急倾斜煤层采煤方法探讨.doc

收稿日期2014-05-26作者简介张勇利1981－,男,陕西三原人,工程师,从事煤矿生产管理工作。 doi 10．3969/j．issn．1005－2798．2014．09．032 急倾斜煤层采煤方法探讨 张勇利 潞安环能股份公司五阳煤矿,山西长治046205 摘 要根据王家庄煤业公司的实际情况,结合国内外现有的急倾斜煤层的开采经验,提出适合王家庄煤 业公司的采煤方法,并根据这种采煤方法针对王家庄煤业公司实际情况进行优化设计,对同类急倾斜煤层的开采具有参考价值。 关键词急倾斜煤层;采煤方法;王家山煤矿 中图分类号TD823．21 3 文献标识码B 文章编号1005-2798201409-0082-04 1矿井概况 王家庄煤业公司位于山西省文水县,是潞安集 团兼并重组整合矿井。王家庄煤业井田总体为走向NNE ,倾向SEE 的单斜构造,F 11断层沿走向发育延伸较长,落差变化大,断层以西地层倾角40 60ʎ,局部直立倒转,F 11断层以东地层倾角一般为25 35ʎ,地形复杂,预测瓦斯等级为高瓦斯矿井。 2各可采煤层条件 2号煤层位于山西组中部,煤层厚0．86 4．66m , 平均2．52m ,一般含夹矸0 2层,局部含3层夹矸,单层夹矸厚度0．10 0．33m ,岩性为泥岩、炭质泥岩,煤层结构简单,赋煤区稳定可采。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩,局部为细砂岩、中粒砂岩;底板大多为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩。 3号煤层位于山西组中部,上距2号煤层4．25 14．30m ,平均8．41m ,煤层厚0．50 2．42m ,平均1．36m ,一般含0 2层夹矸,局部含3层夹矸,单层夹矸厚度0．10 0．35m ,岩性为泥岩、炭质泥岩,赋煤区煤层稳定可采。顶板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩,局部为细粒砂岩;底板一般为泥岩、砂质泥岩。 4号煤层位于山西组下部,上距3号煤层6．00 13．80m ,一般为7．73m ,煤层厚0．40 4．30m ,平 均2．51m , 含0 2层夹矸,单层夹矸厚度0．16 0．62m ,局部为1m 。岩性为泥岩、炭质泥岩,结构简单,赋煤区稳定大部可采。顶板大部分为炭质泥岩、泥岩、砂质泥岩;底板为泥岩、粉砂岩,局部为细砂岩。 10号煤层位于太原组中段中部,上距4号煤层45 58．8m ,平均54m ,煤层厚度1．50 7．10m , 平均厚度为4．31m ,含0 5层夹矸,单层夹矸厚度0．13 0．34m ,结构复杂,赋煤区稳定可采。顶板为泥岩、砂质泥岩,局部夹细砂岩,老顶为庙沟灰岩;底板为泥岩、粉砂岩。 3采煤方法设计 矿井首采工作面布置在2号煤层, F 11断层以西,倾角38ʎ,布置如图1所示 。 图1 工作面布置剖面 选择采煤方法主要原则适应煤层开采条件, 提高工作面集中化程度及生产能力;工期短,达产快;优化采煤工艺,减少辅助环节,降低巷道掘进 率, 节约生产成本;有效防治水、火、瓦斯等矿井自然灾害, 保证矿井安全生产。根据上述原则,针对本矿煤层赋存特征,提出两种采煤方法,即俯伪倾斜走向长壁采煤法和综合机械化走向长壁采煤法进行相关比较。3．1俯伪倾斜走向长壁采煤法 优点工作面沿俯伪倾斜直线布置,减缓煤、矸的下滑速度,有利于防止冲倒支架和砸伤人员,改善了安全生产条件;工作面较长,提高单产和回采功效比较高。 缺点工作面采用爆破采煤工艺,工作面支回柱工作量很大,工人操作不够方便;工作面下方“三角区”通风条件较差,易积聚瓦斯;煤层顶板有淋水时,劳动环境较差,加大顶板管理难度。 2 8 3．2综合机械化走向长壁采煤法 优点使用综采机组采煤能显著降低工人劳动强度,提高劳动生产率;能够提高工作面产量,降低材料消耗量;工作面下方不存在“三角区”,有利于通风和顶板维护。工作面沿煤层倾向布置,支架并列布置,能有效控制支架的下滑和倾倒。 缺点工作面沿煤层倾向布置,工人操作不够方便。 综上所述,倾斜厚煤层开采主要解决工作面设备安全稳定性,综合机械化走向长壁采煤法能够有效控制支架的下滑和倾倒,保证工作面设备安全稳定。因此,根据煤层厚度、变异系数情况及采区的尺寸,为减少投资并满足对所有煤层开采的可行性,设计采用综合机械化走向长壁采煤法。 4工作面设备选型 工作面设备选型与配套设计必须以提高煤炭回收率,防止设备下滑倾倒,实现工作面安全高效为中心。选用的主要设备要与生产技术指标、矿井管理水平和各生产系统条件相适应,应在满足安全、可靠性的前提下,既考虑技术的先进性,又要考虑经济合理性,同时按工作面煤流方向,各设备生产能力要基本按“喇叭口”的形式扩展,避免出现“瓶颈”现象。根据王家庄煤业公司井下情况,首采工作面选用的主要设备情况如表1所示。 表1工作面设备选型 序号设备名称型号单位数量 1双滚筒采煤机MG200/500－QWD台1 2液压支架ZZS6000/17/37架67 3端头支架ZZ6000/17/35组2 4可弯曲刮板输送机SGZ764/320部1 5转载机SZZ730/132台1 6带式输送机DSJ100/79/2ˑ200部2 7破碎机PLM1000台1 5工作面采煤工艺及优化 倾斜煤层走向长壁综采工作面的安全高效开采应包括如下内容最佳的割煤、移架、推移刮板输送机和放煤方式;倾角30ʎ以上情况下,支架防滑、防倒及高难度调架技术;防前部刮板输送机上窜下滑、后部刮板输送机下滑技术。 5．1回采工艺特点 由于2号煤层具有厚度大、倾角大的特点,为了防止支架、采煤机、输送机下滑及顶板矸石混入煤流,回采工艺有以下几个特点 1采煤机采用从上部斜切进刀,下行割煤的方式,上端头三角煤先不割通,待采煤机上行扫浮煤至上端头时一并割通。 2采用及时移架,下行割煤时跟机下行移架,上行割三角煤时,上行跟机移架。 3由下向上顺序推移输送机。 5．2采煤机割煤方式及运行顺序 工作面采用端部斜切下行进刀单向割煤,其工艺过程如图2所示。 图2采煤机端部斜切进刀单向割煤 其工序如下采煤机端部斜切进刀下行割煤,上部三角煤暂不割通如图2a。将输送机从弯曲段开始由下往上推移至煤壁,保持输送机一条直线,采煤机下行割煤至下出口如图2b。然后采煤机反向上行空刀清煤,至原先端部斜切进刀留设的三角煤时一并割通至上出口如图2c。上行空刀清煤时由下往上推移前部输送机至煤壁,待采煤机割通上端头三角煤后,前部输送机又形成端头斜切进刀状态,进入下一个循环如图2d。 5．3移架 工作面实行由下往上顺序移架。采煤机下行割煤时,支架伸缩梁要及时伸出并使护帮板及时护帮,严格控制煤壁片帮及架前漏顶。采煤机上行空刀清煤时,滞后采煤机后滚筒15m顺序收伸缩梁、护帮板,跟机移架,移架采用上架操作下邻架的邻架操作方式。 5．4推输送机 1采煤机从工作面另一端反向跑空刀清浮煤到达工作面斜切进刀段以前,刮板输送机从下出口开始至上端头斜切进刀段约30m由下往上必须推向煤壁如图2d,即保证采煤机完成上端头三角煤割通后能够使采煤机进行斜切进刀下行割煤。 2采煤机斜切进刀下行割煤后,从弯曲段开始至上出口推移刮板输送机至煤壁,保证输送机一条直线如图2b。 38 6倾斜煤层工作面设备防倒防滑措施 6．1工作面液压支架的防倒6．1．1液压支架防倒装置应用 在液压支架的顶梁与底座上设计平拉式防倒装置,该装置的防倒千斤顶两端通过连接头与相邻两架的顶梁相连,通过千斤顶的推拉来实现防倒与调架,见图3。该结构的优点是千斤顶的力量能够充分发挥,调架的力量较大,适用于王家庄煤业公司综采工作面大倾角的现状 。 1支架;2双向铰接耳座;3防倒千斤顶 图3平拉式防倒装置 6．1．2 排头支架防倒措施 主要采用排头支架3架一组设置防倒防滑设施实现工作面支架防倒防滑。其措施是在每2架的底座间前后各设一个调架千斤顶。割煤时要保证第1架处底板平整,拉架前用调架千斤顶和防倒滑千斤顶调正后再拉移,拉移支架后必要时用单体支柱 辅助调整。然后再以第1架为导轨拉移2号、 3号排头架。 6．1．3中部支架的防倒措施 在倾斜煤层综采工作面,除使用液压支架的防倒千斤顶外,在工作面倾角大的地方支架应自下而上或自上向下依次拉移,在拉移前如果支架间距超过规定时,用上方支架的调架顶调整支架位置,先调底座间距,然后再调倾斜度,调整后以下方支架为导 轨拉移支架, 以防个别支架下倾造成倒架。如拉移后支架还歪斜,再用下方支架的防倒滑千斤顶调整。必要时,拉移支架可用单体支柱辅助调整防倒。6．1．4安装高强度双活侧护板 在倾角大于30ʎ的综采工作面,支架要承受较大的侧向力,因此应加大侧护板的强度和宽度。采 用弹簧筒和侧推千斤配合使用, 并适当加大导向轴、销连接装置的强度,可有效防止倒架。6．2液压支架防滑 6．2．1支架底座前端安装防滑千斤顶 由于液压支架重力沿倾斜方向的合力大于液压支架底座与底板之间的摩擦力和推移输送机时人为产生向下的推力,从而带动支架下滑。工作面每架支架底座前端,布置防滑连接装置,即用调架千斤顶,通过连接头,铰接在一起,可防止支架底座前端向下滑动。 6．2．2支架底座尾部设计防滑千斤防滑 在液压支架的底座尾部四连杆销轴旁边设计制造防滑装置,运用该装置的千斤顶调整支架底座后部歪斜,使其支架底座始终与工作面输送机呈垂直状态,支架顶梁与底座平行顶底板,可有效地控制支架下滑。 6．2．3调整工作面回采方向控制支架下滑在工作面回采过程中要及时调整工作面伪倾角,一般机头超前机尾,根据平顶山十三矿、鹤岗南 山矿及靖远魏家地矿倾斜煤层开采实践, 综采工作面伪倾角控制在5 8ʎ,能够明显地控制支架下滑。6．3刮板输送机防滑 工作面刮板输送机除机头可设锚固站外,其本 身并无防滑能力, 需要由支架为其提供防滑保障,可采取以下方法防止输送机下滑,见图4 。 1斜拉千斤顶;2输送机;3支架 图4输送机防滑装置 1 刮板输送机防滑采用减小支架推移杆与 底座之间的间隙,具有抑制输送机下滑的作用;工作面输送机每5 10架装一组防滑千斤顶,千斤顶一端与输送机连接,另一端通过锚链与液压支架底座相连。 2 当工作面刮板输送机下滑时,立即向防滑 千斤顶供液、向上拉输送机、控制下滑。6．4 采煤机防滑 1采用单向割煤工艺防止采煤机下滑。倾斜煤层综采工作面为防止工作面设备下滑,在工作面回采过程中,采煤机采用上端头斜切进刀,下行割煤,上行清浮煤的单向割煤方式的回采工艺。 2采煤机采用四象限运行变频技术,以满足 倾斜煤层工作面下行匀速采煤和制动要求。6．5合理采煤工艺防滑 1采用单向割煤。大倾角综采工作面为防止工作面设备下滑,在工作面回采过程中,采煤机采 用上端头斜切进刀, 下行割煤、上行清浮煤的单向割煤的方式,液压支架不及时支护顶板,上行移架和推溜的回采工艺。采用这种割煤工艺的原因是如采取双向割煤,并要求跟机移架,必然要求自上而下移 4 8 架与自下而上移架往复进行,这样容易造成工作面支架状态纷乱,使支架下滑,造成支架歪斜,出现倒架、咬架、背架等现象。采用单向割煤,有反空刀工艺,可有效清溜前浮煤,推溜可到位,保证工作面顶板不被支架反复支撑,并使工作面达到平直要求。 采用单向割煤,端头的维护工作量较少,可提高采煤机的开机率。 2工作面采用伪倾斜开采,即运输巷超前回风巷开采,液压支架垂直于煤壁,支架移架一个步距时,分别产生一个沿走向的位移量和沿工作面向上一个位移量,该位移量可以抵消由于重力分力作用而产生的向下的位移量,如图5所示。 3上行推溜、移架,即从下而上进行推移刮板输送机和移架。在伪倾斜开采工作面,上行推溜使刮板输送机和移架有一个向上的位移,为了抵消刮板输送机、支架因重力作用而产生的下滑量。 图5大倾角综采工作面伪倾斜布置 7结语 综上所述,倾斜厚煤层开采主要问题是如何解决工作面设备安全稳定性,走向长壁采煤法能够有效控制支架的下滑和倾倒,保证工作面设备安全稳定。选用综合机械化走向长壁采煤法,工作面长度一般在100 150m或更长,随着管理水平的提高,回采工序操作成熟,将来可以适当加大工作面长度,提高矿井回采效率,实现矿井的高产高效生产。 [责任编辑李月成 櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸 ] 上接第81页直接充水含水层为K 2 灰岩裂隙岩溶含水层,开采时形成的导水裂隙带可沟通K3、K4灰岩岩溶裂隙含水层,该组含水层属弱富水性含水层,对矿井充水有一定影响。15号煤层底板充水含水层为下伏奥陶系石灰岩含水层,属裂隙、溶隙含水层,补给条件一般,在带压区内有两个钻孔进行过抽水试验,据据井田中部8504号抽水观测孔资料,峰峰组单位涌水量0．78L/sm,井田西部的漳－54号钻孔,峰峰组、上马家沟三段含水层单位涌水量0．076L/sm,属含水中等－小的含水层。矿井防治水工作重点是防治断层、陷落柱和局部地带裂隙导水。根据矿井水文地质规程,15号煤层水文地质类型为中等偏复杂型。 2．6矿井水水害防治措施 2．6．13号煤层 3号煤层水文地质条件属简单类型。现采掘活动已在二水平进行,矿井受下伏太原组薄层灰岩水和奥灰水突水的可能性增加,应密切注意构造裂隙带和陷落柱处的涌水量变化,及时做好防排水工作。2．6．215号煤层 15号煤层直接充水含水层为上K 2 灰岩、峰峰组O2f－5含水层,均属富水性较弱含水层,水害防治采取疏干措施,可以达到安全生产的目的。具体地说,主要通过合理布置采区及工作面,以达到疏放含水层的目的。一般来说,新开采第一个工作面布置在采区中部较好。因为布置在采区上部起不到疏放水的效果;如果布置在下部,水量又很大,有时会影响正常生产。而布置在采区中部,回采之后,可以起到良好的疏放顶板含水层水的效果,并在掘进过程中完善排水系统,不影响劳动生产环境,一般不会造成什么威胁。 15号煤层开采防治水的重点是带奥灰水压开采问题。对陷落柱、断层附近侧向突水,一般需留有足够的防水煤柱就可以解决。对垂向突水的构造裂隙带、导水陷落柱防治则有难度,主要是构造裂隙带、隐伏陷落柱分布的位置和范围不清楚,造成对底板的抗渗性能及其完整性不了解,加之采动对底板破坏影响,在天然状态下的不导水断层、陷落柱,在矿山压力和承压含水层静水压力共同作用下,可以转化为导水断层、陷落柱,因此潜伏着一定的突水危险性。在断裂尖灭处,不是以位移消失应力,而是破裂变形来消失应力,故断裂尖灭处,岩石支离破碎,裂隙张开,抗压强度显著降低,是容易发生突水的地段。 在生产过程中,要采取多种手段,进行逐个工作面防治水探查研究,确保工作面的回采,要有针对性地进行注浆封堵与加固,同时还需有一定安全保障系统,比如对重点防范地段要有突水预测预报,建立防水墙和防水闸门,进行分区隔离,加强和完善防排水系统。 对于受水害威胁的地区,必须坚持“有疑必探,先探后掘”的原则。在巷道掘进前,必须采用钻探、物探等方法查清水文地质条件。根据水文地质条件,提出防范措施,经审查批准后实施,以保证矿井安全生产。 [责任编辑李月成] 58