连续采煤机房柱式采煤法的岩层控制问题.pdf

连续采煤机房柱式采煤法 的岩层控制问题 黑 龙江 矿业学 院刘 明远刘 成 为 了开辟 综合机 械化采煤 新途径 ，我 国 于1 9 8 5 年目 } 进 了一批连续采煤设备，并在鸡 匿．匿山、大同等几个矿务局进行试验，初 步摸索 出 了一些经 验 。根 据 2年 多的生产实 践 ，我们发现 连续 采煤 机房 柱式 采煤法 的关 键是 岩层控 制 i 可题 。下 面结 台鸡 匿矿务局 小 恒山矿 的试验 情 况谈一下 有关岩层控 制的几 个i 可题 。 一 、采区概 况 1 ．地质概 况 试验工作 面位 于小恒 山矿1 O 下 煤层西六 采 区，平 均开采 深度3 5 0 m 。煤层 厚度 1 ． 2 ～ 1 ． 4 m，平 均倾 角 1 0 。直接顶 为灰黑 色砂页 岩，厚度 1 ． 2 ～ 1 ． 8 m，老顶为 细砂岩 ，厚 度 3 ． 3 m，底板为砂页岩 。区内有一 组 缓坡背 向斜构 造 ，褶 曲构造 附近落 差 O ． 3 5 ～2 ． 5 m 的小断层较 发育，实见 9条 。水 文地质 条件 简单 ，涌水量 小。采 区沼气 相 对 涌 出 量 为 0 ． 6 8 m ／ t 。 2 ．采 区设 备 该采区主要设备有Ma r k 一 2 2 型薄煤层连 续采煤机 1台，Ha u l Ma r k运 输 设 备 桥 式转载机 1台，万向接长机 3台 I 套，特 低 型胶带输 送机 1台，巷道胶 带输送机2 台， J一 6型锚杆机 2台，D L E 一 1 N 型铲 车 1 台 和 电气设 备 1套 。 3 ．采 区巷道布 置 采 区巷 道分基 本巷 和 回采巷 。基本巷 采 用三巷制 ，分别为运输 巷 、材 料 巷 和 回风 巷 。布置方式是在采区中央沿倾斜方 向布置 2 采 区集 中巷 ，再 以此 为中心 向两铡垂直 或斜 交 布置 区段集 中巷 。然 后在 区段 集 中巷 两侧 划 分若干 个采块依 次 回采 图 1 。 田l 采块 内采用单 中巷 双翼房巷式 采煤 法。 即在 采块 中央 垂直 区段集 中巷 布置 一条 中心 回采巷 至 区段 边界 ，铺设特 低 型 胶 带 输送 机 。在 中心巷两铡 采块边界 分别先 掘或预 留 采 块回风巷 ，并 在 区段 边界 掘瓦斯 尾巷 图 2 。采块 长度 为1 3 0 1 4 0 m，宽度7 5 m左 右 。回采煤房宽度 5 m， 回采 煤柱宽度 7 ～ 9 二 、岩 层控捌 方法和矿压 显现规 律 1 ．岩层控 制方法 基 本巷道支护 分临时支 护和永久支护 。 维普资讯 二 口 口 r二 二 j [ 0 E二 △一 厦雇扳撕毫度 蝌点 ‘ 口一 罐扦 荷珂蛄 圈2 ①，，⋯母一支柱载荷与围岩移动锢站J l，2 ， 3⋯7 一 升采 房挂 序号 临时支 护是在掘进 过程 中随采煤机 前进在 巷 道 两帮打 边桂 ，顶 部用 w型钢带护 臻。钢带 间距0 ． 8 m 。选 到循环进 度后 ， 采煤 机退 出， 每 条钢带立 即补 2攫支 往。然 后在 已布置 好 的钢 带上打 锚杆作 为永久 支护。钢带交错 布 置 ，镪杆呈 三角形 布置 匮 3 。材 料规 格 见 表 1。 图3 镭拜豆附件规格 寰 1 回采期 间，采块 内 中心胶 带巷 的支护方 法与基本巷道相同。采煤房时，煤房入 g l 处 打 5 排锚杆和钢带，里面只打贴帮柱，上加 护顶钢带，不打镪杆 回采煤柱时，在采空 区侧打 2 排术支柱， 2根一组，甩来切顶和 隔离采空区，切磺支柱排距 0 m，柱匪0 ． 8 m。每采过 1 个煤垛后用钢丝绳回撤，并 在 采下一煤垛时重新打好 圈 4 。回采期阃 经 中心巷进风 ，经 两侧 回风巷和瓦斯 尾巷捧 入 区段 回风巷 圈d 2 ．矿压 显现规律 1采 块 回风巷支 柱载荷 与顶 底板移 近量 。位 于 回采房 柱两端 的中 心胶带 巷和 回 风巷的圈岩移动主要受回采工作的影响。因 这种采 煤方法是 一个房柱一 个房柱 跳跃式 回 采 ，所 以巷道 内的支柱载荷 与顶 底 板移近置 也是跳跃式变化。 每采一个房柱， 支柱载荷与 瑗底板移近量发生一次较明显的变化。特别 当回采的房柱正对测点时，支柱载荷与顶底 板 移近量变 化最 大 。一 般此间支柱 载荷增加 5～ 8 t， 占测点 报废 前 载 荷 总 变化量 的 d O 6 0 ％。顶 底 板 移 近量一般 增加 8～ 1 0 mm，最 大达 2 7 mm，是 采前 4个房柱 总变化 量的 2～ 4倍 。 2 区段 回风 巷支柱载荷 与顶底 板移 近量 。 区段 回风 巷与采 块回风巷 闻隔l o re煤 枉 ，其 矿压 显现规 律基 本相似 ，只 是受 回采 影 响的程 度不 同，变化 的数值较小 。在整个 采块回采过程中，各测点支柱载荷变化量为 6～ l 6 t，顶 底板 移近量变化 1 2 ～1 6 mm 当 回采距测点较近的房 柱时，跳跃变化也鞍明 显，如回采第四和第六房柱时，所对应的 4 3 维普资讯 号 ， 6号测站 载荷突然 分 别增加 了 3 t和 1 O t，移 近量 随线的斜 率也突 然增 大 。 3顶底 板移近 速度 。在 回采房柱过 程 中， 分别在胶 带巷和 回风巷煤房 口处用顶 板 动态 仪测量 了顶底 板移近 速度 ，其 变化规 律 主要 与采煤机割 煤工序 有关 图 5。在 煤房害 I 透前0 ． 5h 一般 此 时切帮煤 壁 距 回 风巷帮 2～ 3m ，回风 巷顶底 板移近 速度 达 到最 大值 。在煤房 割透 前后 2 h内，顶 底板 移近速 度在 1 mm／ h以上 ，煤房 割 透后 2 h， 顶 底板移 近速度 在O ． 5 mm／ h 以下 。当 开 始 回采媒 柱 时，顶 底板 移近 速度 又急剧 增加到 1 mm／ h以上，最大 值达4 ． 1 mm／ h。而 且测 点离切割 煤壁越近移 近速度越 大。 图5 在 中心胶带巷 测得 的结果 和回 风巷基本 类似，掘煤房开口时，顶底板移近速度一般 为3 ． 8 5 ． 6 u ／ h j而 采煤机 停 止 切害 I 时 ， 顶底板移近速度降 至0 ． 4 ～1 ． o m m／ h 。当 移 近速度 达到1 0 mm／ h以上时，则有 发 生 冒顶 的危 险。而且移 近速度 随着 煤房 开采距 离的 增加 逐渐减小 。煤房开 采l O m以上时 即 测 点匪切割煤壁1 o m以上，移近速度一般 在 1 mm／ h以下 ，此时开采煤房 对 中心胶 带巷顶 底 板移近速 度影响 不 大 。 4顶 板锚杆载 荷。巷道 从掘进到 回 采 结束，顼 板锚 杆受力是 变化 的，其变化过 程可分为 3 个阶 段 图 6 。①初 始 增 载 段 ，巷道掘进后，新安装的锚杆 有 一 初 锚 力 ，随着巷道的掘进，前方煤体被采出，煤 体对顶 板 的支 撑力被削 弱，顶 板下位 岩层在 自重和上覆岩层载荷的作用下下沉，使锚杆 载荷明显增加，曲线急尉上升。载荷稳定 段 ，锚杆载荷增加到一定值后，便可控制顶 板下沉，此后锚杆载荷基本保 持 不 变 或微 增 ，此段时间 一般 在锚杆安装 6 ～ 1 O 天 以 后 至回采附近的煤房以前。⑧二次增载段，当 回聚 测力锚杆 附近 的房 柱时， 由于采空 区上 方 岩 体重量 向前方 煤壁支 撑区转移 ，致使前 方 顶板 岩层应力 增加，破 坏 了原 来的应力平 衡 状态，顶 板岩层 又将下 沉，此时锚 杆载荷 再次增 加。 由于锚 杆载荷较 大，有 时出现锚 杆 螺母 脱落而使 锚杆失效现 象 如3 号锚杆 ； 但 此 时相邻 锚杆 载荷 便 急剧 增加 如 1号锚 杆 。这也说 明锚杆 在 控制顶 板下 沉和 防止 顶 税离层方 面是 起重要作用 的。 圈6 1 、2 、3 、4 一河 点 号 四、 常见问题及 主要 措施 巨 辑 实 践证 明，顶板 管理 的好 坏直接影 响着 连续采煤机工 作 面的产 量 、效 率及安全 。试 验开 采 2年多 来， 曾先 后发生过 几次顶板事 故，均不 同程度 影响 了生产 ，也 给设备和人 身安全造 成 了一定 的威 胁 。 1 ．基本巷 冒顶 在初期掘基本巷期间，先后发生过 5次 冒顶 事故 冒顶 面积最 ／ | 6 0 m ， 最 大 1 0 2 mz } 冒高最小 1 ． 6 m，最大 2 ． 5 m。影 响 生 产 时间 最长达2 5 天。分析其原因主要有两点；一是 Fi J ‘ r 维普资讯 交叉 口处悬顶 面积 赳 弋 ， 二 是 支 护 工 艺 有 问题 。为 了鹪决 上述 问题 ，首先缩小 了交 叉 口处 顶板 的悬露 面积。原来 三条巷道 的宽 度 均为 6 m，联络 横贯是 十字 交 叉 布 置 ，煤 柱 有抹 角，这 样 中间巷 道交叉 口处悬顶 面积 是8 2 m 、 两侧巷道交叉 口处悬顶面积是6 o re 。 发生 4 次 冒顼 后，该 矿 把十字交 叉横 贯 改 为 品字交 叉 ， 中间巷道 交叉 口处 悬顶 面积 也缩 小 为6 0 m。 此后 又发生 了一 次 冒顶事 故 为 了彻底 解决这个 问题 ，便从缩小 悬顶 面积和 改进支护 工艺及支 护参效方 面采取 措施，把 垂直 横贯 改为斜交横 贯，并且不 抹角， 同时 也改变 了巷道宽 度， 中巷 改 为5 ． 5 m， 边 巷 改 为5 ． 0 m，这样使交 叉 口处 的 悬 顶 面积 得 到进一步 缩小， 中巷到3 3 m ，边巷 到3 0 m。 ， 二 者悬顶 面积均缩小 了近 5 0 图 7 。另 外 ，还改 进了锚杆 参数和 安装工艺 ，把 锚杆 长度 由1 ． 2 m增加到 1 ． 6 m原 来的 锚 杆 安装 工 艺是上端药 卷搅 拌凝 固与下端 钢带 、托盘 固定 一次完成，锚 杆没有 预紧 力 ，只 能 等 劲 ，顶 板岩层 下沉或发生 离层后 ，锚 杆才 起作 用 ，效果不好 ，后来改 为先把 上端药 卷 搅拌 固定 ，再 安装 下端 钢 带、托盘 和螺母 。 使锚 杆有 一定 预紧力 ，一般预紧力 可达 1 O ～ 4 0 k N。这就 大大增 加 了顶板 的稳定性 。 此 后 从未 发生 过 冒顶事 故 。 原妯方案 营改方桑 最终方案 闺7 2 ． 画采 区域 冒顶 试 验开采 区域正 位于 背斜轴部 ， 由于构 造 应力 的影响 ，顶板岩 层裂 睬发育， 因此 在 哥和采煤垛期 间，均发 生过程度不 同的 冒顶现象 。对生产 和设备均有 影响。 根据几次事故分析，我出了这种冒顶的 原 因 ，一是临 时支护不及 时，二 是临时支护 材 料不 当I 三是 切顶支 柱布置 不台理 。在顶 板破碎 的情况下掘煤房，空 硪 面 积 不能过 大，临时支护必须及时，而且应有一定的刚 度 。实践 证 明，空顶 长度 不 应 超 过l m。另 外临时支护采用边柱加钢带护顶，由于钢带 在没有轴向拉应力的情况下，挠 曲 变 形 较 大，起不到护顶作用，应改用术梁或钢粱， 以增加支护 结构的 刚度 回栗 煤柱 时，外馋 的切顶支柱要有足够的强度，初 期 使 用 单 柱 ， 曾发生 过压垮 排柱而 胃顶事故 ，并 埋住 采煤机。后来改用双排双柱 布 置，效 果 较 好 。此外在开采顺序上也作了改进，原来是 先 采左房柱 ，左房柱 采完后再 采右房柱 ，现 在是左 、右房柱交 替开 采， 即左翼 房柱 留下 最后 1 个煤垛不采，转到右翼房柱开采，让 左 翼剩 余煤垛 应力 充分 释放 ，待 右翼 回采 煤 柱剩最后 1个煤 垛时，再栗 左翼 剩余媒垛 ， 最后采 右翼剩余 煤垛 ，这样交替 开采 ，对 防 止 回采 期间 胃顶 也有一定 的效果 。 点 、技术经 济 指标 连续栗 煤工作 面试生产 以来 ，在 1 9 8 7 年 和 1 9 8 8 年 分别超 额完成 连续 3个 月月 产达 到 1 2 0 0 0 1 5 0 O 0 t 、 工作面效率达到1 O t ／ H 回栗 率高于 7 O ～ 7 5 等三项 计 如指 标 。而 且1 9 8 8 年 各项指 标均 比1 9 8 7 年有 明显 提高 ，并 且达 到 日产超千 吨的好 成 绩。试验期 间主要 技术 经济指 标见 表 2。 主要技术经济指标 囊 2 聂高局产 平均月产 工作面嫱车 1吨堪成本 采区圆采a 对间 t t t ／ 工 元 ／ t 『 【 蚰 I 45 28 l 25 B ● 1 0 ． ●6 7 ●． 7 8 8 8 【 98 8 2 1 4 75 1 8 27 0 l 3． 2 56 { ．2 6 8 2． ‘ 六 、结论和囊 议 1 连续采煤机房柱式采媒法的特点 是生产系统简单可靠，人员少 、效率高， i ’ _哪～一～一 一～ -； ～ ⋯_ _一一 5 u口 0 [ ] 口 r j口 厂] 维普资讯 影响综 采工作面单产的诸因素分析 煤 炭科学砑究总院北京开采所江茂生盂盘锁桂惠效 近 年来我 国煤炭综合机 械化 采煤发展较 快 。然 而，从 我国 日前综采 的产 量、效 率来 看 ，与先 进产煤 国家相 比差距 较大 。为 了找 出其症 结所在 ，1 9 8 7 年 我们 对 全 国1 7 3 个综 采 工作 面进 行 了诃查 研究 。在此基础 上，运 用统计学分析方 法，对影响综采的一些基本 问题进行 了分析，初步掌握了影响综采单产 的各种因素及其相互关系，为提高综采单产 水平 ，改进练 采工 作面生产状 况 ，提 供了较 可靠 的参考依 据 。 一 、采攥 机开机 率 与工作 面 单产 回归分析 采煤机开机 率直接 影_喃 回 采 工 作 蔼 单 产 ，而影响开机 率 的因素 有很 多方 面 ，如 事 故影响、运输系统和生产环节影响，各工序 的 配合影响及地质 条 件的影响 等。因此 ，开 机率 是反映综 采工作面生 产状 况的一个 重要 的综合 性指标 。分析此项 目的 目的是为 了建 立 起符合我国实际情况的单产和开机率的关 系式 ， 同时 了解 我国开机 率分布状 况。 I ．开机率定 义 关于采煤机开机率的定义不尽相同，因 而测取数值的概念也不一样。首 先 应 当 明 确，综采工作面采煤机割煤是在各工序的配 合下完成 的，而不 是一 个 独 立 的 过 程 。因 此，采煤机 开机率 实际上 反跌 出综 采工作 面 的管理水平和生产状况。其次，对采菇机开 机时 问的测取 ，应当明确挪 下概念 t 1 采煤机 开 机 时间 指 有 教 开 机 时间， 2 有效开机时间应包括；采煤机割 媒时 闽和 工序 占用时间， 3 工序 占用时间指 采煤机米 割煤但 必须开机时 间，如 斜切进刀 时间 、单向采煤 时采 蝶机返 回占甩时间等， 4 赊采煤机剖煤时间 和 工 序 占用 时 间 外的 一切采摸机 开机时 间均为无 效开机 ． 1 ● I 【 u ● ● u ● H ≈ ● ‘ I I l ● ● I I ● l l ● u I 【 ． ● U u ● 口 l 『 ● 1 m ● u l 【 ． I } k ● _ ● Ⅻ ● ● Uu ● 采掘合一，节省采区准备 费用，避免采掘接 续 紧张J生产成 本低J 机械化 程度 高，劳 动 强度低，开采灵 活，适台 开 采 煤层 不规则 块段。 2这种新 型 设备 和采 煤方 法在小恒 山矿 薄煤层 中应用是成 功的。在大 力发展 长 壁采 煤机械化的 基础 上，适 当 发展 连续 采煤 设备 和相应 的采煤 方法作 为长壁采 煤法的补 充 是有 一定意义 的 3 由于这种采煤方 法的巷 造布置 和 回采工艺与长壁采煤法完全不同，其矿压显 6 现规 律也不 同。应继续 对不 同地质条件 下的 连续采 煤工 作 面进行蕊 测和研究 ，从而 总缩 出一般规律，以便进一步改进岩层控制措施 和 参数 ，特 别是 回采煤 柱期间 的顶 板控制方 法 更需急待研 究和改进 。 4这种连续采煤设备和相应的采煤 方法适 用千稆气含量 低 、煤层倾 角1 2 。 以下 、 顶板中等稳定以上的煤层。尤其是煤层出露 地 表 或 埋藏很 浅 的新 井开采更适合 使用 这种设备 。 责任编辑许开阳 维普资讯