石炭系特厚煤层综放开采技术实践.pdf

第 9期 山 西 焦 煤 科 技 No . 9 2008年 9月 Shanxi Coking Coal Science 支护设计; 矿压监测; 综放开采 中图分类号 TD23 . 29 文献标识码B 文章编号 1672- 0652 2008 09- 0012- 02 大同煤矿集团塔山煤矿现采石炭二叠系 3 5号 合并层, 可采厚度为 9 . 8m 29 . 21m, 平均 18 . 44m, 煤层含有 6 11层夹石, 最大厚度达 0 . 6 m, 煤层倾 角 1b 3b , 属较稳定型、 结构复杂煤层, 该煤层上部由 于煌斑岩侵入的穿插破坏, 煤层受热变质或硅化, 结 构疏松, 易碎, 使煤层结构与煤质趋于复杂化。煤层 顶板为泥岩、 砂质泥岩、 煤、 高岭岩、 细砂岩、 中砂岩、 粗砂岩的互层, 分层厚度一般为 0 . 1 m 4. 0 m, 且厚 度较大的分层中间都夹有泥岩或煤的软弱夹层, 该类 型顶板为不稳定顶板 [ 1]。 8102首采工作面位于塔山井田一盘区, 工作面 东为实煤区, 南以 1070回风巷为界, 西为盘区进风联 巷, 西 北与南 郊塔 山矿相 邻。工作 面走 向长 度 1 531 . 3m, 倾向长度 230 . 5m, 面积 352 964 . 7 m 2, 工 业储量 724 . 7万 ; t 采用单一走向长壁后退式综合机 械化低位放顶煤开采的采煤方法。 1 顶煤的冒放性 煤层的冒放性是指煤层顶部煤体在支承压力的 作用下冒落和放出的难易程度。影响煤层冒放性的 因素众多, 主要有煤层的埋藏深度、 强度、 裂隙发育程 度及夹石层数及夹石厚度。 依据首采区地质资料和现场揭露的煤层情况, 煤 层由下向上依次为 4m 厚垂直节理发育煤层、 6 m 厚 倾斜节理发育煤层、 5m 厚层理发育煤层、 2m 厚破裂 煤层和 1 m的破碎煤层。由于煤层节理的发育, 煤 体的抗压强度来自点载荷试验, 其强度为 27 37 MPa , 平均为 32MPa 。煤层呈弱玻璃 玻璃光泽、 碎 块 块状, 参差不齐阶梯状断口, 加有镜煤条带, 发育 有少许内生裂隙。节理面充填有方解石脉, 结构疏 松, 性脆易碎。煤层节理间隙在 15 25 cm, 主节理 间距 1 . 0 m 1 . 2 m, 节理倾角 55b 。施工中还发现 3 5 号煤层的下部结构相对较稳定, 但各种层理、 节 理发育, 首采工作面整个煤层冒放性较好。 2 回采巷道布置及顺槽支护 首采 8102工作面为一进两回三巷布置, 3条顺 槽均垂直与 1070大巷向北, 其中 2102皮带顺槽、 5102辅助运输顺槽沿 3 5号煤层底板布置; 顶回风 顺槽沿 3 5号煤层顶板布置。切眼位于工作面北 部, 工作面由北向南推进。 巷道顶板锚杆形式和规格 杆体采用 22 左旋无 纵筋螺纹钢, 长度为 2 400mm, 杆尾螺纹为 M24mm。 托板 采用拱型高强度托板, 托板规格为 150 mm 150 mm 10mm。W 形钢带规格 厚度为 3mm, 宽度 为 250 mm, 长度为 5 300 mm。锚固方式 树脂加长 锚固, 采用 2支树脂药卷, 1支规格为 K2335 , 另 1支 规格为 Z2360 。钻孔直径为 28 mm, 锚固长度为 1 200mm。 锚杆布置 锚杆排距为 1 000 mm, 每排 6根锚 作者简介 赵富恒 男 1969年出生 1992年毕业于大同煤校 助理工程师 大同 037003 杆, 间距为 1 000 mm。锚杆角度 靠近巷帮的顶板锚 杆安设角度为与铅垂线成 20b。锚索 单根钢绞线, 直径为 17 . 8mm, 长度为 8 300mm, 加长锚固, 采用 3 支树脂药卷, 1支规格为 K2335 , 2支规格为 Z2360 。 锚索每 3排 2根, 排距为 3 000 mm, 锚索头部设有树 脂药卷搅拌头, 尾部配有高强度锚具, 配套金属托板 规格为 300mm 300 mm 16 22 mm。 巷帮锚杆形式和规格 杆体采用 22 左旋无纵筋 螺纹钢, 长度为 2 400 mm, 杆尾螺纹为 M 24 mm。托 板 采用拱型高强度托板, 托板规格为 150 150 10 mm。W 形钢带规格 厚度为 3 mm, 宽度为 250 mm, 长度为 2 300 mm。锚固方式 树脂加长锚固, 采用 1 支树脂药卷, 规格为 Z2360 。钻孔直径为 28 mm, 锚 固长度为 1 000 mm。锚杆布置 锚杆排距为 1 000 mm, 每排每帮 3根锚杆, 间距为 1 000 mm。锚杆角 度 靠近顶板 的巷帮锚 杆安设角度 为与水平 线 成 10 b 。 3 设备选型及采煤工艺 根据煤层赋存条件, 综合考虑多种因素, 本工作 面采用单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤 开采的采煤方法, 使用 SL- 500型采煤机落煤、 装煤, PF6/1142型前部刮板运输机和 PF6/1342型后部刮 板运输机运煤, ZF10000/25/38型低位放顶煤支架支 护顶煤、 顶板, 采高为 3 . 5 m, 放煤高度 13 . 37m, 采放 比为 1B 3 . 82 , 按一刀一放的正规循环作业, 循环进 度放煤步距为 0 . 8m, 采用自然跨落法管理采空区顶 板。 工作面主要机电设备配置见表 1 。 表 1 工作面主要机电设备配置 序 号 名称型号 功率 /kW 能力 /t/h 电压 /V 数 量 1采煤机艾柯夫 SL - 5001 8152 7003 3001 2前输送机PF6/1 1422 7502 5003 3001 3后输送机PF6/1 3422 8553 0003 3001 4转载机PFG /1 5424503 5003 3001 5破碎机SK11184004 2503 3001 6皮带机DSJ1400/33002 5003 0003 3001 7乳化液泵EHP- 3K200/53200150 L3 3004 8喷雾泵EHP- 3K125/80132516 L3 3004 当工作面顶煤塌落达 4 m 以上, 方可回收顶煤, 但古塘垫层不能小于 4 m。顶煤塌落达不到 4 m, 严 禁回收顶煤。 生产工艺 采煤机斜切进刀 y割煤 y移架y推前 溜 y放顶煤y拉后溜。 采煤机采用双向割煤法, 从头到尾及从尾到头, 沿牵引方向前滚筒割顶煤, 后滚筒割底煤。 4 防治煤层自燃发火 为防止工作面开采过程中自燃发火发生, 要求工 作面每推进 40 m, 开始对古塘余煤实施三相泡沫阻 化措施, 直至工作面封闭。 1 三相泡沫制备的工艺流程。首先在制浆站 中, 将一定比例的水与粉煤灰或黄泥搅拌混合形成粉 煤灰或黄泥浆体, 通过压力泵或者矿井的自然垂直高 差输送到注浆管路中, 再通过定量螺杆泵将发泡剂加 入到注浆管路中, 浆液与发泡剂在流动的混合器中混 合后进入发泡器, 在发泡器中接入氮气管路, 氮气与 含有发泡剂的粉煤灰或黄泥浆体相互作用产生三相 泡沫。 2 三相泡沫灌注方案。采空区预防性灌注三相 泡沫时, 采用在进回风巷道预埋管, 同时注三相泡沫, 发泡器安装在回风与进风巷道中, 随着工作面的推进 不断前移。 正常情况下工作面每推进 40 m 后, 就开始连续 注三相泡沫, 进回风巷道连续注 36 h后停止。等工 作面再推进 40 h后, 又开始连续注三相泡沫, 如此循 环。 工作面停采后在停采线附近加强灌注力度, 要求 停采线处三通长度为 80 m, 每隔 40 m 随机打 20个 左右孔径为 1 c m 的小孔。如采空区出现异常情况, 立即进行灌注。 5 采面顶板运移规律监测 8102工作面投产后, 采用了 KJ216顶板动态监 测系统 [ 2] 该系统由综采监测、 顶板离层监测、 锚杆 应力监测、 超前应力监测 4部分组成 、 数字全景钻 孔摄像系统、 微地震监测系统, 对回采工作面和巷道 矿压进行了综合观测, 初步掌握了大同煤田石炭二叠 纪特厚煤层一次综放开采条件下矿压显现规律, 总结 了一套行之有效的矿压控制方法, 指导首采面的开采 实践, 在满足安全开采的前提下, 取得了较高的生产 水平和煤炭回收率指标, 为同类条件 下转第 16页 132008年第 9期赵富恒 石炭系特厚煤层综放开采技术实践 作面单产。 4 结论与建议 通过对屯兰矿 12307尾巷、 12207轨道巷、 12309 皮带巷、 12209尾巷和 12309轨道巷等巷道破碎顶板 采用注浆加固试验, 巷道总长度约 750m 情况观测统 计, 实践证明, 在破碎顶板巷道中采用注浆加固技术 是解决复合破碎顶板巷道支护技术的有效途径。其 技术可靠, 经济合理, 经过上述加固巷道观测, 在顶板 已经变形位移情况下采用注浆加固后, 顶板下沉量平 均为 150 mm, 两帮移近量平均为 260 mm, 而采用其 它维护的巷道, 顶板下沉量平均为 900 mm, 巷道底鼓 量高达 1 000 mm。个别巷道由于变形严重 巷道高 度由 3 000mm, 下沉到 1 300 mm, 宽度由 3 200mm, 变移到 2 200 mm 无法满足生产要求, 造成巷道报 废。从巷道维护情况看, 采用注浆加固的巷道材料费 为每米 128元, 而采用架棚、 扩帮、 拉底、 补打锚索与 帮锚杆的维护方式, 二次维护每米材料费为 408元。 注浆加固比架棚或扩帮拉底补打锚索锚杆维护每米 节约材料费 280 300元。 建议在破碎复合顶板巷道注浆加固时应紧跟掘 进工作面, 这样既可及时加固顶板, 又防止围岩变形, 支护效果会更佳。 收稿日期 2008- 08- 12 参 考 文 献 [ 1] 何满潮. 中国煤矿软岩巷道支护理论与实践[M ]. 徐州 中国矿业大学出版社, 1996 186- 189 . [ 2] 林登阁. 跨采软岩巷道锚注支护试验研[ J]. 岩土力学, 2002 , 23 2 238- 241. Application on Grouting ReinforcementTechnology in Broken Roof ofTunnel Pan Guoping Abstract Through study of Tunlan coalm ine roof lithology , explores in line w ith the actual situation in Tunlan coalm ine ,econom ic and reasonable grouting reinforcement technology. Through grouting reinforcement the broken roo, f increase the integrity and strength of broken roo, f controls the sinking of the roof effectively, avoids the secondary roadway maintenance engineering. Creates a safe environ m ent ineworker , ensures safety production inm ine. Key words Grouting ;Broken roo;f Defor mation volume 上接第 13页 下的开采积累了宝贵的现场经验, 为以后工作面液压 支架的选型提供决策依据。 6 结束语 在开采煤层厚度大、 结构复杂等诸多不利因素的 情况下, 综放开采利用了各种技术手段, 保证了工作 面的安全生产, 使煤炭采出率超过 80 , 做到了安全 高效, 同时为该矿后续开采提供了可借鉴的技术经 验。 收稿日期 2008- 07- 24 参 考 文 献 [ 1] 邢彦文. 塔山矿石炭系特厚破碎煤层巷道支护技术 [ J]. 煤炭科学技术, 2007 3 12- 14. [ 2] 谢广祥, 杨 科, 常聚才. 综放开采煤层支承压力分布规律现场实测分析 [ J]. 煤炭科学技术, 2006 3 34- 36 . FullyM echanized CoalCaving Technology Used in Carboniferous Extra- thick Coal Seam Zhao Fuheng Abstract Seam thickness is large in fully- caving face ofTashan coalm ine,its structure is complex,sponta - neous combustion period of coal seam is shor, t coal dust has explosivity. Through analysis of the top coal caving,rea - sonable layout gateway,the selection of equip m ent and technology mee, t and has takenm easures to spontaneous com- bustion of coa,l at the same ti me carries out comprehensive m ine pressuremonitoring,has overcome the adverse fac - tors of i mpacting production in face , ensures the safe and efficient production in coalm ining face . Key words Equip m entmatching; Support design ; M ineral pressure menitoring ;Fully mechanized coal caving 16山 西 焦 煤 科 技2008第 9期