构造复杂地区厚煤层采煤方法探讨.pdf

第 2 5卷第 1期 2 0 0 5年 3月 山西煤炭 S HANX1 0【 AI ． Vo 1 ． 2 5 No ． 1 M a r ．2 0 0 5 文 章 编 号 1 6 7 2 5 0 5 0 2 0 0 5 0 1 0 0 2 2 0 3 构造复杂地区厚煤层采煤方法探讨 王 永 胜 太原西峪煤矿 ， 山西 太原 0 3 0 0 2 4 摘要 以 西 峪 煤 矿 3号 煤 层 为例 ， 通 过 分 析 认 为 ， 放 顶 煤 开 采 工 艺 比 分 层 开 采 工 艺对 复 杂 地 质 构 造 的 适 应 性 要 强 ， 进 一 步 分 析 了不 同放 顶 煤 工 艺及 其 对 复 杂地 质 构 造 的适 应 性 ， 最 后 提 出 了对 构 造 复 杂 地 区 厚 煤 层 采 煤 方 法 选 择 的 建 议 。 关 键 词 地 质 构 造 复 杂 ； 厚 煤 层 ； 放 顶 煤 开 采 中 图 分 类 号 TD 8 2 3． 8 文 献 标 识 码 A 近十几年来 ， 我国厚煤层采煤方法的改革取得 了十分可喜 的成 绩 ， 如 5 m 以上 厚煤 层 的综 采放 顶 煤和大采高综采一次采全高等 ， 这些采煤方法绝大 部分是在矿井技术先进 ， 装备较好 ， 地质条件较简单 的矿井得 到应用 的 。而在 地质 构 造较 复 杂 的矿井 ， 采煤方法 相对落后 ， 甚 至 有 相 当一 部分 地质 构 造较 复杂 、 装备 较差 的地 方 煤矿 的厚 煤 层 仍 采 用 “ 高落 式” 采煤方法 ， 资源浪费严重 ， 安全生产没有保 障。 因此 ， 很有必要 探讨 复杂 地 质条 件 下厚 煤层 的采煤 方法 ， 以促进 其采煤方法 的改革 。 1 分层开采 与放顶煤 开采 分层 开采是 厚煤 层传 统 的采煤 方 法之 一 ， 具有 回收率高 、 煤 质好 的优 点 ， 但 是也 存 在着 送 巷多 、 成 本 高 、 工效 低等缺点 ， 特别是 分层工作 面中最上层 与 底分层 工作面对 地 质构 造 的适 应 性 差 ； 而 放顶 煤 采 煤具 有送巷少 、 效 率高 、 经济 效益 好 的优 点 ， 对 不稳 定厚煤 层及构造 复杂 地 区 的厚煤 层 有独 特 的优 势 。 当然 ， 放顶 煤 开 采 工 艺也 要 受 到 煤 层 厚 度 、 煤 层 硬 度 、 层理 裂隙发育 程度 、 煤层 夹矸 厚 度 、 顶 板坚 硬 程 度等因素的制约 ， 这些因素都会影响在厚煤层是否 可以合理地进行 放顶煤 开采 。 西峪煤矿井 田内地 质构 造复杂 ， 断层 、 无炭 柱极 为发育 ， 给井下工作 面的布置 和采煤带来很 多 困难 ， 为此对 3 号煤开采方法也曾采用过多种工艺。 西峪煤矿 3号煤平均厚度 5 m， 煤层硬度 厂 0 ． 8 ～1 ． 2 ， 煤层节理裂隙发育 ， 与 2 号煤平均层间距 3 ． 1 m， 煤层 直接顶 为 泥质 页岩 ， 直接 底 为砂 质 页岩 且 较松软 ， 见 图 1 。西峪矿 3 6 1 8与 3 6 2 0为相邻 的 2 个工作 面 ， 由 于受 构 造 影 响 ， 工作 面走 向长 度 都 为 2 2 0 1 T I 。工 作面长度 8 0 m， 2个 工作 面 内落差 在 0． 8 m～1 ． 8 1 T I 的断层都 有 6条 。3 6 2 0是走 向长壁 分层 炮采工作 面， 采用 D Z - ． 2 2单体液压支柱配 2 ． 4 m 长 兀型 钢梁铺 菱形金 属 网支护 ， 支护形 式为对棚 齐 厚度 柱 状 岩 性 i ／ i ●● ■■■ ■⋯● 】 ●● _■■●⋯ ●■● 砂质泥岩 ■■ ■⋯●●●● ■一 ●● ●■ ●_ ⋯●一 2 0 0 2号煤 l _7 1 9 砂 岩 ■●⋯●●■__ __一 l 3 ～ 1 ． 5 ●● ■ ■ ● ■ ■ 一I m II■ ⋯ 页 岩 - ● _ ‘ 一- ● ■ ● ■ 一 ’■ ■-。。 _一■一 4 J 8 一 l 2 5 3号煤 -- - - - _。 一～- - 一 砂质页岩 ●● _● - ●一●● -- I 一● l 收 稿 日期 2 0 0 4 ． 1 0 ． 0 4 作者简介 王永胜 1 9 6 6 一 ， 男 ， 内蒙乌盟人 ， 大学本科 ， 主要从事煤矿技术管理工作。 图 1 煤层 柱 状图 维普资讯 第 1期 王永胜 构造复杂地区厚煤层采煤方法探讨 梁齐 柱式 ， 对 梁棚 距 0 ． 8 m， 循 环步 距 0． 8 m； 3 6 1 8 工作 面是走 向长壁炮采放顶煤 工作 面 ， 采用 DZ 一2 2 单体液压支柱配以 2 ． 0m长n型钢梁铺菱形金属网 支护 ， 支护形 式 为对 棚 齐梁 齐柱 式 ， 1梁 3柱 ， 对 棚 间距 0． 8 m， 循 环步距 0． 8 m， 放煤 步距 0 ． 8 m． 放 煤 采用多轮 间隔式。 3 6 2 0工作 面在 回采 期 间 ， 过 6条 断 层 ， 顶 板 管 理难度大 、 工程质量及安全状况差， 工作面推进度极 慢， 工作面正规循环率仅为 3 1％， 下分层 回采期间 由于受断层 影 响 不得 不 分 2次 重 开切 眼 。3 6 1 8工 作面沿 3号煤底板送巷 ， 工作面 回采期间受断层的 影响较小 ， 工作 面正 规循 环率 为 8 3％ ， 工作 面 回采 率 7 9％， 日产量为 3 6 2 0工作面的 1 ． 8倍。通过 比 较可以看 出， 在工作面使用相似设备条件下， 放顶煤 采煤 比分层 开采对 复 杂地 质构 造 的适 应性 要 强 ， 见 表 1 表 1 3 6 1 8与 3 6 2 0工作面主要指标 比较表 ＼ 项目 对 地质 构 采 煤方法 对 地质 平 均日 产 工作面 ＼ 采煤 方法 造 的适 构 造 的影 响率 回采率 工 惭＼ 应 性 ％ 量／ t d 一 ％ 3 6 1 8 放 顶煤 适应 性强 8 3 6 5 3 7 9 ． 1 3 6 2 0 分层 开采 适应性 差 3 1 3 6 1 8 2 ． 5 2 不 同放顶煤 工艺及其对 复杂地质构 造 的适应性 2 ． 1 综 采放顶 煤工艺及轻 型综采 放顶 煤工艺 综采放 顶煤采煤是 具有高产 、 高效 、 低耗 等优点 的采煤方法 ， 被 国有重点煤矿广泛应用。由于该方 法所采用的设备笨重 ， 投资高， 运输 、 安装不便 ， 搬家 时间长等 ， 其优势在构造复杂地 区难于发挥 。轻型 综采放顶 煤采煤在非坚 硬顶板条件 下 的厚 煤层 中应 用完全可行， 而且具有投资少 、 运输安装方便 、 对复 杂地 质构造 的适 应性 好 于一 般 综采 放 顶煤 工 艺 ， 在 构造复杂 地区的厚煤层 及 中型 以上 矿井厚煤层 中应 积极推广使用 。 2 ． 2 简易支架 放顶煤工艺 我国在 8 0年代末期研制出滑移顶梁支架及悬 移顶梁支架用于放顶煤工作面 ， 在 国有地方煤矿得 到了较为广 泛的应 用 。 由于这 类支 架便 于拆 装 ， 有 利于在复杂地 质条件下 应用 ， 西峪 煤矿 于 1 9 9 0年开 始使 用滑 移顶 梁 支架放 顶煤 ， 到 1 9 9 2年 底 ， 先后 在 6个工作面使用 ， 并对这些工作面进行了矿压观测。 以 3 6 2 6工 作 面 为 例 ， 工 作 面 是 采 用 卜 Ⅱ Y一 1 型滑移支架铺菱形金属网支护 的炮采放顶煤工作 面 ， 工 作面长度 8 0 m， 架距 0． 8 m， 循环步距 0． 8 m， 放煤步距 0． 8 m， 工作面 回采期间支架平均工作 阻 力 5 2 6 k N倮 ， 工作面支架实测平均工作阻力仅为 额定工作阻力 的 4 3 ． 8％， 实测最大工作 阻力 7 6 0 l 倮 ， 仅为额定工作阻力 的 6 3 ． 3％， 工作面周期 来压 动载 系数平 均 为 1 ． 2 1 ， 工 作 面 顶 板 下沉 量 大 ， 平均 顶板下沉量 4 3 2 mm， 周期来 压期 间平均顶板 下 沉量 4 9 1 IY IIT I ， 工作面支架成了“ 高射炮” 。支架弹簧 钢板 损坏严重 ， 安全状 况较差 ， 其它 几个工作面 的情 况类似。这种支架前后结构有利于顶煤 的破碎 ， 但 对 于顶板管 理不利 ， 特别是对 于松软煤层 ， 造成顶 板 下沉量太大 ， 并容易造成局部 冒顶和端头 冒顶。 总之 ， 由于滑移 顶梁 支架 结 构简 单 、 轻 便 、 易 拆 装 ， 对地质构造的适应性较 强， 但 由于其结构的原 因 ， 对松软煤层放 顶煤 的顶板 管理不利 。 2． 3单体液压 支柱放顶煤 工艺 西峪煤矿 由于使用滑移顶梁支架放顶煤 ， 造成 工作面顶板下沉量大 ， 弹簧钢板损坏严重。经过矿 压 观测并 反复论证 ， 于 1 9 9 3年开 始使用单体 支柱配 整体性好 的长钢梁进行 放顶煤 ， 见 图 2 ， 先 后 回采 了3 6 1 8 、 3 6 1 4等 3 1 个工作面。特别是 回收主副下 山煤柱的 3 6 1 4 孤岛工作面， 工作面仰斜开采处于顶 煤所受拉应 力最 大 的状 态 ， 采 用 单体 支 柱配 长 钢梁 放 顶煤 ， 取得 了较好 的效 果 。单 体 支柱 长钢 梁放 顶 煤工艺分炮采与机采 2种 ， 炮采放顶煤工艺只使用 一 部 刮板 输送 机 ， 既 运 输 推 帮 煤 ， 又运 输 放 出 的顶 煤 。 a 一推 帮采 煤移 架 ； b - - 放 顶煤 后取 中柱 移 溜 图 2 单 体支 柱长 钢梁 放顶 煤工 艺 平面示 意 图 3 6 1 8工作 面采用 D 2 2型单体液 压支柱配 2． 0m 长 钢梁 ， 1梁 3柱 对棚 齐 梁齐 柱 支护 ， 放炮 后 可以及 时前移对 棚 中的一 架 梁实 现 临时 支护 ， 减 少 空 顶时间 ， 移架 时对棚 交替卸 载 ， 总保持一架棚 支护 顶板 ， 有效 地防止 了顶煤 的下沉 ， 避免 了滑移顶梁支 架放顶煤中的“ 高射炮” 现象 ， 网兜高度明显 减小。 1 1 d 1 ● ●1 』 ● 4 维普资讯 2 4 山西煤炭 第 2 5卷 通过对西峪矿 3 6 1 8单体支柱放顶煤工作面的矿压 观测 ， 工作 面平均 顶板 下沉 量 为 1 4 6 F f l n l ， 最 大下沉 量 2 5 4 mm， 工作面 支架 平均阻力 7 0 4 k N架 ， 比滑 移 顶梁支架放 顶煤平 均下 沉 量减 少 2 8 6 F f l n l 。这也 说 明相 同条件 的工作 面 ， 采用不 同的采煤工艺 ， 工作 面 矿压显现不 同 ， 甚 至会 有很大差 别 。 西峪煤矿单体支柱放顶煤工作面主要采取了以 下安全措施 a ． 加强支 柱初撑力管理 和支护质量 管理 。 b ． 工作 面尽量避免 沿上 山方 向推进 。 C ． 加强 I临时支护 ， 及时控制顶板 ， 严防煤帮漏顶 。 d ． 工作 面支柱用 细钢丝绳拉 手。 通过对西 峪煤矿 1 0 a以来 3 1 个 单 体支 柱长 钢 梁放顶煤工作 面 的统计 ， 工 作面 回采 期 间没 有发 生 过一起推垮 型顶 板 事故 。实践 证 明 ， 单体 支 柱长 钢 梁放顶煤工 艺具有 投 资少 、 易安 装 、 搬 家 时间 短 、 灵 活 、 多变 、 适应性 强 的优 点 ， 特 别是 对 于构 造 复杂 地 区厚煤层 、 小 的块 段和边 角煤具 有独特 的优势 ， 只要 采取合理 的技 术措 施也 可 以 防止 顶板 事故 的发生 。 该工 艺适 用 于非 坚 硬顶 板 、 老 顶来 压显 现 不 强烈 的 厚煤层 。 3 结论 与建议 a ． 选择 厚煤层特别 是构造 复杂地 区的厚煤 层 的 采煤方法， 要综合考虑煤层厚度 、 构造复杂程度 、 煤层 硬度及层理裂隙发育程度 、 顶底板状况、 矿井生产能力 及技术装备水平等因素， 从而确定技术上可行， 并能保 证资源回收， 经济上合理 ， 安全上可靠的采煤方法。 b ． 对 于顶煤可放 性差 的厚煤 层 ， 只能 采用 分层 开采 ； 对于顶煤具有可放性而且其它条件适宜的厚 煤 层 ， 应 优先选择放 顶煤开采 。 C ． 对于技术 水平及装备 能力较好 的大中型矿 井 ， 应该发展综 采 和轻 型综 采放顶 煤 ， 充 分发挥其技 术优势 。 d ． 对 于大 中型矿井 中地质构造 复杂 的块段及 边 角煤， 应该考虑采用适应性强 、 灵活性好的简易支架 放顶煤或单体支架 、 单体支柱长钢梁放顶煤工艺。 e ． 对 于小 型矿井厚煤层 可采用简 易支架 放顶煤 工艺或单 体支柱 长钢 梁放 顶 煤工 艺 ， 从 而 提高 小型 矿井的技术装备水平和资源回收率。 Di s c u s s i o n o n t he Thi c k S e a m M i ni ng M e t ho d i n Co mpl i c a t e d S t r u c t ur e W ANG Yo ng - s h e ng Xi y u Mi n e ， Ta i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 2 4 ， C h i n a Ab s t r a c t Ta k i n g t h e e x a mp l e i n No ． 3 s e a l i n Xi y u m i n e ， t h e f e a s i b i l i t y o f s l i c e mi n i n g a n d r o o f c a v i n g t o c o mp l i cat e d s t r u c t u r e i s c o mp a r e d， t h e s u g g e s t i o n t o c h o o s e a b e t t e r mi n i n g me t h o d i s p u t f o r e wa r d． Ke y wo r d s comp l i c a t e d s t r u c t u r e； t h i c k s e a m ； r oo f c a v i n g 本 文责任编辑刘大为 重要更正 山西煤炭} 2 0 0 4年第 4期广告插页 走煤电化一体化产业发展战略 创办全 国一流的大集团大公司 标 题下的右侧页正文第 2行“ 公司建立 了阳泉市第一家省级技术 中心 ， 与北大、 清华等国内外 2 0多家高等院 校 、 科研院所结成了校企联盟。 ” 中的阳泉市应改正为晋城市， 特此更正 ， 深表歉意。 山西煤炭 编辑部 维普资讯