| 摘 要：關鍵詞：復雜煤層、簡放、綜放 1、礦區(qū)概況 淮北礦區(qū)屬華北型全掩蔽式煤田，地質條件復雜，各種序次的褶曲、斷裂構造十分發(fā)育，并伴有不同程度的巖漿侵蝕。礦區(qū)主要含煤地層為山西組和下石盒子組，共含煤11層組，可采煤層總厚度為4.8～18.5m。煤層普氏硬度系數(shù)f=0.2～1.5，主要可采煤層頂?shù)装鍘r性為泥巖、粉砂巖、細砂巖、局部為巖漿巖。煤層埋深多在-250～-550m之間，煤層傾角在25°左右，局部較大。煤層大多數(shù)有自燃傾向，煤塵有爆炸危險，絕大多數(shù)礦井為高瓦斯礦井，少數(shù)礦井有煤與瓦斯突出危險。煤系地層水文地質條件較復雜，新生界含水層直接與煤系地層接觸，頂?shù)装迳皫r裂隙含水較豐富，煤系底板灰?guī)r突水系數(shù)較大。 礦區(qū)“三軟”厚及較厚煤層儲量豐富。自1997年開始，試驗并推廣放頂煤開采工藝以來，集團公司采掘工藝改革的力度逐年加大，到目前為止已形成12個綜采工作面，7個綜放工作面、4個高檔普采工作面、2個簡易放頂煤工作面的生產格局，機采及放頂煤產量達到1250萬t/a以上的水平，采煤機械程度達到65％，采掘機械化裝備水平不斷提高，開辟了“三軟”復雜煤層條件下的高產高效新途徑。 2、簡放與綜放的工藝技術實踐 2.1 蘆嶺礦II823-2單體支柱鉸接頂梁網絡式簡易放頂煤。 2.1.1 放頂煤工藝 （1）支架：采用DZ22-30/100外注式單體液壓支柱，配合HDJB－1000限位鉸接頂梁。一梁一柱，柱距0.5m，排距1.0m，支柱穿鐵鞋。在防倒方面，架間用傾向挑棚，配合拉鉤形成網絡。 （2）端頭支護：上端頭與工作面一致，下端頭支護共8棚，超前工作面煤壁2峒管理，與工作面基本支架錯開0.5m。 （3）控頂管理：采用4·5排支柱，3·4峒管理，最大控頂距5m，最小4m，放頂煤步距1m。 （4）采煤：鋪頂網，采高1.9～2.0m，手鎬落煤。 （5）放煤：自上而下，6m一茬，分段下行，順序輪放，在最大控頂距時低位剪網，網口長×寬為400mm×400mm，保持4茬輪放，每茬每輪放煤厚1.0m，放完及時封口。 2.1.2 礦壓觀測分析 正常情況下，礦壓顯現(xiàn)較小，支柱初撐力在6～8Mpa，工作阻力在10～12Mpa，采空區(qū)側末排柱頂板最大移近量約為0.4m，末排柱工作阻力隨著放頂煤從12Mpa下降至3～4Mpa，無明顯周期來壓現(xiàn)象。 2.1.3 一通三防管理 由于頂分層已回采，工作面瓦斯涌出量較小，正常情況下回風瓦斯?jié)舛葹?.5～0.7％，放煤時接近1％，上隅角局部達2％～3％，增設高位瓦斯排放巷后，解決了上隅角超限問題。 回采期間沒有發(fā)生煤層自燃現(xiàn)象，由于減少了分層次數(shù)，全礦自然發(fā)火現(xiàn)象較以前分多層炮采大為減少。防塵采用采前預注水，放煤時灑水和控制風量等綜合防塵措施，有效地防止了煤塵飛揚。 2.1.4 經濟效益 該工作面自1998年10月開采至1999年10月收作，出煤37.5萬t，平均單產3.1萬t/月，目前該工藝單產已超過4.0萬噸，回采巷道的萬噸掘進率降低45m；資源回收率達到82.8％；噸煤開采費用，放頂煤為14.41元/t，分層開采為28.06元/t，降低一半，減少了三次雙巖石集中巷維護費用，達到了投資少、效益高的目的。 2.2 朱仙莊8410-2邁步支架高檔普采放頂煤 2.2.1 放頂煤回采工藝 （1）支架：選用西北煤機二廠生產的ZWM邁步式支架，100架。 （2）配套設備 采煤機：MG-140，刮板機：SGB-150c（工作面煤壁）；SGW-80G（工作面老塘）；SGW-80T（運輸機巷）。 （3）端頭支護：使用DZ25-25/100型單體液壓支柱配限位鉸接頂梁，機頭機尾使用兩根長2.8m的∏型鋼梁加強支護。 （4）頂網：過頂鋪設5.0m×0.6m的菱形金屬網，網孔直徑40mm。 （5）割煤與放煤：端部斜切進刀，截深0.5m；兩刀一放，自下而上分段輪放。 2.2.2 一通三防管理 工作面配風量為500m3/min，回風瓦斯?jié)舛?.3－0.4％，上隅角在1％以下。由于運輸機巷、回風巷在掘進過程中，曾在冒高處發(fā)現(xiàn)CO，所以在工作面回采過程中，采用埋管灌漿、放煤口灑漿等措施，并保證推進度不小于20m/月，有效地控制了煤層自燃，避免了發(fā)火現(xiàn)象。防塵措施主要有：①采前預注水；②兩巷每天定時灑水消塵；③放煤、移架時灑水；④采煤機噴霧設施齊全；⑤各轉載點安設聯(lián)動噴霧設施。 2.2.3 經濟效益分析 該工作面從1999年1月1日正式投產至1999年12月31日，累計出煤35.3萬t，平均單產3.0萬t/月，平均工效9.03t/工，與分層開采相比，噸煤直接成本減少了30元，資源回收率達到87％，巷道萬噸掘進率減少了62m，巷道維護時間縮短了三分之一，優(yōu)化了生產系統(tǒng)，緩解了接替緊張的局面。 2.3朱仙莊、蘆嶺礦輕放與綜放開采 2.3.1開采技術條件 朱仙莊、蘆嶺煤礦主采8號煤層，平均厚度9.98m，為特厚煤層，其儲量占礦井可采儲量的75％以上。該煤層極軟，普氏硬度系數(shù)ƒ＝0.3～0.8，煤壁易片幫，端面極易冒漏。煤層易自燃，發(fā)火期為2.5個月，給生產和安全造成許多困難。1997年以前，一直沿用分層炮采開采方式，生產成本高，接替緊張。從1997年開始，為了擺脫困境，降低成本，增加效益，經廣泛調研和反復論證，于1999年8月，在總結單體支柱工作面的放頂煤和網絡式支架工作面放頂煤的基礎上，先后在朱仙莊8413－2、蘆嶺Ⅱ824－2工作面進行了綜放開采實踐，取得了良好的效益。 (1)地質條件 工作面采深506～551m，走向長610m左右，傾斜寬120m，煤層厚5.0～7.2m，平均厚6.5m。煤層普氏系數(shù)ƒ＝0.5，容重1.3t/m3。煤層傾角12-25°，平均16°。工作面內落差為1.0～3.5m的斷層多條。煤塵具有爆炸危險性，爆炸指數(shù)為38.62％。頂分層已先期回采，現(xiàn)瓦斯涌出量不大。 (2)支架與端頭支護 基本支架及主要配套設備見表1、2。兩端頭支護采用DZ25-25／100型單體液壓支柱配合HDJB-1200型限位鉸接頂梁支護，棚距0.5m，鋪金屬網，風鎬落煤。 表1 支架參數(shù)
表2 主要設備配套
（3）工面機巷和風巷沿煤層走向平行布置，切眼按偽斜5°布置。機巷、風巷及切眼沿煤層底板掘進，兩巷支護除風巷靠近切眼82m采用29U型鋼拱形棚支護外，其余均為11號工字鋼梯形棚支護。 2.3.2 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 為了掌握輕放工作面及巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，從施工到生產進行了巷道變形和礦壓觀測工作，觀測歷時4個月，得出如下結果。 兩巷在掘進期間測得梯形棚支護段兩幫移近量最大為300mm，頂?shù)装逡平孔畲?00mm；U棚支護段兩幫移近量最大為80mm，頂?shù)装逡平孔畲鬄?00mm。在回采期間，因超前壓力影響，兩巷變形量增大，兩幫移近量最大達700mm，頂?shù)装逡茞哿孔畲筮_1000mm，支架變形損壞。風巷梯形棚支護段變形量比機巷大，而U棚支護段效果好。兩巷超前壓力影響范圍在30m左右，比分層采煤壓力影響范圍大，沒有分層強烈。 （2）工作面初次來壓、周期來壓情況及支架受力狀況 工作面從開采到收作，沒有大面積來壓，而有分段來壓現(xiàn)象，但來壓不明顯。對于分段來壓時，此段煤壁稍有片幫，端面破碎度增加，支架壓力有所增大，測得支架的平均初撐力達1332KN，是支架額定初撐力1836KN的73％，支架的平均工作阻力為1438KN，是額定工作阻力2275KN的63％，支架最大工作阻力達2215KN，是額定工作阻力的97％，支架前后支柱受力不均，有10％支架安全閥開啟。 2.3.3回采工藝 （1）支護形式及工作面設備配置 工作面基本支架為ZF3600/16/25型支撐掩護式低位放頂煤液壓支架，上下出口各安兩架型號為ZFG4200/16/24過渡支架，分別伸入機風巷0.5m，機風巷采用3.8m*Φ22cm圓木使順山棚，棚距0.5m，木梁下用DZ28-25/100單體支柱配合HDJA-1000型鉸接頂梁使4排走向棚，工作面前后部鏈板機為SGZ630/2×132型，電機采用垂直布置，放在機風巷內，為便于移機頭機尾和過渡支架，在機巷電機上幫、風巷電機下幫用4.0m∏型鋼配合單體支柱使走向對棚，2梁8柱；工作面煤機型號為MG150-W，雙滾筒，滾筒直徑1.4m。 （2）工藝流程： 割煤→伸伸縮前梁→移架→推前部輸送機→拉后部輸送機→割煤（第二刀）→伸伸縮前梁→移架→推前部輸送機→→放頂煤→拉后部輸送機 割煤：煤壁（包括上、下端頭）采用機組落煤，跟底回采，采高2.0m，每刀進尺0.6m，工作面采用端頭割三角煤斜切進刀方式，進刀距離不少于20架。機組滾筒旋轉截割煤的同時，利用螺旋葉片和弧形擋煤板自動把煤裝入運輸機，余煤由鏟煤板隨移溜鏟入輸送機。 移架：工作面采用及時支護或超前支護，帶壓擦頂移架，煤機割煤后，及時伸出伸縮前梁護頂，滯后后滾筒3-5架追機順序移架，移架步距0.6m，追機移架速度趕不上煤機運行時，必須停機移架或拉超前架。移架過程中應隨時調整支架，保持支架頂梁平直，不出現(xiàn)低頭或仰頭情況，使其處于良好的受力狀態(tài)，升架時，應注意側護板的伸出情況，防止出現(xiàn)損壞側護板或出現(xiàn)歪架、咬架等現(xiàn)象。推溜后，端面距大于0.34m時，將該處支架伸縮梁提前伸出。 推溜：推前溜滯后煤機10架左右進行，沿移架方向逐架順序推溜；拉后溜由工作面一端向另一端順序拉溜，移溜時，彎曲段長度不小于20m，移溜步距保持在0.6m，移溜要做到一次到位。移溜后，要使輸送機成一直線。拉機頭、機尾要停車進行，首先清理凈浮煤、浮矸，改好礙事的支柱，使用標準的連接裝置，沿巷道底板拉移，防止飄起和剎底，必要時，配合小絞車拉移。 放頂煤：采用兩刀放一次，放煤步距1.2m，由下向上低位雙輪順序放煤法，利用采場壓力、反復支撐和尾梁擺動、綜合松動頂煤放煤，放煤一次最多只可打開三個放煤口，放煤時見到假頂或碎矸時，立即用插板關閉放煤口，停止放煤?？紤]到兩巷壓力大，兩端頭過渡架不放頂煤。 2.3.4 技術關鍵 （1）頂煤控制 極軟特厚煤層綜放工作面中，頂煤的可放性較好，關鍵是控制頂煤不在端面冒落或架間漏冒。 ①支架采用剛性整頂梁，頂梁、尾梁均設有活動側護板，頂梁前端設內伸縮梁，有效地解決了煤壁片幫問題，實現(xiàn)了對頂煤的全封閉。 ②嚴格控制工作面采高在1.9～2.1m之間。 ③及時“帶壓”或“加壓”擦頂移架，任何時候降架不得超出鄰架側護板高度。采煤機前滾筒一過，立即前移支架，使新裸露的端面頂板快速支護。 ④架前片幫，冒頂嚴重地段，必須在片、漏、冒區(qū)域內超前架走向木棚，1架2棚架設單體貼幫柱，直到支架移過該區(qū)域不片不冒為止。 ⑤工作面兩端頭的金屬網必須鋪到最上面一架和最下面一架頂上，必要時再加雙抗網護頂，并實施超前架棚管理，封閉好端頭與支架接茬處頂煤，最大限度地控制頂?shù)装逡平?，保證充足的工作空間。 （2）設備下滑、支架咬架控制 煤層傾角超過13°時，設備將沿傾斜方向產生下滑力，設備有下滑、傾倒的趨勢，操作不當必然產生設備下滑；若推移千斤頂與輸送機不垂直，拉架時支架在自重力與拉架力作用下必然產生傾斜，發(fā)生擠架、咬架，造成頂煤冒落并損壞側護板。針對防滑采取以下方法進行控制。 ①從工藝上實行3個“由下而上”，即采煤機由下向上割煤，由上往下裝煤的單向割煤方式，由下向上擦頂移架，移架時相鄰支架側護板不準有超過100mm的臺階；必要時超前移架由下向上順序推移輸送機，并且移機頭后立即打好機頭撐子和壓車柱。 ②從支架結構設計上，頂梁和底座后部均增加防倒防滑千斤頂。傾角較大時，利用它們可以有效地防倒、防滑。 ③工作面按偽傾角5°布置，回采中根據設備滑動狀況，及時調整工作面回采方向。實踐證明，工作面機頭超前機尾8～10m，偽傾角控制在4～5°，能有效地防止設備下滑。 ④從管理上，強化管理規(guī)范，嚴格按操作標準規(guī)范操作，正確使用好側推裝置和防倒裝置，確保支架狀況良好。 ⑤從補救措施上，采用單體液壓支柱輔助支撐，進行調架和扶架，“帶壓”移架。 （3）過斷層控制 綜放工作面過斷層，采用2種形式，一種是從一盤跟底板采煤過渡到另一盤，工作面需要逐步下臥至底板；另一種形式是一盤超前丟煤底，工作面需逐步上爬過渡到另一盤跟上煤層底板采煤。 根據實踐經驗探索，工作面下臥時，沿走向每推進1.0m，臥底量為200mm為宜；工作面上爬時，沿走向每推進1.0m，可上爬100mm左右。下臥或上爬初期，必須采取臥或墊輸送機和墊支架底座的方法盡量保證支架、輸送機在同一平面內，以保證推移輸送機時不會產生“抵弓”現(xiàn)象。 斷層面為弱面、破碎帶，工作面在斷層面前后上下2m范圍內均需進行超前架棚管理。過斷層丟底煤段頂煤很薄，在0～2m范圍內均受原來采動影響，易掉漏冒，必須采取前述的頂煤控制措施，必要時接頂架棚。 （4）煤壁淺孔注水防片壁漏頂 每天檢修班對工作面煤壁注水一次，必要時可加大注水頻率，注水為動壓煤壁淺孔注水，工作面注水孔為上仰單排孔，即在工作面煤壁頂板以下400mm處布置一排注水孔，上仰角20度，與煤壁水平夾角成90度，孔深6.0m，孔間距4.0，要求循環(huán)間隔打眼。打眼用MZ-12型煤電鉆，鉆頭鉆桿直徑42mm，封孔采用MZF-20型煤層注水封孔器封孔，人工配合注液槍注水，注水壓力控制在5～8Mpa之間，注水時間以煤壁掛汗或相鄰孔出水為止。通過注水提高了煤體粘接力，增加了煤體的韌性，防止了片幫和漏頂。 （5）加強“一通三防”管理 綜放工作面瓦斯涌出量大，煤塵有爆炸性，煤層有自燃發(fā)火傾向。該面“一通三防”管理上，主要措施有：建立穩(wěn)定的通風系統(tǒng)，工作面風量保持在1000m3/分；瓦期治理方面：采取高位巷抽排、上隅角埋管抽排、順層孔抽排，進架通道作尾巷抽排等多種抽排方法并用，頂板高位巷布置在8煤頂板靠近工作面回風巷側，同時高位巷內布置兩個鉆場，第一組6個孔在高位巷端頭，第二組5個孔位于距高位巷端頭10米處，高位巷鉆孔布置在高位巷頂板巖石中，孔底距煤層5米；工作面順層鉆孔用扇形交叉布置，機巷順層孔沿機巷每隔10米一組，每組3個孔，第一組距切眼15M，風巷順層孔每隔10米一組，每組3個孔。鉆孔深度40米，終孔間距7米。同時工作面監(jiān)測設施齊全，能有效實行超限斷電閉鎖，通過這些措施，工作面瓦斯?jié)舛饶苡行Э刂圃?.5%以下。 （6） 防治煤層自燃與工作面防塵 ①在防治煤炭自燃方面，主要采取措施如下：①兩巷和切眼冒高溫氧化處，采取噴獎注凝膠，安裝支架時架頂高溫氧化處進行邊安裝邊注凝膠治理。②加強檢測巷道冒高及工作面采空區(qū)，上隅角氣體及溫度變化。③初采期間，每天堅持向采空區(qū)注水。④正?；夭善陂g，向采空區(qū)埋管定期灌漿。⑤加快和穩(wěn)定工作面推進度，每月推進度在40m以上。⑥為該面?zhèn)溆?臺注氮機和1套注氮系統(tǒng)待用。 通過采取以上措施，有效地控制了該工作面煤炭低溫氧化后的自燃速度，并使CO濃度一直穩(wěn)定在（5－6）×10－6。 2.3.5 產生的經濟及社會效益 （1）幾年來，淮北礦區(qū)采煤工藝改革盡管取得了很大成績，機采產量達到1250萬噸/年，采煤機械化程度達到65％ （2）現(xiàn)有朱仙莊、蘆嶺、石臺、臨渙、祁南5對礦井采用了綜采放頂煤開采技術，單產高達8萬噸/月。 （3）輕放與綜放工藝技術，減輕了工人勞動強度，所有生產工序均實現(xiàn)了機械化、自動化，工藝技術較其他采煤方法先進。 （4）生產成本較其他采煤工藝均有不同程度的降低。 （5）改善了作業(yè)場所安全環(huán)境，作業(yè)空間實現(xiàn)全封閉的液壓支架支護，安全可靠性很高。 3、存在問題與對策 由于淮北煤田的特殊地質環(huán)境，采煤機械化程度很難進一步提高，礦區(qū)依然存在面多、線長、效率低、成本高、市場競爭力差的問題。因此，要進一步解放思想，明確目標，加大采掘工藝改革的力度，總結經驗教訓，在有條件的地方，全面推廣放頂煤工藝，重點推廣使用輕型支架與大綜采支架綜采放頂煤工藝，盡快做到提高單產，收縮采場，實現(xiàn)集約化生產。 （1）分析采場，搞好規(guī)劃，優(yōu)先發(fā)展放頂煤技術。由于40多年的高強度開采，淮北閘河老區(qū)綜采儲量所剩有限，大綜采支架逐步退役。臨渙礦區(qū)因地質構造復雜，斷層十分發(fā)育，上大綜采需要克服很多困難。宿縣礦區(qū)地壓大，瓦斯大，煤層底板巖層含水豐富，煤層極軟（f<0.5），上大綜采的可能性也很小。根據近年來采煤工藝改革的實踐，淮北礦業(yè)集團公司實現(xiàn)減人提效，提高采煤機械化的出路就在于發(fā)展放頂煤工藝技術。因此，要認真分析采場，搞好中長期規(guī)劃，具備放頂煤條件的，特別是能夠使用輕型支架與大綜采支架放頂煤的塊段，就不用分層炮采。分層炮采為放頂煤讓路，炮采放頂煤為輕型支架綜采放頂煤讓路。 （2）采取措施，加強管理，提高資源回收率。加強現(xiàn)場管理，根據煤層賦存條件，采取以下幾點措施：①研究頂煤運移規(guī)律，選擇合適的放煤步距及放煤工藝；②加強探煤厚工作，準確測算煤層儲量；③延長工作面運輸機尾，增加上隅角放煤時間，盡量多回收上部階段煤柱；④工作面運輸機緊貼底板，減少底煤損失；⑤減少設計損失。 （3）瓦斯防治放頂煤工作面煤層大多數(shù)是厚至特厚，軟至極軟煤層，煤層瓦斯含量大、壓力高、滲透率低。實施瓦斯綜合治理，采前和開采過程中推行井上、井下立體抽放。井下采用了：穿煤層網絡狀群孔預抽，順煤層鉆孔預抽、高位巷道抽放，高位鉆孔抽放，鄰近層鉆孔預抽、鉆孔采動區(qū)抽放、鉆孔采空區(qū)等綜合抽放方式。對瓦斯進行全方位的抽放，使得突出煤層采前消除了突出危險，使高瓦斯煤層（工作面）采前轉變成低瓦斯工作面，工作面瓦斯抽采率最高達87％。積極推行保護層開采，堅持能保盡保區(qū)域瓦斯防治優(yōu)先的原則。保護層開采有下保護層開采、上保護層開采、同一煤層頂分層保護層開采三種方式。同一煤層頂分層保護層開采安全風險大，為降低安全風險，不斷加大生產布局調整，不斷加大上、下保護層開采力度。 4、結論 （1）實踐證明淮北礦區(qū)采煤工藝改革采用炮采簡放與高檔普采簡放，安全高效，較其它炮采工藝與普通高檔普采工藝相比，技術先進成本低。 （2）自行設計制造輕型綜采放頂煤與普通大綜采支架放頂煤裝備，技術性能滿足生產環(huán)境、條件的要求，配套較為合理，技術上先進，工藝上解決了極軟、易燃高瓦斯難采煤層的開采問題，達到了同行業(yè)先進水平。 （3）采用的措施與對策比較先進，尤其是一通三防與瓦斯治理及防治水、防塵等技術先進，效果很好。 （4）通過近幾年實踐，逐步認識到輕型綜采支架存在強度低、阻力小，而大綜采克服了輕型支架的缺點，使其初撐力、工作阻力滿足頂板管理、生產條件要求，淮北礦區(qū)將逐步過渡到以重型液壓支架放頂煤技術為主導的采煤工藝上來。 （5）四項放頂煤工藝技術的實施為淮北礦區(qū)產生較大的經濟效益和社會效益，為淮北礦區(qū)煤化鹽化一體化的發(fā)展奠定了基礎。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 煤炭網版權與免責聲明： |
