常村煤矿复杂条件下综放开采实践.pdf

技术经验 常 村 煤 矿 复 杂 条 件 下 综 放 开 采 实 践 马 晓 东 义马煤业集团有限责任公司,河南 义马 472302 摘 要常村煤矿21072综采放顶煤工作面地质条件复杂,通过合理确定工作面的布置,克服了影 响工作面生产的不利因素,实测分析了工作面的矿压显现规律,解决了工作面回采巷道的修护、过 原工作面老巷、过老切眼、顶板局部流沙层、工作面瓦斯防治、煤层自然发火等一系列的技术难 题,保证了工作面的安全生产。 关键词易燃煤层;深部开采;综放开采 中图分类号TD823149 文献标志码 A 文章编号0253 - 2336200702 - 0009 - 04 Practices on fully m echan ized longwa ll sub2level cavi ng under com plica ted conditions i n Changcun Coa lM i ne MA Xiao2dong Yima Coa lM ining GroupCorporation L td1, Yima 472302, China Ab stract According to the comp licated featuresof the geo logical conditions in No. 21072fully mechanized long wall sub2level caving face in Changcun Mine, the paper has rationally set up the layoutof the coalmining face.The paper analyzed the pressure behavior law of the coalmining face .The repair and maintenance of the mining gateway for the mining face, passing thr ough previous used goaf, passing thr ough used open cut,runn ing sand from some roof, gas prevention and control, seam spontaneouscombustion and series technicalp r ob2 lems have been solved . Key words combustible seam; deep mining; fully mechanized long wall sub2level caving 常村煤矿21072综放工作面为孤岛形综放面, 工作面全长220 m,走向长1 460 m,其中里段580 m为顶分层未采区,外段720 m为顶分层已采区。 最里段80 m为实煤体,往外500 m为煤柱。自 2003年9月1日回采至2005年8月28日回采结 束,共生产原煤28416万t,最高月产为2005年3 月生产原煤1615万t。 1 21072工作面布置大综放面的概况 由于采区改造合并和一分层跳采造成21盘区 东翼部分地区留下煤柱,给常规工作面巷道布置带 来极大困难。21072工作面上、下区段工作面已回 采,为一个孤岛形综放工作面,其中里段580 m为 顶分层未采区,外段720 m为顶分层已采区。工作 面位置和条件非常复杂。原21072工作面上巷距 21071上巷30 m布置,压力大,施工十分困难,前 后施工11个月掘进约480 m,因不能保证安全生 产而报废。因巷道支护难度较大,经反复优化设 计,认为沿空送巷布置220 m长综放面进行整体回 采有利于孤岛区域回采和巷道维护。沿空送巷布置 工作面生产,采用综采放顶煤工艺,一次采全高, 这样既有利于巷道支护又减少了工作面煤储量丢 失,缓解了常村煤矿接替紧张。采用国内综放设 备,尤其是前后刮板输送机等设备满足220 m长工 作面生产需要。 2 工作面巷道布置和设备配备 21072工作面位于21盘区的东翼,自上而下第 四个区段,局部第一分层已回采,为综放工作面; 顶部为21071采空区,东边为断层煤柱,西边为21 第35卷第2期 煤 炭 科 学 技 术 2007年2月 8 9 区三条下山煤柱,上为已回采的21052采空区,下 为已回采的21092采空区, 21072工作面布置如图1 所示。工作面埋深560～600 m,煤层平均厚718 m。煤层上部结构简单,底部复杂。 121052下巷;221072上巷;321072下巷;421092上 巷;521091上巷;621071下巷;721071上巷;8 21051下巷 图1 21072综放工作面布置 21072工作面上、下巷布置在21052、21092工 作面采空区边沿,采用小煤柱送巷,上巷布置在 21051采空区下,上距21052下巷415～515 m两 巷不在同一层位。下巷布置在21091采空区下, 上距21091上巷11 m,下距21091上巷7～8 m两 巷在同一层位上21072上下巷均采用锚网、架棚 联合支护,切眼沿2～3煤层顶板布置,采用锚网 架棚联合支护,先掘后扩,二次成巷。 常村矿21072综放工作面设备配备见表1。 表1 工作面机械设备配备 名 称型 号数量 使用地点 采煤机/台MG200/490 - W1工作面 刮板输送机前 /部SGZ- 800 /7501工作面 刮板输送机后 /部SGZ- 800 /7501工作面 液压支架/架ZFS5500 - 18/28140工作面 排头支架/架ZFS5600 - 18/306工作面 乳化液泵站/台DRB - 200 /31154上 巷 转载机/部SZZ - 800/2001下 巷 带式输送机/部SSJ1200 /MA1下 巷 轮式破碎机/台LPS - 10001下 巷 3 工作面生产过程中存在的问题 因工作面地质条件复杂,影响生产的主要因素 有如下几点 121072切眼沿顶板布置,与两条老巷正交。 老巷处冒顶高度8 m、宽10 m,回采老巷及冒顶区 对工作面生产影响较大。 2工作面推进过程中将会依次通过上下相 邻区段和同一区段上分层老切眼,受集中应力影响 会出现严重片帮、冒顶现象,甚至会发生冲击地压 和煤层突出等灾难性事故。 3在集中应力区,上下巷工字钢梯形棚支 架严重变形,底鼓严重。造成下巷带式输送机无法 正常运转,上巷泵站拉移困难。 4 21072工作面进入顶板砂岩体范围时最 厚24～28 m,由于采过一分层之后,砂岩体呈流 沙状况,给放煤工作和煤质管理带来较大困难。 5工作面范围内老巷纵横交错,最多有6～ 7条,而煤层又易燃,自然发火期仅15 d,防灭火 工作非常关键。 4 问题研究及采取的技术措施 411 上下巷采用沿空留巷、强力锚网喷综合支护 2002年5月原设计的21072上巷因压力大,破 坏严重而报废,为合理选取上下巷位置,确定支护 形式,采取计算机数值模拟、雷达探测、矿压观测 3种手段,对巷道支承压力分布规律和不同巷道布 置时巷道围岩应力分布规律、顶分层区段煤柱对下 分层巷道的影响等进行了研究,得出如下结论 121072上巷原有的留55 m和48 m煤柱掘 进巷道时,巷道位于较高应力区域内,因而开巷后 出现了较为严重的 “ 煤炮 ”现象,造成巷道出现 严重变形和破坏。 221072中间巷的矿压观测显示,支架破坏 主要原因是由两帮变形引起的水平应力造成的,围 岩变形量以顶底板移近量为主,而底鼓和支架钻底 量又占总移近量的80以上。整个中间巷矿压在 靠近两侧采空区边缘10～50 m范围较为明显。 3雷达探测表明腰巷围岩松动圈较大,为 2155～2175 m,整个巷道显示围岩应力水平较高。 综合以上结论,在考虑煤柱垮落破坏、防火、 防水、防瓦斯因素的基础上,采取小煤柱留巷。 巷道支护视巷道顶煤厚度及完整情况,采取以 第35卷第2期 煤 炭 科 学 技 术 2007年2月 8 01 下支护方案 全断面锚网架工字钢单棚并喷浆封闭支护。该 方案针对该面煤层较厚大于4 m,完整性较好 的地段,顶板铺金属网,打 �22 mm2 400 mm加 长锚固树脂锚杆,间排距017 m016 m,两帮铺 塑料网,打 �18 mm2 000 mm端锚树脂锚杆,间 排距017 m016 m。随锚网架311 m311 m工字 钢梯形棚作安全保障。 为避免采空区气体溢出或煤层自然发火,滞后 掘进300 m左右并对巷道喷浆封闭。 两帮锚网架工字钢对子棚喷浆封闭支护。该方 案针对顶煤较薄、完整性较差的地段,架311 m 311 m工字钢对子棚,顶背彩条布、荆芭、椽子 棍,两帮挂塑料网打 �18 mm2 000 mm端锚树脂 锚杆,滞后掘进300 m左右对巷道喷浆封闭。 412 化学加固巷顶板冒空区,防止冒顶事故发生 针对21072工作面回采区老巷分布较多、顶板 管理困难的问题进行冒顶区化学加固。如对与工作 面正交的21091探巷、21051下巷和原21072老上巷, 采用提前注胶泥封填,然后在回采线顶板以上注 300～400 mm厚水泥浆进行固化,形成人工顶板防 止冒顶;对21091和21071老切眼处因压力集中造 成的冒顶采取注化学树脂玛丽散等材料进行 加固和充填,固化顶板。 413 加强后期巷道修护力度,增强巷道支护强度 受孤岛煤柱影响,工作面回采180 m后巷道变 形加快,尤其是从2004年4月份开始,在21071老 开切眼前后上下巷各有500 m巷道高度不到112 m,宽度不到210 m,且变形进一步加剧,严重危 及安全生产,需在上巷铺设SJ - 40型带式输送机 和T80型刮板输送机加快巷道扩修。当采取二次支 护和修巷支护仍不能有效控制围岩变形时,采用注 玛丽散化学材料等加固剂加固围岩体,强化回采巷 道围岩的力学特性,增强围岩的强度。 414 采取瓦斯抽放、增加巷道断面和加强通风管 理手段防止瓦斯超限 因工作面较长,中部有多个高瓦斯条带,同时 由于工作面压力大,上、下巷部分通风巷道断面太 小,制约了工作面的风量配备,给通风和瓦斯治理 带来困难。 为防止瓦斯超限采取的主要措施如下 1坚持以抽放为主,减轻风排瓦斯压力, 上端头采空区采用40 m 3 /m in的瓦斯抽放泵连续抽 放。 2根据分源治理原则,封堵瓦斯集中涌出 源。在工作面回采过程中,对工作面上、下隅角靠 支架后尾梁处建密闭封堵采空区瓦斯涌出源;同 时,扩大工作面超前支护巷道断面,降低风阻;若 上三角煤处发生冒顶等,必须随时封堵。 3加强上隅角瓦斯管理,为防止瓦斯积聚, 向上隅角供风,喷散上隅角积聚的瓦斯;同时,在 上隅角处悬挂导风帘,使工作面风流流经上隅角稀 释该处瓦斯,确保该处瓦斯不超限。 4加强工作面瓦斯检测、监控,全方位监 测瓦斯。严格执行 “ 巡检制、班中汇报制和现场 交接班制 ”,每天安排专人对主机及线路进行检查 和维护,每7 d对瓦斯断电仪用标准气样进行一次 校检,确保检测系统数据的准确和断电功能的灵敏 可靠;利用KSS - 200色谱分析仪定期或不定期对 21072工作面气体进行分析,全方位检测、监控工 作面瓦斯变化情况。 415 采取充填封堵、注浆胶和注氮等手段防 止煤层自燃 21072工作面由于矿压显现剧烈,巷道状况差, 防治煤自然发火工作是重中之重。采取的主要防火 措施如下 1合理配给并稳定工作面风量。工作面供 风量要在满足生产的情况下进行调整,并保持稳 定,预防高负压增大漏风引发自燃火患。 2及时封堵采空区漏风的主要出、入口。 每天安排人员在工作面上下隅角靠支架后尾梁处及 时建密闭封堵,密闭要挨帮贴顶,垛严挤实,不留 漏洞。在下隅角每周注凝胶2次,防止下隅角采空 区漏风或煤发火。 3洒水阻化剂湿润上下隅角附近的浮 煤。每天防火队有专人对上下隅角采空区垮落的浮 煤充分洒水湿润,并且在下端头洒水后,必须洒阻 化剂。若上下隅角处落煤有温度时,除对落煤洒水 外,同时对放顶线以外巷顶的浮煤打煤电钻眼,进 行充分洒水湿润,严防热煤体落入采空区内。 4实施充填防火措施。为防止工作面上下 巷修巷过程中出现的高冒区发生自燃隐患,实施远 距离充填技术,利用远距离泥浆泵对高冒区大量充 填粉煤灰,防治发火效果明显。 5对采空区进行注氮防火。为防止工作面 采空区出现自燃隐患,把该工作面作为重点注氮工 第35卷第2期 煤 炭 科 学 技 术 2007年2月 8 11 作面, 2台制氮机交替工作,保证了氮气的足量、 连续供给。 416 煤厚不同段块采取不同放煤工艺 2004年7月,首先现场跟班对21072工作面采 放各环节进行实测,分析了前、后刮板输送机不能 平行作业的原因,寻找提高开机率的途径。同时就 21072工作面顶底板及煤层现场取样,采取模拟试 验的办法在实验室模拟开采条件进行对比实验,优 化采放工艺。在反复现场实测和实验室观察的基础 上,对21072工作面不同顶板和煤层条件采放工艺 进行了优化。优化工艺如下 1在破碎砂岩体顶板条件下,采放比不小 于1∶2时采用 “ 三采一放,分段自下向上分段放 煤 ”工艺;当采放比小于1∶2时,采用 “ 两采一 放,三架同时放煤 ”工艺。 2在预采一分层的厚煤层区段,采放比大 于1∶2周期来压缓和期间采用 “ 两采一放,三架 同时放煤 ”工艺,在周期来压期间,采用 “ 两采 一放,分段顺序放煤 ”工艺。 3现场实施后,工作面回采率明显提高, 综合采出率达到85左右,最高8915。 5 工作面矿压显现规律 随着工作面的推进,顶分层煤柱将逐步减少, 作用在其上的支承压力会逐步增大,当达到一定程 度时有可能发生顶煤及下段煤体因剪切破坏而发生 煤体突出的危险。 为了了解工作面矿山压力显现的基本特征,进 行工作面矿压观测。21072工作面共设5条观测线, 对应支架编号分别4号、39号、74号、109号、 143号架,观测线间距53 m,每架安装4块XYJ - 60圆图自记仪量程0～60 MPa ,共安装20块 表;连续记录24 h,每天更换一次表纸,观测支架 变化规律,同时根据不同特征段合理地调整观测线 位置。 21072开切眼沿顶采用锚网架棚联合支护,由 于切眼顶帮采空区侧锚杆支护周边的约束, 当工作面上端推进8 m,下端推进6 m ,平均工作 面推进切眼7 m 推出切眼顶板初次垮落,垮落 高度3～4 m。随着工作面继续推进上端推进1213 m,下端推进717 m ,平均推进10 m时,顶煤全部 垮落,部分液压支架放煤时见到顶板矸石,当工作 面向前推进2215 m时工作面全面来压,主要表现 为液压支架立柱压力升高,平均压力为4115 MPa。 工作面煤壁片帮013～014 m有 “ 煤炮 ”发生。 当工作面向前推进2215 m时,现场观测可知, 位于煤层上方的泥岩直接顶全部垮落,工作面全部 来压,局部出现煤壁片帮现象,煤壁片帮013～ 014 m,有煤炮发生。随着工作面的不断推进,直 接顶垮落,局部地段煤壁片帮。 当工作面推进到56 m时,工作面全部来压, 主要表现为煤壁片帮范围增大,随着工作面不断推 进,基本顶呈周期性垮落,垮落步距一般为25～ 33 m。随着工作面的推进,工作面压力呈规律性变 化,周期来压步距在715～10 m,平均8175 m,来 压强度明显低于初次来压。 工作面压力的大小与放顶煤强度有关,当顶煤 采出率高时,周期来压明显。顶煤采出率低工作面 呈现分层开采压力呈现特点,周期来压不明显。由 于21072工作面上巷上帮、下巷下帮为实煤体,及 端头上下各3架排头支架不放煤,且顶帮锚杆支护 对围岩的约束,第1观测线4号架,第5观测线 143号架,压力明显低于工作面压力50 ,主要表 现在上、下端头不垮落,压力表压力低平均最高压 力在0～25 MPa。分析其原因为工作面上巷上帮和 下巷下帮为实煤体,垮落矸石的支撑作用。 根据实测液压支架初撑力平均为2 243 kN/架, 占额定初撑力3 956 kN /架的5617 ,初撑力最大 值为3588 k N /架,占额定初撑力3 956 k N /架的 9017;实测支架初撑力主要集中在1 500～2 700 kN /架,占总观测架次的7613 ,大于额定初撑力 501 975 kN /架的架次占总架次的6617 , 大于额定初撑力702 765 k N /架的架次占总 架次的713。因此,该支架选型是合理的。 参考文献 [ 1] 钱鸣高,刘听成.矿山压力及其控制修订本[M ].北 京煤炭工业出版社, 1991. [ 2] 何满潮 1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. 作者简介马晓东1962 -,男,河南新安人,经济师,现 在义马煤业集团有限责任公司常村煤矿从事生产管理工作。 收稿日期 2006 - 06 - 09;责任编辑曾康生 第35卷第2期 煤 炭 科 学 技 术 2007年2月 8 21