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大倾角特厚煤层走向长壁综采放顶煤采煤方法研究

作者:佚名 2012-05-07 20:15 来源:本站原创

  大倾角特厚煤层走向长壁综采放顶煤采煤方法研究

  大倾角特厚煤层走向长壁综采放顶煤

  采煤方法研究

  在煤层倾角30~43°,平均36°,厚度23~27m,平均25m,自然发火期3~6个月,普氏硬度系数1~1.3的煤层条件下,通过优化工作面设计和合理的设备选型,实现了高瓦斯大倾角煤层放顶煤开采。本文主要介绍了新疆大黄山豫新公司大黄山煤矿在大倾角采煤方法下管理方面的技术经验、创新点和关键技术,并对该技术的难点进行了理论分析和实践检验分析总结

  [关键词]高瓦斯;大倾角;厚煤层;长壁综放;开采技术

  一、矿井及工作面基本情况

  大黄山煤矿浅部(+600水平以上)开采,现矿井布置东西翼两个综采工作面,拥有储量1.6亿t,井田面积4.5km2,主采煤层煤中大槽、八尺槽两层,煤层赋存为大倾角(30°-43°),设计生产能力60万吨/a,核定生产能力100万吨/a,实际最高年产104万t,本文主要介绍矿井西翼中大槽大倾角综放开采技术经验。中大槽开采方法以水平分段综采放顶煤开采技术为主,回采工作面单产水平6-9万t/月·个,是典型的中型矿井布置。为了实现高产、高效化生产,大黄山煤矿通过优化工作面设计和合理的设备配套选型,解决了三机防倒、防滑问题,在倾角43°,平均厚度25m煤层条件下,实现了综合机械化放顶煤开采,工作面最高单产达到9万t/个·月,回采率达87.4%。这种集大倾角、大采高、特厚易燃等多种复杂性于一体的综放开采技术目前在新疆大黄山煤矿得到解决。

  大黄山煤矿+735综放工作面回采中大槽层煤,煤层属单斜构造,倾角30~43°,平均36°,厚度23~27m,平均25m,普氏硬度系数1~1.3。中大槽煤层顶板岩性为细砂岩、中砂岩、粉砂岩、泥岩,局部有0.2~0.5m厚的炭质泥岩伪顶;直接顶为8.0m厚的粉砂岩,在直接顶之上有22~52m厚的砂砾岩,不易冒落,顶板细砂岩抗压强度为64.23MPa,属较坚硬岩石,底板为泥质粉砂岩、细砂岩,粉砂岩抗压强度在20.20MPa,属半坚硬岩石,细砂岩抗压强度在61.1MPa,属坚硬岩石。工作面巷道布置采用回风巷沿煤层底板(破北三角岩)布置,运输巷沿煤层顶板布置,瓦斯排放巷沿顶板在煤层内布置,工作面沿煤层倾斜分层布置,运输巷与工作面通过圆弧缓慢过渡接连,工作面长101m。基本支架选用ZF5200/17/32型液压支架;上、下端头均采用ZT56000/17/32型过渡支架支护。采煤机选用MG-200/500-QWD型交流变频调速四象限电牵引采煤机,前后部运输机均为SGZ730/200型准边双链刮板输送机运输,配套设备均选用国产设备。由于工作面煤层赋存条件、巷道布置及设备配备的特殊性,对工作面劳动组织管理、设备管理及工程质量、安全生产管理的要求更高;因此,高瓦斯大倾角厚易燃煤层长壁综放开采工作面高产、高效的最佳生产管理方式,对于保障大倾角厚易燃煤层长壁综放开采技术的安全生产、实现管理创新、总结管理经验具有十分重要的现实意义。

  二、大倾角特厚易燃煤层综放工作面管理技术经验

  2.1 端头支护

  在工作面上、下端头采用了ZT56000/17/32型过渡支架支护,增加了工作面支护阻力,改善了端头支护的受力状况,解决了上端头北三角煤的维护问题,增加了下端头工作面面工作阻力。大倾角综放回采工作面,运输巷沿煤层顶板布置在+735m标高,回风巷沿煤层底板布置在+770m标高,运输巷与工作面采用圆弧缓慢过渡,这种布置方式改善了下端头支架的受力状况,解决了下端头支护难度大的问题,确保了工作面下出口的安全畅通,同时通过圆弧缓慢过渡布置在一定程度上限制了前后部运输机的下滑,解决了因运输机下滑造成的搭接不合理问题,还减缓了工作面倾角。

  具有特殊结构的端头、端尾支架,很好的解决了上、下端头的顶板维护问题,确保了前、后部运输机与运输巷转载机的合理搭接。

  工作面上、下顺槽端头区域的顶板维护问题一直是大倾角工作面上、下端头管理的难点,为了从技术管理角度上解决这一技术难题,在设备选型和研究设计时,上、下端头配备了专用支架支护,而且下端头运输巷与工作面采用圆弧缓慢过渡布置,使端头支架与基本支架间实现了平滑过渡,消除了台阶;在上端头配备带有可互换型侧护结构的端尾支架,解决了回风顺槽与工作面上端头顶板北三角区支护难题,支护效果良好,回采期间,工作面上、下端头区域没有出现过一次抽顶、冒顶现象。

  2.3 优化巷道布置

  运输巷沿煤层顶板布置,回风巷沿煤层底板布置,运输巷与工作面间采用圆弧缓慢过渡方式,通过先进、合理的“三机”配套选型,彻底解决了设备的防倒、防滑技术难题。

  2.4 工作面支架的防倒防滑、防甩尾

  在液压支架的防倒装置上,摒弃了原液压支架单架防倒的方案,采用5架一组的防倒、防滑方案。既是:利用5架液压支架为一组,利用防倒、防滑千斤顶,使5架液压支架连成一组,组成防倒、防滑一个单元。每隔5架安装一组。通过安装在液压支架中梁上的防倒装置、安装在液压支架底座上的底推装置和安装在液压支架底座上的防滑装置。利用液压支架的液压系统上的操作阀、千斤顶来完成防倒、防滑操作。保证液压支架在移架过程中及时的调整液压支架状况,起到防倒、防滑的作用。

  当液压支架在生产过程中出现倒架时,为了方便倒架的扶正,在液压支架中梁设计有可以固定液压单体支柱的柱窝,扶架时可利用此柱窝防止单体支柱打滑伤人,通过防倒千斤顶和单体支柱把倒架扶正。

  由于该型号的液压支架自重较大(18T左右),而且放顶煤液压支架尾部有放煤机构,尾部重量较大再加上工作面倾角达43度左右,在移架过程中容易造成液压支架甩尾。从而造成工作面液压支架和前后部刮板机上窜、下滑。严重影响工作面的工程质量和正常的安全生产。通过在液压支架侧护板装置的改造来解决液压支架甩尾问题。原来设计顶梁和尾梁的架侧护板装置,可以同时伸缩和顶梁单独伸缩。而尾梁架侧护板不能单独伸缩,在液压支架利用架侧护板装置调整支架时只能整架调整。达不到调尾部的目的。要解决甩尾问题首先把液压支架架侧护板装置进行改造。一是把原来设计顶梁和尾梁的架侧护板的结构进行改进,使尾梁侧护板可以单独伸缩。即在顶梁侧护板不动作时,尾梁侧护板可以自由伸缩。二是对顶梁和尾梁的架侧护板的液压系统进行改进,使其各有自己的供液系统和操作阀控制,立操作顶梁、尾梁的侧护板。并在各系统中增加液压锁装置。使其在伸缩过程中能够保持伸缩距离。在移架到位时,在升架前利用尾梁侧护板伸出多液压支架尾部进行上调一定的距离。由于顶梁侧护板和尾梁侧护板是各自独立的系统。此时顶梁侧护板不动作。只对尾部进行调整。从而达到控制液压支架甩尾的目的。使支架和刮板机保证夹角在90度左右。达到控制工作面液压支架及前后部刮板机上窜、下滑。

  2.5 工作面前后部运输机的防滑

  为了防止前后部刮板机在推移过程中下滑,在前后部刮板机溜槽的设计上进行改造。首先在前后部刮板机溜槽靠支架侧设计有安装刮板机防滑装置的耳鼻。再是在液压支架底座上设计有安装刮板机防滑装置的耳鼻。在两耳鼻之间用液压油缸和26*90的链条、销轴进行连接。在推移前后部刮板机时,通过控制刮板机防滑油缸的伸缩从而达到防止刮板机在推移过程中下滑的目的。

  2.6 优化工作面布置及回采工艺

  工作面巷道采用了运输巷超前,回风巷滞后的仰斜布置方式,工作面回采时仰斜推进,伪斜量控制在5-15m之间,沿垂直于仰斜方向推进,降低工作面倾角。这样布置一方面可以减小工作面倾角, 另一方面多次推溜拉架后, 输送机和支架可明显上窜, 抵消或减少输送机与支架的下滑量, 从而加强整个工作面系统的稳定性。移架、推溜工序坚持由下向上的顺序进行,移架顺序是自下而上逐架带压前移, 先移下端头支架再移排头支架, 端头架采用2—1—3顺序移架。移架前先把前伸梁收回,再降柱移架。如果顶板破碎时,使支架顶梁不与顶板脱离,采用带压擦顶移架,然后缓慢收回前伸梁使支架前移,支架前伸梁顶住煤壁,支架到位后将支架升紧。这种移架方式保证了及时支护顶板,机道上方不空顶,前伸梁始终顶住煤煤壁,保证了支架端面不冒落。这样移架使上一副支架始终以下一副支架为依托前移。移架时相邻两架的顶梁高差不能超过 10 cm, 以防止顶梁咬错, 造成背架。出现倾倒和错位支架时,以调整应以下邻架为依托, 通过侧护板、底调梁推下邻架的方式进行。

  工作面割煤方式为由上向下单向割煤,既有利于减小牵引阻力和防止采煤机下滑,同时也有利于采煤装煤 ( 可防止煤向采煤机下方及人行道侧抛洒)。缺点是增加设备运转时间。

  放煤由专职放煤工负责,采用自上而下双轮顺序放煤,放顶煤步距1.2米(两采一放)。顶煤由顶板压力和支架反复支撑、支架尾梁上下摆动等综合方式松动顶煤。放煤从第67-55副支架开始依次将支架上方顶煤全部放净,55架后每架先预放顶煤三分之一,以松动顶部煤体,放第一轮煤超过10副支架后,可接着跟踪放第二轮,放第一轮煤和第二轮煤中间间隔10~15副支架,见矸停止方煤。依次分段放煤,可以保证上部煤体整体松动,便于放出整体煤量。在放煤过程中,遇有大块煤必须用插板破碎,且要掌握放煤量,防止压后部输送机。

  通过回采工艺的改进和总结,有效地防止了工作面设备的下滑、支架尾梁下摆、前溜上窜,减少机电设备事故的发生,降低了材料消耗,充分发挥了设备的性能。

  2.7 采用黄泥灌浆和注氮相结合的综合防灭火技术

  放顶煤开采过程中,采空区难免有浮煤遗留,防灭火问题是确保工作面顺利开采的关键,大黄山煤矿在回采过程中采用黄泥灌浆和注氮相结合的综合防灭火技术很好地解决了放顶煤开采的采空区防灭火技术问题,保证了安全生产。

  2.8瓦斯治理

  在开采过程中由于矿井自身细高瓦斯矿井,因此瓦斯防治问题一直都是开采一项重点工作,在开采期间为防治瓦斯超限问题,在工作面布置前针对运输巷、回风巷、瓦斯排放巷在掘进过程中采用工作面布置钻场及沿走向、倾向布置大口径呈扇形状抽放钻孔,同时进行煤层注水,降低煤尘的同时增加瓦斯涌出量。在回采过程中采用均压通风方式,利用工作面上部原八尺槽巷道对工作面采空区进行钻孔抽放,有效降低工作面瓦斯涌出超限现象。

  三、大倾角特厚易燃煤层综放开采关键技术

  3.1 支架移设及倒架预防

  急倾斜大倾角特厚易燃煤层开采支护系统中,由于重力分解的正压力及下滑力随工作面倾角增加而变化,使得下滑力增大,正压力减小,从而造成工作面支架所承受的载荷变小引起支护系统外载(或偏载)加大,支架下滑、倾倒及支架间挤、咬架现象加剧;同时由于放顶煤开采,容易造成支架接顶不实而倾倒;另外,从生产过程中的矿压观测情况看,直接顶跨落、老顶来压引起的超前应力造成顶煤破碎、煤帮侧切顶而诱发倒架。

  3.1.1 加强矿压观测及超前预报工作,工作面顶板来压前要严格控制放顶煤煤量,支架移设后要保证足够的初撑力及工作阻力,防止支架空顶而倾倒。

  3.1.2 保证移架质量,支架移设要一次到位,避免多次移架,在移架时降架高度不要超过侧护板高度的三分之二,使支架尽量带压擦顶移架,升架后片阀保压3~5秒。另外由于架顶虚煤有一个压实的过程,支架移到位升起后一次达不到初撑力,在升起半小时后再补一次压以保证足够初撑力,防止支架接顶不实而倾倒。

  3.1.3 严格工程质量,控制好支架支护状态。要根据工作面底板变化情况,及时调整伪斜量保证工作面坡度一致,防止局部变坡点支架倾倒;同时要严格控制支架间侧护板错茬不超过10cm,支架顶梁出现高低错茬及下倾时要尽快调整处理后再生产;另外要提高割帮工序质量,严格控制好挑顶卧底量,工作面1-10架缓慢过渡,为整体支架的移设及保证良好的支护状态打好基础。

  3.1.4合理推溜方式,为防止支架下滑,煤机入窝进刀选择在工作面中上部,下行割煤,推溜时采取由下而上依次顺序推溜,增加推杆向上的分力;当工作面支架出现上移现象时,及时改变推溜方式,煤机入窝进刀选择在中下部,上行割煤,先拉机尾,由上而下顺序依次推溜。

  3.2 放顶煤操作,放顶煤操作是大倾角综放开采的关键技术,由于倾角大,顶煤垮落后会沿倾斜方向滚动和下滑,放顶煤操作既要保证支架的稳定性,同时又要确保回采率和煤质,技术操作难度大。通过对顶煤运移规律的观测及各种放顶煤方案的试验对比,确定工作面放顶煤操作整体上按由下向上双轮间隔顺序放煤的操作方法,单架双轮放煤总时间8-10min,放顶煤步距1.2m这种操作方法取得了理想的效果。通过现场观测放煤对相邻支架的最大影响范围一般为15-20m,工作面不同倾角的位置放煤时,对相邻支架的影响范围也不相同,因此工作面不同倾角条件下可采用不同的放煤顺序。

  四、结束语

  (1)大黄山煤矿大倾角特厚易然煤层实现综采放顶煤开采,解决了大倾角开采条件下的诸多技术难题。三机选型和研究设计配套合理可靠,经济效益显著,该技术的成功,解决了高瓦斯大倾角厚煤层放顶煤开采技术难题。

  (2)工作面过渡设计及巷道布置,巧妙的解决了大倾角开采条件下工作面上下端头的维护问题,为上下端头支护设备选型及工作面设备的防倒防滑技术拓宽了思路。

  (3)“三机”防倒防滑装置及端头端尾支架结构、端头支架放煤机构新颖独特,防倒、防滑性能良好,安全实用,为实现放顶煤开采奠定了良好的基础。

理论研究

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