上行式采煤方法的应用前景.pdf

上行式采煤方法的应用前景 第六图书馆 缓倾斜厚煤层 采煤法 上行式河北煤炭任宝良不详1994第六图书馆 第六图书馆 阿北煤炭 1 9 9 4年第 3期 f 枣 爱 倾钾詹 燎 璐e 上行式采煤方法 的应用前景 石 家 庄 煤 矿 设 计院 』 墨 垦 河北石家庄0 5 0 0 5 1 D 2 。 f 『 摘要论述 了上 行采煤方法的可行性与在特殊地质条 件下采用上 行采煤方 法比采用下行采煤方法可取得较高的经济效益 ， 亦即上行采煤方法对我国 煤 炭 行业， 特别是那些近 离缓1l委 斜多煤层和中厚煤层、 厦板含水量大、 顶板松软的 井田的适用性 。 关键词近 离缓倾斜多煤层中厚煤层上行采煤方法适用性 1 上行式采煤方法的提出 现阶段我 国普遍应用的几种采煤方 法． 从开采顺序上看均为下行式 ， 即单一厚 煤层是沿煤层顶板依次往下分层开采 f 多 层薄煤层是沿上部煤层依次往下开采。从 目前已开发利用的煤炭资源分布情况看 ， 主要是浅部煤层和沉积稳定 、 构造简单 、 水 文地质条件单一、 交通方便、 经济发达地区 开发较早 I 煤层条件复杂、 地层含水量大及 偏远地 区的煤炭 资源 ， 随 着时 间的推移 ， 也 将逐步被开发利用 。 以河北为倒， i 9 8 8 年投产的钱家营矿 年设计 生产能力 4 ∞ 万 t 和 在建中 的吕 家坨矿 3 3 0万 t ， 都遇到了多煤层开采． 而且上部均为薄煤层 其顶板含水较大 { 开平煤 田含煤较多 ， 可采煤层有 6层 ， 最上 部的 5 煤层厚度为 0 ～3 ． 9 5 m 砂岩顶板 为较强含 水 层 ， 距 下 一 可 采 煤 层 7 煤层 煤 厚 1 ． 6 6 ～ 7 ． 1 7 m 间 距 1 7 ． 8 8 ～ 4 8 ． 7 5 m。由于两矿井设计生产能力较大． 上部薄煤不能满足产量要求 ， 必须开采 7 煤层。 两 矿井设计 回采方式均 为下行式 ， 虽 然在设计中考虑了 5 煤层的泄水问题 在 采 区最 下区段先 回采一个 工作 面 ， 但是 ， 钱家营矿投产时 ， 由于 5 煤层顶板水的大 量涌 出， 还是造 成 了胶带 运输 系统 不 能正 常工作 。胶带打滑 、 煤仓积承 、 定量定 容装 置睚 磁元件 失灵而起 不到 定量 作用 、 井 13 卸载站转运胶带因 3 2 ． 5 t 箕斗提升的大量 水煤 而被压。 邢末矿井可行性研究中， 矿井年设计 生产能力 6 0万 t ． 3层可采 局部 煤 层中， 两 薄一厚 。 最上部的 l 煤层为局部可采煤 层 厚度 0 ～1 ． 6 4 m ， 底板距下 部的 2 煤 层顶板 间距 7 ． 5 3 2 4 ． 4 3 m{ 主要可采煤 层 2 煤层 厚度 2 ． 3 ～ 7 ． 4 8 ml 最下 一层为 6 煤层 ， 厚度 0 ． 8 9 ～ 1 ． 9 7 m， 设计采用下行 式 开采。 由于 1 煤层生产能力不能满足矿井 产量要求， 必须开采 2 煤层{ 又因为有 l 煤屠的压茬关系． 不能丢弃资源， 致使两层 煤同时布置回采工怍面． 使本来一十 2 煤 层就能担负全矿井产量的同时， 因压茬关 系不得不再增加一个工作面， 从而加大 了 初期井巷工程量 约 l 4 0 0 m 。 沽源县 的榆树 沟矿． 单层 可采煤 层厚 度达 5 7 m． 顶底板岩石抗压强度 比煤层还 低 ， 为“ 三软’ ’ 煤层 。这样特厚的三软煤层 ． 用下行式回采存在诸多不利因素， 如原煤 灰分、 支护及顶扳水问题等。 如上面的类似情况 ， 在全国存在不少 ， 说明下行式开采方法对有特殊地质特征的 矿井 效益较差 ， 应该 有针对性地 改进 其 回 采方法 。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 目 任宝 良 上行式栗堞方法的应用前景 2 上行式开采方法的可行性 煤层开采后 的采场主要应力 为煤层上 覆岩层 的 自重 ， 在应力的作 用下 ， 围岩发生 变形 、 破坏 以及应力 重新分 布 ， 达到新的平 衡状态。这个变化过程主要是岩层的移动 变 化 ， 可分 为 冒落 带、 裂 晾带 和 弯 曲下 沉 带 冒落带高度 一般 为采高 的 2 ～4倍 裂 晾带位 于 冒落带上 方 ， 随 着 胃落带 的压实 过程， 上部岩石将弯曲下沉形成裂晾I 裂隙 带 只产生一定 的下沉量和裂 酸 ， 产生 的裂 晾距采空区越高也越少、 越小， 并且不改变 岩层原来的状态．弯曲下沉带只产生一定 的下沉量 ， 对岩层的层状结构毫无影响． 如果上层煤处于下层煤的采空区冒落 带 高度以上 处于裂 晾带或下 沉带 内 ， 则 上层煤产 状在有效时 问 内不会遭 到 破坏 ， 致多是使其顼板程度不同的破碎一些， 因 此 ， 理论上讲上行回采是可行的。 枣庄矿务 局 的甘 霖矿黄 贝井 已进行 了 近距 离薄煤 层上行式开采 的实 践 ， 开滦局荆各庄 矿也 已进行 了 中厚煤层恒底式上行开采 的实 践 。 3 上行式开 采的技术 效果和矿压显现 3 ． 1 近距离薄煤层上行开采 3 ’ I ． 1 技术效 果 ，枣庄 矿务 局在过去 因地 质构 造等 因 素丢弃的煤层和块段上进行 了上行式开采 的实践， 自 1 9 7 9 年 2月至 1 9 8 4年 7月先 后对甘磊矿黄贝井 4个工作面开采， 取得 了较好 的经济效益。 该矿 有两 层 可采煤 层 ， 即 1 和 l 8 煤层f 还有两层设计列为不可采煤层的薄 煤层 ， 郎 1 6 和 l 7 煤层 ， 厚度 为 0 ． 5 5 m和 0 ． 6 5 m． 1 9 8 0年 l 8 煤 层开采后 ， 他们又进 行 了位 于 1 8 煤层上都 的 1 7 煤层的开采 尝试。 根据坍陷“ 三带 的理论计算， l 8 煤 层顶板距 l 7 煤 层底板 间距 1 4 ． 4 2 m， 大于 l 8 煤 层 开 采后 的 冒 落裂 隙带 最 大 高 度 1 4 ．03 m ． N-M／ C K1 ；0 ． 8 1 5 ／ O． 3 --1 2 ． 7 2 m H_M ／ C b M c ---- - 0 ． 8 1 5 ／ 0 ． 8 1 5 0 ． 0 1 8 5 0 ． 0 4 3 ； l 4 ． 0 3 m 式 中M--煤层实际采高 ， m， K 冒落岩石的碎胀性 系数 J b 、 c 与岩石性质有关 的系数 ， 岩 性越硬、 值越小， b 0 ． O l 4 ～ 0 ． 0 2 ， c 0 ． 0 2 8 0 ． 0 4 8 因此 ， 1 7 煤层位于 1 8 煤 层开采后 采 空区胃落裂隙带上部， 从理论上 讲开采 l 7 煤 层是可行 的。 1 9 8 2年在 1 7 1 0工作 面 进行了试采， 并取得成功。 该工作 面 走 向 长 4 9 6 m， 倾 斜宽 9 3 ～ l 4 3 m， 煤 厚 O ． 4 6 ～ 0 ． 5 7 m， 煤层倾角 1 0 。 ～l 4 。 3 0 J 煤层顶板为 灰岩并舍裂隙溶洞水 水量 0 ． 1 ～0 ． 3 m’ ／ m i n ， 底板为厚 5 ． 6 m 的泥岩I 巷遭掘进中 揭露 断 层 5条 ， 落 差在 0 ． 3 ～仉6 m 之 间． 采用 3 ～4排控顼 ， 摩擦金 属支柱， 捧距 l m， 柱距 0 ． 8 5 m{ 放炮落煤 ， 两班生产， 每 班 一 循 环 ， 平 均 月 产 5 9 5 3 t ， 最 高 月 产 6 53 9 t。 试采结果表 明 ， 采用上行式开 采 比相 同条件下的下行式开采效果显著 表 1 。 3 ． 1 ． 2 矿压显现特点 为分析上行开采的矿压显现规律 ， 对 生产过程进行了观测研究 表 2 有周期来压显现观测中发现工作面 平均推进 1 3 m， 顶板下沉量和支柱载荷都 出现一次峰值， 来压时顶板下沉量为正 常 的 1 ． 3 2倍 。 来压步距缩小上行式开采初次来压 步距仅为 1 6 m， 顶板容易垮落、 便于管理 ， 而下行式开采的初 次 来 压 步 距 为 2 5 ～ 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 河北 煤炭 1 9 9 4年 第 3期 裒 l 技术 经济 指标比 较裒 日 工作面 目采 总产 单产 工效 日进 炸药 雷管 成本 期 方式 t t t ／ T m m ／ k t ‘ k g ／ k t 十／ k t ‘ 元／ t 1 9 8 1 ． 1 ～ 1 0 l 7 l 5 下行 4 3 4 0 5 4 3 4 1 2 ． 8 8 l 9 5 ． 1 l 6 5 4 1 7 0 3 4 ． 9 5 l 2 ． 1 ～ l O 1 7 l 0 上行 5 5 3 5 9 5 5 3 6 3 ． 2 4 5 2 ． ， 1 ． 1 3 6 9 o 1 8 5 6 4 ． 6 8 上 朽 比下 行 2 7 ． 5 4 2 5 3 l 2 ． 5 0 2 0 ． 0 5 一l B ． 1 l 5 ． 5 0 8 ． 9 8 5 ． I 5 裒 2 观 测结 果衰 老 顶 『 l f 板下沉量 支柱藏荷 第一次来压 用期来压 动 蕾酊主承压力 岩 厚 日常 来压 日常 桌 压 支柱 下沉 压 支柱 下沉 压 蕾 葡 膏 度 平均 平均 平均 平均 戴荷 量 步距 戴荷 量 步臣 羞 暖 ■ 性 m mm 口m】 P ． P ． P ． mm m 0、 mm m 盘 ‘ m m 荻岩下帮 古怩岩 1 ． 5 2 9 ． 1 3 B 6 ． 9 X1 0 ‘ l 1 ． 3 X1 0 ‘ l 2 ． 4 l 0 ‘ 2 1 ． 5 l 6 1 1 ． 1 l 0 ‘ 4 1 ． 6 1 3 1 ． 6 j 1 9 3 一 7 3 0 m． 来压前 长距 离悬顶 加大 了对 煤壁 的 压力． 顶板 不易管理 。 顶板水易解决1 7 1 0采面曾于 1 9 7 5 年 1 0月正式 回采 ， 因顶 板淋水过大被迫停 产， 经矿务 局批 准注销 | 由于 下层 1 8 煤层 的开采 ． 灰岩 溶洞水通过 裂 隙渗流到 下部 采空区面被疏干 。 因此 。 上行开采期 间工作 面无滴水现象 。 底板底 鼓易解决1 7 煤 层底板 为泥 岩， 下行开采时底鼓现象严重 ． 采用上行式 开采后只有个别地段 出现“ 包袱 ” 突起 。主 要 是由于下部煤层开 采后 ． 使上覆 岩层能 量得 以释放 。 应力减 小 } 上行开 采疏干了顶 板水 ， 使泥岩遇 水膨 胀的特征难 以发挥 。 3 ． 2 中厚煤层上行 开采 3 ． 2 ． 1 技术效果 开滚荆 各庄矿 9 煤 层为中厚煤层 ， 平 均厚度 6 ． 6 2 mI 粘土岩伪顶厚 0 ． 2 ～o ． 5 m， 直接顶为粉砂岩 、 高 岭土胶结厚 2 ． 5 ～5 m， 遇水或 空气极易风化膨 胀 ， 老顶 为中粒砂 岩 、 高岭土胶结 ， 与直接 顶 为渐变关 系 } 底 板为粘土岩 、 性 脆 。 厚度 4 ． 5 ～6 m。9 煤层 上部 3 8 5 5 m 处有一强含水层 ， 开采 时有 水 患威胁 。 原设计 为下行式 、 倾斜分层金属 网假顶 采煤 ， 由于顶 板 砂 岩遇水 、 空 气膨 胀 ， 第 一分 层沿顶板 回采时顶压过大 ， 常使 工作面第三排支架压入底板， 造成作业空 问狭 小 、 回柱困难 t 放顶面 积不 断增加 ， 工 作面顶板淋水和老塘底水增大。 上下顺槽 支架 变形严重 J 矿 井投产 后的 1 5 8天 试生 产 中， 仅 产原煤 8 ． 6 5万 t 。 金属 支柱 损坏 2 0 2 7根 ， 丢 失率达 4 ． 8 4 | 铰接 顶 粱 损 坏 4 惦6根． 丢失率达 2 ． 1 5 ， 加之 伪顶 难 以控 制 。 随 采 随 落 ， 使 原 煤 灰 分 高 达 4 6 | 原煤成本增加， 售价降低。 直接成本 相当于 1 9 8 ． 年的 7 ． 1 5 倍。虽然采取了螗 小拉顶距 、 减少工作面长度 、 加快循环进度 等措施 ． 效果均 无改善 。为此 。 该矿从实际 出发 ， 进行 了上行分 层开采 的试 验并 获得 成功 。 所有巷道沿底板布置 ， 沿底回采 。 自然 冒落法管理顶板， 即恒底上行采煤法． 由于 顶板再生后除个别冒落处有局部爆矸混杂 外， 绝大部分层次分明， 第一分层采过后嘎 扳曲软化和充填控制了伪顶． 限嗣了原煤 灰分 的增加条件 ， 从而降低了灰分 t 一分层 底 层 为 2 6 ． 5 7 。 二分 层 为 2 7 ． 4 2 ％． 三 分层为 4 2 ． 5 本身灰分 4 O ， 比下行分 层开采降低 3 ． 4 9 ～1 9 ． 4 ％． 计算回采率 为 工作 面 9 1 ． 6 8 ～ 9 9 ． 4 5 和 采 区 8 2 ． 9 3 ～8 6 ． 6 1 ， 符合国家 规定 ． 采 用恒底上 行采煤法 以来 ． 第 二三分 层 自 1 9 7 9年 回 采 产 量 占 总 回采 量 的 8 ． 2 3 o／上升到 1 9 8 5年的 4 9 ． 7 9 。全 员效 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 任宝 蛊 上行式采煤方法的应用前景 率并未目二三 层产量 比重增加而减小 ， 材 料消耗也未 因二三层产量 比重 的增 加而增加 表 3 。 寰 3上行 j } 层开 采经 济指标 寰 指 标 1 9 7 9 1 9 8 o 1 g 曰 l 1 9 8 2 1 9 8 3 l 9 8 4 l 9 8 5 l g 曰 6 鼻【 煤产量 万 t 6 1 ． 4 7 9 2 ． 0 4 l 5 厶 ‘ 7 l 9 n l j 2 O 8 E 2 l 7 ． B ， 2 l 6 E 1 9 1 ． ‘ | 垒亘教事‘ t ／ -r O ． 8 0 6 1 ． 0 6 8 1 ． 8 1 4 1 ． 7 7 0 1 ． 9 8 2 1 ． 9 5 6 2 ． 2 B 3 2 ． 2 5 3 圄果教事‘ t ／ -r 6 ． 3 0 9 7 ． 8 3 2 1 0 ． 9 咣 l I ． 7 劓 2 o ． O 3 j 2 3 ． 1 5 l 玑7 6 6 l 8 ． 7 采面单产 t t 月 L 5 9 1 3 【 6 3 2 8 抬 8 9 4 l 1 3 3 o 4 3 9 1 9 5 1 2 5 6 I l 3 o 4 M 7 7 8 机 械化程窿 ， ‘ 5 ＆7 0 8 3 ． 9 2 7 3 ． 1 2 7 5 ． 0 2 7 7 ． 8 6 8 9 0 8 I 3 7 6 ． 1 6 其中缘采 8 ． 4 2 1 7 ． O 2 曲． 1 8 6 l 6 7 5 ． 8 5 8 厶5 O 7 0 7 7 6 ． 1 6 其中昔采 ， ‘ 4 B ． 2 8 1 6 ． 9 0 2 3 ． 9 4 6 ． 8 6 厶O l 1 ． 4 0 9 ． 1 6 坑木清耗 Ⅲ’ t 万 t 1 0 8 ． O l 8 0 ． 3 2 6 0 ． 5 o l 8 ． B 】 4 8 ． 4 8 4 7 ． 乱 4 4 ． 5 7 ‘ 1 ． 7 6 电力 清耗 1 O J t 万 t 2 6 2 1 9 6 l l 7 9 2 ％ 8 8 8 7 9 l 锕 材诮耗 I ／ 万 I 1 0 ． 1 0 8 ． 1 2 5 ． 0 8 4 ． 8 7 7 1 3 ． 5 3 2 ． 8 4 5 ． 1 9 臾蔫清耗 k g ， 万 t 1 6 1 8 1 6 2 2 9 3 0 8 5 8 竹9 4 9 7 4 0 8 5 2 l 原煤灰分 ， ‘ 2 6 ． 1 9 2 6 ． 3 8 7 , 4 ． 9 6 2 8 ． 8 7 盯． 2 0 粕 l 1 3 1 ． 1 8 3 3 ． 2 9 综采一队 1 9 8 2 年创全国综采第 1 名， 1 9 8 3 年第 3 名， 1 9 8 4 年第 1 名， 1 9 8 6 年被命名 为全国综采甲级队。 3 ． 2 ． 2 矿压 显现观测 对 1 1 9 2综采工作面进行 了矿压观测 表 4 、 表 5 ． 寰 4 1 1 9 2 综 采面 顶板 周期来 压寰 层 来压阶爰 时闻 加权支护强 窿 活柱 下沉量 顶板硅 碎度 位 P ． ram E ● 来压时 8 9 ． 3 1 X1 O ‘ 1 6 五5 6 0 ． 2 6 分 来压莆 2 0 ． O ‘ X1 O ‘ 1 5 8 2 9 ． 4 1 层 来压时／ 来压莆 1 ． 9 8 1 ． 0 5 2 ． 0 5 二 来压时 8 7 ． 8 0 X1 0 ‘ 2 o ‘ ． 6 l 5 1 ． 4 8 分 来压莆 2 3 ． 3 3 1 O ‘ 2 3 8 ． 6 9 2 吼2 9 层 来压时／ 来压莆 1 ． 6 2 0 ． 8 6 1 ． 7 6 寰 5 1 1 9 2 综 采面周 期来 压步置 与叠 度 持续暂环 持续时闫 髟响 花重 厨鬲时何 来压步 熙 l 动 t幕 救 层 位 十 是 m 是 ‘ m J 时间加权平均 I 最大阻力加权平均 分层 1 ． 8 3 1 ． O 6 1 ． 1 2 ． 2 3 l O ． 1 7 1 ． 9 9 2 ． 1 7 二分层 4 ． 舯 1 ． ‘ 8 2 ． 4 厶O 2 采 7 9 L ． 8 7 1 ． 8 5 根据观测结 果 ， 可 知二 分 层老顶来 压 步距小于一分层 ． 步距 短 、 强度低 、 周期 较 额繁． 采面上方煤岩移动观测表 明， 采动后 其冒落带自下而上分为不规则破碎带和规 则的平行下沉带 ．两带 间有较明显的分界 线 ， 平行 下沉带 比较完整 ， 下沉后煤层节理 及构造的相对位置变化不显著． 一般保持 原有层次 ． 因此 ， 回采 中采用一般的支护手 段郎可控制顶板 。 4经济效益 经 济效 益应包括尽 可能的节 约 ， 尽可 能多的增产 ， 产 品符合社会需要． 经济效益 上行式采煤法解决 了一些特殊矿井或 煤 层 采用 下行 式开 采难 以 解决 的 技术 问 题 ． 所取得 的经 济效益可以得出以下结论 直接成本节约 5 ． 4 5 产量增加 2 7 ． 5 3 ； 回采效率提高 l 2 ． 5 。 编辑王守刚 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆