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开采与设计 短长壁综合机械化采煤技术 赵宏珠 1, 刁建华 1, 戴秋梁2 11中国煤炭海外开发公司, 北京 100011 ;21中国煤矿机械装备集团公司, 北京 100011 [摘 要 ] 短长壁综采是在已掘巷道巷柱式开发区内布置长壁工作面, 并用综采成套设备回采 煤柱的新式采煤法。印度巴兰布矿购置了中国综采成套设备, 在 63L短长壁综采工作面进行了试验。 介绍了短长壁工作面推进过程中超前空巷支护、通风系统建立以及矿压特点。试验期间,65d采出煤 炭 102415t , 平均日产 1300t , 最高日产达 2000t , 工效和采出率均有大幅提高。实践证明, 短长壁综 采在印度有广阔的推广前景, 对中国中小型煤矿由巷柱式开采改为长壁综采也具有借鉴价值。 [关键词 ] 短长壁综采; 超前空巷支护; 通风系统; 矿压特征 [中图分类号 ] TD82314 [文献标识码 ] B [文章编号 ] 1006-6225 2008 04-0022 -04 Short Long -wall Ful- lmechanizedM ining Technology [收稿日期 ] 2008- 04- 01 [作者简介 ] 赵宏珠 1937- , 男, 北京人, 教授级高工, 从事煤炭科教、工矿和贸易工作 50余年。 印度 2006 2007年度产煤 360 M , t 其中井工 产量 43132 M , t 井工开采主要靠巷柱式采煤法, 2007年在印度巴兰布矿试验了短长壁综采。 1 短长壁综合机械化采煤方法产生及实质 巷柱式开采是印度井工开采的传统采煤法, 即 将矿田利用宽度约为 4m 的巷道切割成 20m 20m 的煤柱, 打眼放炮落煤,侧装机装煤, 小型刮板输 送机运煤,利用锚杆支护巷道和回采空间。此法优 点是投资少、见效快;但产量低巴兰布矿 2个 巷柱工作面回采 7个煤柱,日产 750t,效率低 每班出勤 90人,效率约 1t/工 , 采出率低 回 收煤柱采出率低于 70 ,手工操作,劳动强度 大, 支护简单,安全性差。 长壁综采是巴兰布矿近 10年来利用中国综采 成套设备获得良好效益的采煤法, 其工作面巷道布 置仅有回风平巷、运输平巷和开切眼, 通风系统完 善良好。破煤、装煤、运输、支护回采空间和处理 采空区一条龙,实现了综合机械化。产量高巴 兰布矿回采 7个工作面累积产煤 310M, t 平均年产 375k, t 最高年产 775kt,效率高工作面全天出 勤 90人, 最高工效为 2195t/工,比巷柱式开采效 率高 2倍 ,采出率高达 95,工作面事故少, 安 全。 短长壁综采项目是巴兰布矿从实践体会中提出 的新型井工采煤法,即将传统的巷柱式采煤法与长 壁综合机械化采煤法结合起来,形成新型采煤方 法,如图 1所示。短长壁综采是在已掘巷道巷柱式 开发区内布置长壁工作面,并用综采成套设备回采 煤柱的新式采煤法。 1 煤柱;2 空巷;3 单体液压支柱; 4 超前液压支架;5 隔风墙 图 1 短长壁综采工作面巷道和设备布置 2 短长壁综采试验工作面条件和生产能力 巴兰布矿 63L短长壁综采工作面与 P1长壁综 采工作面相邻, 也是浅埋深、上覆岩层整体性强的 工作面。 63L工作面采深 40 51m;推采长度 540m; 工作面长度 80m 4个房柱 ; 可采储量 106k; t 煤 柱尺寸 20m 20m;巷道宽度 415m;采高 212 214m。 22 第 13卷 第 4期总第 83期 2008年 8月 煤 矿 开 采 Coalm ining Technology Vo1113 No 14 SeriesNo183 August 2008 63L综采工作面设备配套 1 液压支架ZZ6500/14/27型支撑掩护式 支架,支护强 度 1000 1160k N /m 2; 工 作阻力 650, t 安全阀开启压力 41MPa , 移架步距 679mm; 2 采煤机 MG375 -W 型液压牵引采煤机; 3 刮板输送机SGZ764/400型,生产能力 800t/h; 4 桥式转载机SZZ764/132型,生产能力 900t/h; 5 破碎机PCM110型; 6 乳 化 液 泵DRB -200/3115 型,流 量 200L /m in, 压力 3115 MPa; 7 乳化液箱RX-1600型, 容积 1000L。 63L综采工作面计划每刀产煤212m 0155m 62m 114t/m 3 100, t 每 日进 10 刀,日产 1000t 。 每天 18h出煤,6h维修设备, 开机率为 50 。 全天出勤 90余人。 3 空巷支护技术 巷柱式开采最大的特点是将矿田切割成 20m 20m 的小煤柱, 而在煤柱四周被巷道, 即空巷所包 围, 要改用长壁开采, 采煤机割煤要过空巷,支架 要穿越平行和垂直煤壁的空巷是不可避免的。因 此, 支护煤壁前方已掘空巷就成了巷柱变长壁的第 1个技术问题。 311 超前空巷支护方式的选择 超前空巷顶板均用锚杆支护, 煤壁前方空巷已 选用单体支柱和液压支架支护。 63L短长壁综采工 作面超前煤壁空巷的支护方式为采用 10台液压支 架和 300根单体支柱相结合的支护方案。 312 超前空巷内支护设备的布置及支护强度 由图 1可以看出 在垂直工作面的 3条空巷中 各布置 2台 ZZ4400/14/27型支撑掩护式支架; 在 平行工作面的 2条空巷中各布置 2台 ZZ4400/14/ 27型支撑掩护式支架。共布置 10台支架。 在工作面上、下巷超前煤壁 30m 范围内各布 置 3 30根和 2 30根工作阻力为 400kN的单体液 压支柱, 共布置 150根支柱。 在煤壁前方平行与垂直工作面布置液压支架的 空巷交岔点处各布置 6根单体液压支柱,共须布置 36根支柱。 以支架工作阻力为 5030kN/架、单体液压支柱 工作阻力为 400kN /柱计,支护强度分别为 1 垂直工作面超前煤壁空巷液压支架支护 强度为 44711kN /m 2; 2 平行工作面超前煤壁空巷液压支架支护 强度为 11117kN /m 2; 3 超前煤壁空巷交岔点处单体液压支柱支 护强度为 11815kN /m 2; 4 垂直工作面超前煤壁空巷顶板锚杆支护 强度为 4414kN /m 2; 5 平行工作面超前煤壁空巷顶板锚杆支护 强度为 60kN /m 2; 6 平行工作面超前煤壁空巷支护强度为 33416kN /m 2; 7 垂直工作面超前煤壁空巷支护强度为 670 kN /m 2。 313 液压支架液压系统及移置 超前空巷内布置的液压支架液压系统与工作面 内液压支架相近,可单独设置乳化液泵站,液压支 架利用与工作面支架相同的操作阀, 可本架操作支 架降柱、移架和升柱,也可延长管路遥控操作支架 降柱、移架和升柱。 能否随工作面向前推移支架是短长壁综采能否 实现安全高产的关键。为此, 巴兰布矿将 10台超 前空巷支护液压支架的移置程序定为 7步,使短长 壁综采工作面顺利地通过了超前空巷,见图 2 1 超前支架工况 I 起始状态 ; 2 超前 支架工况 ,7架、 8架前进过 1架、 2架,1 6 架前进; 3 超前支架工况 ,7架、 8架前进过 3架、 4架,1 6架前进; 4 超前支架工况 , 23 赵宏珠等 短长壁综合机械化采煤技术2008年第 4期 7架、8架前进过 5架、 6架,1 6架前进; 5 超前支架工况 ,7架、8架前进并转弯进回风平 巷,1 6架前进; 6 超前支架工况 ,9架、 10架前进,1 6架前进,7架、 8架前进并过 9 架、 10架,转弯进 9架、 10架的前排,平行超前 空巷至端头转 180b 定位; 7 超前支架工况 ,1 6架前进,实现超前支架移置 1个循环。 4 伪斜开采 斜交过空巷 由于短长壁工作面内每隔 20m 就有一条平行 煤壁的超前空巷,工作面向前推进必须不断地通过 此条空巷。为了减少每次割煤通过空巷时悬顶面 积,一般采用工作面呈伪倾斜布置, 斜交过空巷。 63L短长壁综采工作面伪斜倾角优选为 11b 。 在实践过程中, 刮板输送机仍有下滑的现象, 为防 止其下滑, 在两条平行煤壁超前空巷之间的煤柱割 煤过程中, 适时减小伪斜角度取得了良好效果,即 靠近空巷前从下端头多割些三角斜刀,尽快形成伪 斜布置工作面, 减少过空巷时悬顶面积; 当工作面 基本割过平行煤壁超前空巷后,逐渐减小伪斜角 度,防止刮板输送机下滑。 此外, 在液压支架与刮板输送机之间每隔 6架 安装 1组防滑装置,并采用单向割煤,防止刮板输 送机下滑。 5 建立隔风墙 形成通风系统 长壁工作面的特点之一是通风系统完善, 工作 面环境良好,而巷柱式开采已将切割煤体巷道掘 出,要形成长壁开采系统,使其进风和回风系统完 善,必须将已掘巷道密闭起来。如图 1所示, 通过 打若干个隔风墙此隔墙有 3种带风门、带风 窗及无风门无风窗 , 防止漏风,才能形成长壁式 开采的通风系统。此项工程是短长壁综采工作面安 全生产不可缺少的。 6 短长壁综采工作面矿压特征 63L短长壁综采工作面与 P1长壁工作面邻近, 但因工作面缩短由 150m 减至 80m,空巷内有 锚杆支护, 同样采用地面爆破弱化上覆岩层的条件 下,其矿压显现具有新的特征。 611 基本顶来压步距和强度加大 由表 1可知, 短长壁综采工作面基本顶初次来 压步距加大了 36m,即增加 4218 ;基本顶周期 来压步距加大了 3215m, 即增加 3倍, 短长壁综采 工作面基本顶初次来压强度增大 3612 ;基本顶 周期来压强度平均增大 1313 。 612 沿工作面长度方向中部压力最大 由表 2可知,短长壁综采工作面中部前后柱压 24 总第 83期煤 矿 开 采2008年第 4期 表 1 短长壁综采工作面基本顶来压参数 采煤法 工作 面号 基本顶 初次来压 步距 /m 基本顶 初次来压 强度系数 基本顶 周期来压 步距 /m 基本顶 周期来压 强度系数 短长壁综采63L1201188平均 43 平均 1153 最大 1187 长壁综采P1841138平均 1015 平均 1135 力均高于工作面上和下部;而前柱压力高于后柱, 工作面中部压力最大。 613 空巷中间煤柱中部压力最大 短长壁综采工作面空巷中间煤柱中部压力最 高,靠空巷一侧压力也有所增高, 但均低于煤柱中 部压力。 表 2 巴兰布矿 63L短长壁综采工作面立柱压力统计 柱别项目 工作面位置 1 18架19 36架37 54架1 54架 平均最大平均最大平均最大平均均方差 前柱 平均值 /M Pa331663416333158341093189 均方差 /M Pa114911981 12911391144 P /MPa351153614134187351485133 最大值 /M Pa371641381172361773367182 最小值 /M Pa3116353212363019343211213 后柱 平均值 /M Pa3213733104331043218412 均方差 /M Pa115511911 14911391148 P /MPa331923419534152341235170 最大值 /M Pa3516563618803517643516716 最小值 /M Pa2915323018343015353017215 7 63L短长壁综采试验效果及推广前景 63L短长壁综采工作面从 2007年 12月 31日 投产,至 2008年 3月 6日已推进 44615m,历时 65d ,平均每天推进 6187m。以每刀推进 0155m 计, 每天割煤 1215刀,最快日进 19刀。 试验期间采煤总量 102415t 。 试验期间平均日产 1304t 。 试验期间最高日产 1982t 。 63L工作面用短长壁综采比用巷柱式开采可多 回收煤炭 26500, t 采出率提高 25 。 63L工作面用短长壁综采比用巷柱式开采平均 日增产 929, t 比巷柱式开采增产 215倍。 63L工作面短长壁综采是巷柱式开采平均日工 效的 1415倍。 支架等综采成套设备和工作面工作状态良好, 未因设备事故和围岩破坏造成工作面停产。 印度井工煤矿已掘成巷柱式开采的可采储量有 2800 M t左右, 如以印度年产 400 M t计,此储量可 采 7a 。由此看来,扩大短长壁综采是有广阔前景 的。以巴兰布矿为例,已准备了 9个待产工作面, 待产煤量为 691200t 。 这种方法对于我国中小型矿井, 由巷柱式开采 改为长壁开采也是有实用价值。 [参考文献 ] [ 1] 赵宏珠, 等 1 浅埋深薄基岩煤层井工开采技术[M ] 1 徐州 中国矿业大学出版社,20031 [ 2] 赵宏珠 1 中国综采长壁技术和装备出口印度应用效果分析 [ J] 1 煤矿开采,2000 15 -81 [ 3] 杨其震, 赵宏珠 1 中国综采成套技术和设备在印度应用的技 术经济分析[ J] 1 煤矿开采,2003 313 -16,201 [ 4]Feaslbilty of shortwallM ining of Developed Pillars Q long W ith the Assess ment of R edistribution of Stress/Load Densityand Required Positive Suppart in the Advanced Calleries at Balrampur M ine , SECL CMR I20061 [ 5] AN EXPER I ENCE ON EXTRACTI ON OF DEVELOPED PILLARS I N THE LONGWALL PANEL BY PSLW EQU I PMENT AT BAL- RAM PUR M I NE ,SECL SECL 20021 [责任编辑 邹正立 ] 显德汪矿矸石电厂推行新型配煤法 河北金牛股份公司显德汪矿矸石电厂大力推行新型配煤法, 节能降耗效果明显。该电厂通过掺加劣质煤和煤矸石 的办法, 把平均标准煤耗从以前的 815g /k W h减少为 735g/kWh, 每发电 1k W h可节省标准煤 80g 。新型配煤法是指在 发电过程中, 加大劣质煤及煤矸石用量, 让其占到用煤总量的 30 ,并且控制小煤粒的入炉量, 使其不超过用煤总 量的 50 。 25 赵宏珠等 短长壁综合机械化采煤技术2008年第 4期