深部煤层综合机械化开采研究.pdf

2 0 1 5 年第 l 2期 总第 1 2 3期 ； 夏 - 蓦 ； { 薹 E N E R G Y A N D E N E R G Y C O N S E R V A T I O N 2 0 1 5 年 1 2月 深部煤层综合机械化开采研究 史 贵 栋 长治市煤矿工程质量监督站，山西 长 治 0 4 6 0 0 0 摘要 分析了深部大采高开采的可行性 ，并结合 实践经验对如何实现深部大采高的顺利开采提出几点建议 ，从而为 中国煤炭深部开采的发展提供一定借鉴与参考。 关键词 深部开采；大采高；综合机械化；可行性；对策 中图分类号 T D 8 2 3 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 - 0 8 0 2 一 2 0 1 5 1 2 0 1 4 1 0 2 St u dy o n t he Co mpr e he ns i v e M e c ha n i z e d Co a l M i n i ng M e t ho d Us e d i n De e p Co a l - s e a m SIll Gu id o n g Ch a n g z h i Mi n e P r o j e c t Qu a l i t y S u p e r v i s i o n S t a t i o n ， Ch a n g z h i 0 4 6 0 0 0 ， S h a n x i ， Ch i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r a n a l y z e d t h e f e a s i b i h t y o f d e e p mi n i n g i n l a r g e c u t t i n g h e i g h t wo r k f a c e ， p u t f o r w a r d s o me s u g g e s t i o n s o n h o w t o s u c c e s s f u l l y p e r f o r m d e e p mi n i n g i n l a r g e c u tt i n g h e i g h t w o r k f a c e c o mb i n e d wi t h p r a c t i c a l e x p e r i e n c e t o p r o v i d e c e r t a i n e x p e r i e n c e a n d r e f e r e n c e f o r t h e d e v e l o p me n t o f Ch i n a s c o a l d ee p mi l l i n g ． Ke y wo r d s d e e p mi n i n g ；l a r g e c u t t i n g h e i g h t wo r k f a c e ；c o mp r e h e n s i v e me c h a n i z a t i o n；f e a s i b i l i t y ；c o u n t e r me a s u r e s 0 引言 近2 0 a 多来 ，随着 中国工业水平不断提升 ，煤矿 井下回采技术与设备，特别是大采高综采技术设备均 获得了巨大进步。主流采煤工艺 已先后经历炮采 、普 采、 综采、大采高综采等数个时期，但近年来随着浅层 煤炭资源日 益枯竭，煤炭回采深度不断增加，而现有的 大采高综采工艺多针对浅部煤层开采，其在深部开采中 的应用研究十分有限。鉴于此 ，积极开展大采高综采 工艺在深部开采中的应用研究，对于提升中国煤炭生 产水平 ，推动煤炭产业长久稳定发展意义重大。 1 大采高综采深部应用可行性分析 现阶段 中国煤矿 矿井采深达 到5 0 0 m以上 的占据 煤矿总数量四成以上，此外还有近百处矿井采深达到 1 0 0 0 m以上。煤 炭开采 已真正进入深部 开采 时代 ， 其中针对深部厚度超过5 m以上 的厚煤层 ，由于受深 部矿压显现的影响而多选用综放工艺进行 回采 ，大采 高综采工艺在深部厚煤层 回采 中的应用十分有限 ，其 主要原因在于深部大采高综采存在下述三大难点 a 深部开采时矿压显现剧烈 。相较于浅部 回采 ， 收稿日期2 0 1 5 1 1 - 1 3 作者简介史贵栋，1 9 7 0 年生，男，山西长治人，2 0 1 3 年毕业 于太原理工大学采矿工程专业，工程师。 深部煤层开采具备围岩压力大、工作面片帮多发等典 型特征。图l 为大采高综采工作面同矿压参数及回采 深度的关系示意图。将确保支架阻力与顶板下沉达到 相互平衡时的阻力称之为临界阻力 ，通过图片分析及 相关理论知识研究，如支架工作阻力达到1 8 8 0 0 k N 以上，即使采深达到7 0 0 m以上，支架也可有效满足 5 m 以上大采高综采的使用需求。而在实际的深部大 采高实践作业结果也表明，深部大采高综采作业时， 采场支架围岩压力均处在可控范围内 ，同时作业人员 借助超前预注浆或化学注浆加固等辅助手段也可有效 降低煤壁片帮的可能； 1． 3 4 l _ 3 2 1 ． 2 8 1 ． 2 4 1 ． 2 O 1 ． 1 6 4．0 4． 5 5 ． U 6 ． U 工作面采高， m 图 1 大采高综采工作面矿压参数及回采深度的关系示意图 b 1 巷道变形严重。深部煤层开采时极易遭遇回采 巷道大面积变形现象。依据神东矿区深部大采高综采 实践可知，工作面巷道宽度需在6 m 以上 ，高度需在 3 ．8 m 以上方能有效满足工作面端头的安装使用需求。 但高围岩应力导致的巷道变形往往会影响设备正常搬 1 41 0 O 0 0 O 吣 ∞ ∞ ∞ 6 2 8 4 z 照 H 基 ＼ 梨 2 0 1 5 年 第1 2 期 缸i j l 占 钍 2 0 1 5 年1 2 月 移 ，因此应在 日常工作中增强巷道变形监测 ，并提前 在巷道中预留充足的允许变形范围，从而为正常生产 的开展提供保障。而神东矿实际生产中合理支护方式 的选择也表明，通过对巷道变形的有效控制，大采高 综采作业的实现能得以保证 ； c 设备可靠性要求较高。超大采高综采工作面及 其相关辅助环节机械设备要求具有先进技术水平，对 设备的可靠性也有较高要求。近年来，国产煤矿机械 设备技术发展较为迅 速 ，能满足超高采高综采要求。 以工作面三机配套为例，超大采高工作面开采强度 大，设备运行环境较为恶劣，工作面设备部件有时需 频繁更换 ，检查维修更是工作面生产工序的重要环 节 ，设备可靠运行 已成为超大采高开采可行性 的重要 指标【 l l。 2 深部超大采高综采技术措施 2 ． 1 总结与分析矿压显现规律 目前 ，对于普通采高情况与特殊地质条件下的矿 压规律研究较多，且取得了显著研究成果 ；而对于超 大采高工作 面上覆岩层活动规律及显现方式 的研究 ， 则相对较少。深部开采中随着地应力增加 ，矿压显现 规律会愈发明显与存在规律性。有效预测超大采高工 作面上覆岩层运动规律，能合理确定工作面支护方 式 、支架选型及开采工艺。现阶段使用的矿压规律研 究方式通常有三种方式 ，即理论计算 、经验类 比及数 值模拟，几种方式在可移植性方面都存在薄弱之处 ， 对于超大采高工作面矿压规律分析应以现场实际情况 为依据 ，总结显现规律 ，并采取多种技术措施 以准确 掌握上覆岩层结构模型及运用规律。 2 ． 2 控制工作面煤壁的稳定 随着工作面采高的增加，煤壁稳定性逐渐降低 ， 尤其对于超大采高综采工作面，控制煤壁稳定性已成 为煤炭资源回收的重要环节 。煤壁片帮会影响工作面 正常生产工序的进行 ，严重时甚至造成砸断采煤机摇 臂、破坏机械设备、造成人员伤亡等。对工作面煤壁 稳定性造成影响的因素是多方面 的，包括煤层赋存 、 煤质、开采工艺、工人操作等。工程实践表明，工作 面煤壁片帮具有很强的时效性，如降低煤壁裸露时间 或加快推进速度 ，能大幅度 降低煤壁片帮事故 的发 生 。除加快工作面推进速度外 ，煤壁稳定性控制还可 通过采取煤壁护帮板的及时支护、液压支架的有效支 撑、 煤体超前注浆等措施。 2 ． 3 确保工作面设备运行可靠性 综采工作面工序的顺利开展与机械设备的可靠运 行息息相关 ，矿区工作面开机率的加权平均值能达到 0 ． 8 6 ，表 明设备运行可靠性 良好。而对矿井开采过程 中事故的发生进行调查 ， 发现设备因素影响占到很大 1 4 2 比重，而对设备可靠性造成影响的主要为四方面，即 重型设备操作流畅性、工作面煤壁片帮、支护系统可 靠性、重载与恶劣工况。工作面开采强度较大，设备 工作环境十分恶劣，长时间连续作业使得设备可靠性 逐渐降低 ，因此 ，对于设备的 日常检查维修也是工作 面生产工序的重要内容。 2 ． 4 其它因素影响 除上述所述因素外，超大采高综采工作面开采影 响因素主要还包括以下几方面a 底板问题。深部煤 层开采中地应力较大，底板问题成为了影响工作面开 采与巷道支护的重要因素 ，如底板岩性较弱 ，工作面 底板在高地应力作用下会发生明显问题，影响采煤机 割煤、移架等开采工艺。斜沟矿首采工作面底板岩性 为泥岩 ，遇水泥化 ，导致扭断推拉杆 、支架钻底等问 题 。工程设计措施 为及 时排放 工作 面涌水 、抬底移 架、采煤机割煤时保护底板；b 地质构造。构造影响 工作面生产的正常进行，生产中应加强对地质构造的 探测，并提前制定解决措施，保证工作面顺利推过构 造带；e 生产组织。相较于普通回采工作面，超大采 高综采工作面机械设备表现出大型化与智能化，生产 操作要求较高的技能水平，矿井应坚持持证上岗，并 定期对工人进行技能培训 ，避免出现操作失误引发的 工作面事故[2 - 5 ] 。 3 结语 超大采高综采工作面能大幅度提升煤炭回收率 ， 工作面工艺流程相对简单、可操作性高，是未来深部 厚煤层开采发展的重要发展方向。深部超大采高综采 工作面对开采工艺提出了较高要求 ，包括矿压规律总 结与分析、判别煤壁稳定性、液压设备及采煤机等设 备，能适应超大采高工艺要求。近些年来，国产煤矿 机械设备取得了长足发展，虽较国外先进技术仍有一 定差距 ，但 已能满足超大采高综采工作面需求 。工程 实践表 明，斜沟矿首采工作面综采技术工艺已较为成 熟， 各项工艺衔接正常， 未发生严重煤壁片帮、冒顶等 事故 ，为深部超大采高工作面开采积累了丰富经验。 参考文献 [ 1 ] 惠本利 ．深部矿井 厚臻 层超大 采高综 采技术 研究 展望[ J ] ．煤 炭科学技术， 2 0 1 4 4 1 - 4 ． [ 2 ] 康凯． 深部综采工作面安全可靠性分析[ J ] ． 硅谷， 2 0 1 4 1 1 1 5 5 ． [ 3 ] 程增仁． 深部软岩采场首采综采面支架的选型及实践[ J ] ． 煤 炭科技 ， 2 0 1 4 4 5 7 5 8 ． [ 4 ] 杨军辉． 深部大采高综采面矸石充填开采技术[ J ] ． 煤矿开 采 ， 2 0 1 4 6 7 7 8 0 ． [ 5 ] 谢生荣， 张广超， 何尚森， 等． 深部大采高充填开采沿空留巷 围岩控制机理及应用[ J ] ． 煤炭学报， 2 0 1 4 1 2 2 3 6 2 2 3 6 8 ． 责任编辑高志凤