淮南矿区大倾角煤层采煤方法初探-.doc

专题综述 淮南矿区大倾角煤层采煤方法初探淮南矿业集团有限责任公司 李佩全 李俊斌 刘 亮 摘 要 文章立足淮南矿区大倾角煤层开采的自身特点,通过对淮南矿区和四川广旺有关大倾角煤层采煤方法指标的对比分析,提出适合本矿区开采条件的采煤方法和发展方向。 关键词 大倾角煤层 采煤方法 认识 大倾角煤层,即倾角3555 ,局部可达60 的煤层,在我国开采煤层中产量所占比例很小。由于倾角大,再加上特殊的矿压显现,管理复杂,使开采大倾角煤层采煤方法难以选择。通过对本矿区及国内开采大倾角煤层采煤方法的调查研究,寻求适合淮南矿区的采煤方法,以促进生产的发展。 1 大倾角煤层开采概况淮南矿区目前有生产矿井11对,其中多为开采缓斜煤层,开采和局部开采大倾角煤层的矿井主要有李咀孜、李一、李二、新庄孜,孔集矿,详见表1。 淮南矿区采煤方法多选用走向长壁,由于地压大、瓦斯高、系统差和地质条件复杂,造成采煤方法多元化,主要有掩护支架、长壁、水平分层等,非正规采煤方法有楼式回煤和巷柱式,详见表2。 表1 淮南矿区大倾角煤层矿井 矿 别设计能力 /万t a-1 核定能力 /万t a-1 面积 /km2 走向长度 /m 倾斜长度 /m 投产 年份 瓦斯 等级 开拓方式 新庄孜矿27019017 92560037501947双突主斜井、副立井、集中运道分区石门李一矿90756 06200075021001957高斜井、暗立井、集中运道、分区石门李二矿1 7220008601957低立井、集中运道、分区石门 李咀孜矿30302 493150356540010401960高斜井、集中运道、分区石门 孔集矿90456 075008001964低立井、集中运道、分区石门 表2 淮南矿区大倾角煤层采煤方法 矿 别采煤方法工作面走 向长/m 工作面 倾斜长/m 落煤工艺倾角/ 支护材料 新庄孜矿长壁10050080120炮1550单体 李一矿长壁、掩护支架、楼式10050070130炮1090单体、工字钢、坑木李二矿长壁、掩护支架、水平分层、楼式1 5m 2 2 定量对比 表4 采煤方法指标定量统计对比 比较项目倾斜分 层长壁 掩护支 架八 字型 楼式 回煤 巷柱式 单一煤 层长壁 掩护支 架一 字型 煤厚/m3 63 63 62 01 63 0采高/m1 83 03 62 01 61 9倾角/ 485252454160走向长/m15015060150539475面长/m6058585 09546单产/t 个月-1 72901242049802216604816365回采工效 /t工-1 2 236 581 821 65 3 305 52坑耗/m3 万t-1 160180182080120901005101015 回采率/959267649790 2 3 综合评价 2 3 1 走向长壁倒斜台阶采煤法 一般适用于煤厚小于2 0m的煤层。具 有巷道布置简单,掘进率较低,工作面分段 可平行作业,通风系统简单,回采率较高等 优点。但存在顶板管理工作量大,劳动条件 差,材料消耗高,安全系数低等严重缺点, 因而已被淘汰。 2 3 2 水平斜切分层采煤法 该法突出优点是安全可靠,能适应煤厚 和倾角的变化,不足是采区系统复杂,巷道 掘进量大,技术经济指标偏低,仅限于厚煤 层及特厚煤层,而淮南矿区仅C13槽煤厚在 6 0m左右。随着采煤技术的不断进步,该 法最终将被放顶煤工艺所取代。 2 3 3单一煤层倾斜分层走向长壁采煤法 一般适用于倾角小于55 的煤层,是目 前开采大倾角煤层的主要采煤方法之一,具 有适应性强,巷道布置简单,掘进率低,单 产高,便于机械化采煤等优点,但存在顶板 管理工作量大,坑木消耗大,单体面则支柱 丢失率高,冒落矸石易冲入工作面影响安全 等不足。今后需要改进的是淘汰现存的木支 护,并切实解决单体液压支柱的倒滑问题, 发展能抗顶底板滑移的整体稳定性好的轻型 单体液压支柱或轻型液压支架。 2 3 4 掩护支架采煤法 适用于倾角45 以上煤层赋存稳定,构 造简单,煤厚大于1 3m的急倾斜煤层。掩 护支架采煤法具有长壁法系统简单的优点, 工艺简单,顶板管理工作量小。用于25 左 右的伪斜工作面,工人操作安全,行人方 便,消除了其它采煤法不安全因素,可3班 出煤,产量高,材料消耗低,是现在和今后 开采急倾斜煤层的主要采煤方法,其不足在 于对煤厚、倾角变化以及地质构造的适应性 较差,煤炭回收率不如长壁采煤法。 2 3 5 楼式回煤与巷柱式采煤法 两法均适用于倾角30 以上煤厚大于 1 5m的倾斜和急倾斜煤层。楼式法具有回采工艺简单,劳动强度低,产量较高的特点,但要求事先开掘大量的斜巷,而且在斜巷中运料工作困难,存在煤炭回收率低、局扇通风、通风系统不完善、煤尘大、工人2次进采空区等缺陷;巷柱式采煤法其通风系统稳定性优于楼式法,但存在巷道掘进率高,煤炭回收率低,小眼多,管理复杂,产量低等严重缺点。两法均局限于低瓦斯煤层中采用,属非正规采煤法。淮南矿区由于受煤层赋存状况和开采条件的制约,现在和今后一段时间内,两法将作为临时过渡性的辅助方法与正规采煤法共存。 3 对大倾角煤层采煤方法的认识 3 1 淮南矿区大倾角煤层采煤方法 淮南矿区大倾角煤层开采,50年来先后采用了近10种采煤方法,最后保留下来走向长壁、柔性掩护支架、楼式、巷柱式等4种采煤法,基本上满足了35 以上煤层开采的需要。除巷柱式外,其余3种采煤方法在布置上的共同点是,采面上出口超前,呈伪倾斜布置。 经矿区多年开采实践,根据煤层开采条件合理选择不同的采煤方法,其选择和互换原则是对煤层倾角3045 、局部达50 的煤层,首选走向长壁法;倾角4555 、局部达60 的煤层,若煤层赋存稳定,地质条件简单,可选择柔性掩护支架采煤法,而在回采过程中出现地质变化无法通过时,根据各矿习惯,采用楼式或巷柱式采煤法回采,其作业规程必须报集团公司审批。 3 2 四川广旺大倾角采煤方法 广旺矿务局是以开采大倾角薄煤层为主的煤矿,采煤方法主要有柔性掩护支架法、伪俯斜走向长壁分段密集采煤法和伪斜小巷多短壁采煤法。 分段密集法取消了倾斜密集支柱,改为沿走向一定长度、有一段斜距的走向密集支护,把工作面沿倾斜分隔成若干分段,密集支柱的作用不再是常规切顶而是拦截采空区矸石。其优越性在于改变了围岩的受力状况,增强了顶底板的稳定性,缓和了矿压显现,可以实现象缓倾斜采面那样多工种分段平行作业,利于提高单产和效率,消除了一些不安全因素,其不足是采空区矸石的部分推力靠密集支柱承担,当采高超过2 0m 时,支柱易折断影响安全,同时错茬密集之间有通风不良的隅角,易积聚瓦斯,严禁在高瓦斯煤层中应用;伪斜小巷多短壁法,则是走向长壁与正台阶布置相结合,将长壁变为数个短壁。 这2种采煤方法的技术关键是要解决密集支柱的承载力和稳定性,要有一定厚度的矸石垫层;均采用带木帽点柱支护,要求直接顶板中等稳定以上,而淮南矿区开采煤层直接顶多属1类不稳定顶板,因此不适宜在淮南推广,但作为一种全新的采煤方法,特别是分段密集法,必将推动大倾角煤层工作面采煤机械化工作的发展。 3 3 生产指标对比 表5 两个矿区大倾角煤层开采生产指标对比 项 目煤厚/m采高/m倾角/ 工作面 个数/个 年产/t单产/t个月-1工效/t工-1 广旺伪斜小巷短壁1 301 45331 0122637102204 45 广旺分段密集1 161 16451 09007075064 26 广旺掩护支架1 101 40561 010********* 97 淮南走向长壁1 801 80430 6788426109983 70 淮南掩护支架3 502 40601 0196380163655 52 淮南楼式回煤4 60551 0751******* 86 下转第13页 织的九五∃攻关项目高产高效综放开采成套装备与工艺研究∃,已在兴隆庄煤矿5318面全面实施,该项目在设备配套与生产工艺的优化等方面进行了有益的探索。 1煤巷全部采用锚网支护,减少了替棚这道高强度工序,改善了端头支护状况,使端头维护量大大减少,可减少人员30人,使煤机上下回头时间缩短了一半。 2前后输送机以及转载机均采用大功率运输设备,尤其后部输送机输送能力达1500t/h,可使放煤口由原来2个增加到3个,放煤速度是原来的1 5倍,并解决了采放不平行问题,使煤机割煤量也相应增加。 3支架进一步完善,增加了上提底座箱装置以适应底板松软的条件,使支架前探梁具有上摆7 的功能,改善了支架的接顶状况,增大了尾梁的上摆角度,最大摆角时,尾梁能达到水平位置,增强了支架的破煤能力并使放煤口增大。 4全分布式巷道及工作面压力在线监测,实现了对工作面压力、巷道顶板监控和对设备有效状态监测和统计,对在线监测参数超限具有报警功能,为管理人员提供了实时的井下工作面及巷道压力信息。 5选择电牵引采煤机,可大大降低煤机事故率,同时截深增加至800mm,经多次试验800mm为最佳放煤步距,采用一刀一放的放煤工艺,使放煤工序简化,提高了循环产量,便于考核回收率,及时指导生产。 6转载机配备自移装置,减少了循环时间。胶带输送机增速,并增设软启动装置,降低事故率,提高了运量,为工作面实现高产高效提供了有利条件。 5318综放面试生产的第一个月月产量为36 4万t,达到了年产500万t的水平。实践证明,缓倾斜特厚煤层综采放顶煤技术在兴隆庄煤矿的应用是成功的。 作者简介 李志伟,34岁,1988年毕业于山东矿业学院采矿系,参加了华东地区首家综采放顶煤试验,一直从事综采放顶煤技术管理工作,现任矿技术科副科长,曾发表论文数篇。 通讯地址山东省兖州市 邮 编272002 收稿日期1999-04-26;责任编辑邹正立 上接第5页 4 结语 通过上述研究分析和生产指标对比,认为淮南矿区开采大倾角煤层主要采煤方法,符合矿区自身特点,利于安全生产。但在今后的生产实践中,尚需研究解决掩护支架法实现架下回采机械化,在厚煤层放顶煤工艺、单体支柱的轻型化及严格控制非正规采煤等方面继续探索,使大倾角煤层工作面单产、效率与安全能够得到进一步提高和改善,促进煤矿安全生产。 参考文献 1 徐永圻 煤矿开采学 徐州中国矿业大学出版社, 1993 2 李栖凤 我国急倾斜煤层开采方法 世界煤炭技术, 198312 作者简介 李佩全,高级工程师,1982年毕业于淮南矿业学院采矿系,现任淮南矿业集团有限责任公司生产技术部部长,一直从事煤矿生产技术管理工作,发表论文多篇。 通讯地址安徽省淮南市 邮编232001 收稿日期1998-11-25;责任编辑崔德仁 煤矿开采ENGLISH ABSTRACTS Study on the mining for deeply in clined coal seams in Huai Nan coal mining areaBe ginning with introducing the charac teristics of deeply inclined coal sea ms in Huainan mining area,this paper discuses s of min ing deeply inclined coal seams in Huai Nan coal mining area and Guang Wang coal mining area. Specifications of the mining systems in the two mining areas are compared and necessities of fur ther optimizing the mining in Huai Nan mining are highlighted. Development and application of rockbolting technology for in seam roadw ays in Xinwen Coal mining areaThe paper introduces the development process of in sea m roadway rockbolt ing technology in Xinwen coal mining area.Short comings of the current technology are discussed and approach to overcome these shortcomings is highlighted. Mining a thin seam with safety pillar against drift sand being left in Yangcun MineIn order to mine a thin sea m in Yangc un Mine,with safety pillar a gainst drift sand being left,in situ measurement has been undertaken to determine the height of caving zone and the height of fractur ing zone above longwall goaf.A so calledP fac tor ∃has also been used to predict the height of fracturing zone.Dry satura tion water ab sorption experiment indicates that the water bear ing strata features low water enrichment while the basement rock is good in term of water resisting property.Field trail mining of longwall No.2605 has been successfully accomplished. Study on longwall support and strata control issues in deep coal minesBeginning with an analysis of the causes of more roof falls with in creased height in shearer track and severer coal face spalling in deep coal mines,the paper dis cusses longwall roof support require ment and safe ty precaution measures to be taken for deep coal mines. Ground pressure behavior of slanting long walls in deeply inclined coal seams with thin to medium thicknessBased on in situ measure ment and3 dimensional FE M modeling,this pa per disc usses the displace ment of roof and floor strata,mining induced stress redistribution, working loads on supports,and deation of gateroads of slanting longwalls in deeply inclined coal seams with thin to medium thickness. Trial on afterward unloading of resin an chored high strength cable bolts in roadw ays with thick top coalResin anchored high strength cable bolts has proved to be an effective mean of secondary reinforce ment for roadways with thick top c oal.Ho wever,during long wall retreat ing,hanging roof often occurs in rear of the two ends of longwall face,which may cause problem to ventilation system and roof control.This paper presents two kinds of technique to unload the ca ble bolts,with actual results in field trail being introduced. Rational connection between longw all gateroads and main entrances of mining sec tionsBased on technical and economic analy sis of two connection patterns between longwall gateroads and main entrances of mining sections, this paper presents optimization approach of the connection pattern in accordance with dip angle of coal seam and intervals between coal seams. Causes ofparallel status∃problem of four bar linkage and the solutionIn graphic analysis of mechanical properties of four bar link age,discontinuity of mechanical model occurs when the front bar is in a parallel status to the rear bar.This paper presents,using analytic ,an explanation to the causes of this prob lem and solution for it. Analysis on anchorage failure mechanism of fully encapsulated boltsBased on testing re sults of anchorage capacity of fully encapsulated bolts,the paper presents an analysis of the an chorage failure mechanism of fully encapsulated bolts.Features of anchorage failure are highlight ed.修作量 译 阎少宏 校