高产高效水力采煤采垛参数的优化(1).pdf

科 l 技 【 论 1 坛 科 黑 龙 江 技信总 高产高效水力采煤采垛参数的优化 崔巅 双鸭山市尖山区安全生产监督管理局， 黑龙江 双鸭山 1 5 5 1 0 0 摘要 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 1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 。 2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 ． O m厚的砂质泥岩，直接顶为 3 ．O 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 2 _2 ． 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 平移近速度大于垂直移近速度 ；距采 面较近的 范围则相反 。 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 2 ． 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 。 3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 3 3 ． 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 m， 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 。 3 ． 3 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 ～ l O 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 a 增加至 5 4万 ，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 ／ I． 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 。 综上所述 ， 可以看 出主要针对小 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『 J 1 ． 淮 南矿业 学院学报． 1 9 9 8 ， № 3． 【 2 】 涂敏 等． 水采 采场顶板 周期垮 落规律及 数力 学模型Ⅲ煤炭学报。 1 9 9 8 。 N o 3 ． 一 55 维普资讯