条件下旱采低，水采工作面直接工效达到 1 9 ． 7 4 t ／工，回采率略高于同类条件下旱采。经过近几年实际应用，给该水采区产生了较好的技术和经济效益。综上所诉，可以看出本文主要针对小阶段走向短壁水力采煤巷道矿压显现规律进行了分析；同时，指出了合理布置水采巷道系统以及优化采垛参数，这些都是实现水采工作面高产高效的必要条件，为走向短壁水力采煤法做出了贡献，为今后采煤工程的发展提出了一定的保证。参考文献 1 ．涂敏等．水采采场上覆岩层运动规律的三维相似模拟试验研究．准南矿业学院学报 1 9 9 8．N o 3 2 ．涂敏等．水采采场顶板周期垮落规律及数力学模型．煤炭学报 1 9 9 8 ．N o 3 ．．维普资讯