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        綜采放頂煤工藝在靈石礦區(qū)的實踐

        2014-04-15 18:41:43候繼東
        機械管理開發(fā) 2014年2期
        關(guān)鍵詞:放頂綜放采空區(qū)

        候繼東

        (山西靈石縣煤炭工業(yè)局,山西 靈石 031200)

        引言

        興發(fā)煤礦10號煤層現(xiàn)回采工藝為高檔普采,部分礦井嘗試采用綜采一次采全高(4.5 m左右)工藝。高檔普采因受其工藝限制,資源的浪費比較嚴(yán)重;綜采一次采全高雖然比高檔工藝先進,能減少資源的浪費[1],但作者認(rèn)為對于總厚5.6 m的煤層來說,此工藝的適應(yīng)性還需進一步研究和探討。

        經(jīng)過專家多次論證,興發(fā)煤礦采用了綜采放頂煤工藝對10號煤進行回采。下面就綜采放頂煤工藝在興發(fā)煤礦的實踐、探索做以下整理,以期能為本地區(qū)條件相似煤層的開采提供有益的經(jīng)驗和參考。

        1 煤層賦存概況

        井田構(gòu)造形態(tài)基本為寬緩的褶曲構(gòu)造為主,北部為軸向北東—南西的向斜構(gòu)造(S3),樞紐向西仰起。井田中部為軸向北東—南東的背斜構(gòu)造(S4),樞紐向北西傾伏。在10號煤上覆9號煤層井巷開拓、回采中未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造現(xiàn)象,但揭露16個小陷落柱。平面形狀均為近圓或似橢圓形,規(guī)模不大,長軸30 m左右,短軸25 m左右。井田構(gòu)造復(fù)雜程度為簡單構(gòu)造。

        10號煤位于太原組下段中部。頂板為砂質(zhì)泥巖,節(jié)理裂隙發(fā)育,具水平層理,屬不穩(wěn)定—較穩(wěn)定型頂板;底板為泥巖或砂質(zhì)泥巖,節(jié)理裂隙不發(fā)育,屬不穩(wěn)定—較穩(wěn)定型底板。

        10號煤層厚度平均5.6 m,自上而下的結(jié)構(gòu)為煤(1.2 m)、矸(0.8 m)、煤(4.6 m),傾角0~13°,平均7°。此煤層分布廣泛,埋藏較深,保存良好,厚度變化不大,是穩(wěn)定可采的厚煤層。

        2 綜采放頂煤工作面采煤方法

        根據(jù)煤層賦存條件、開采技術(shù)條件、地面保護要求、采掘運裝備水平和有關(guān)要求,以及提高單產(chǎn)、效率、回采率、生產(chǎn)安全、經(jīng)濟效益等因素,經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟比較確定10號煤采用綜采放頂煤開采。

        工作面設(shè)備選用:采煤機選用MG180/420-WDK型電牽引采煤機。該采煤機最大采高3.2 m,截深0.6 m;液壓支架選用ZF4400/17/27型液壓支架,支架的重量13 900 kg,工作阻力為4 400 kN,支架中心距為1.5 m,支護高度為1.7 m~2.7 m,支護初撐力為3 960 kN[2];工作面的刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機根據(jù)工作面的生產(chǎn)能力分別選用SGZ-630/264型前刮板輸送機、SGZ-764/500型后刮板輸送機、SZZ-730/160型轉(zhuǎn)載機、PLM-1000型破碎機。

        101工作面巷道布置:為一進(101機軌合一巷)一回(101回風(fēng)巷)布置,101機軌合一巷擔(dān)負(fù)原煤運輸、材料運輸?shù)娜蝿?wù)和進風(fēng)的任務(wù),101回風(fēng)巷擔(dān)負(fù)回風(fēng)任務(wù)。

        綜放工藝流程為:煤機機尾斜切進刀—→下行割頂—→伸出支架前探梁—→煤機至機頭落滾筒割底—→上行割底—→移架—→推溜—→放煤—→拉后溜。

        101工作面參數(shù):設(shè)計采高2.2~2.5 m,放頂煤3.1~3.4 m,采放比為1:1.4;放煤工藝為一采一放、分段順序放煤;放煤標(biāo)準(zhǔn)為放煤口見1/2~2/3矸石停止放煤;煤機進刀方式為端頭斜切進刀;割煤方式為下行割頂上行割底往返一刀;采用走向長壁布置,全部跨落法管理頂板。

        101工作面采用后退式開采,工作面長度為160 m,走向長度為680 m,工作面采用一進一回“U”型通風(fēng)方式,單產(chǎn)最高可達(dá)0.4萬t/日,因礦井生產(chǎn)能力核定限制,工作面實際年產(chǎn)量為56萬t,實現(xiàn)了礦井的高產(chǎn)高效。

        3 綜采放頂煤工藝特點

        1)工作面順槽沿煤層底板布置,采用錨網(wǎng)、錨桿、鋼帶、錨索聯(lián)合支護,礦壓顯現(xiàn)比較明顯的巷道區(qū)段另架棚加強支護取得了很好的支護效果,使巷道的維護量大大減少,且為綜放工作面的高產(chǎn)高效提供了安全保障。

        2)與一般的綜采工藝相比:第一,移完架后推前溜子至煤壁,放煤后再拉移后溜到支架后尾梁下的位置。第二,移完溜后多了放頂煤這一工序。放頂煤為綜放工藝的關(guān)鍵工序,一般要根據(jù)架型、放煤口位置及尺寸、頂煤厚度及破碎情況合理確定放頂煤的步距及作業(yè)方式。101面的放煤工藝為一采一放、分段順序放煤。第三,移架到位后,放煤前要反復(fù)升降后尾梁幾次,以達(dá)到把后尾梁上方較大的煤塊擠碎的目的,有利于下一步的放煤作業(yè)。第四,利用調(diào)斜技術(shù)和推移順序來控制前、后溜子的下滑、上竄。

        3)機頭機尾各保留3架不放頂煤,這樣能保證上下出口的頂板完整,并有利于頂板的維護。

        4)考慮轉(zhuǎn)載設(shè)備和皮帶運輸設(shè)備的運載能力及安全,一般割煤和放煤不同時進行,而是先割煤再放煤,有序分時段進行。

        5)放煤控制在綜放工藝中尤其重要,首先是回采率的保證,其次是煤質(zhì)的保證。根據(jù)現(xiàn)行進行各個程度的實驗和測算,最終確定一個回采率和煤質(zhì)的最佳平衡點。

        6)采空區(qū)防滅火是綜放工藝的重中之重。采空區(qū)因放煤不凈殘留有松散的煤炭,如不進行細(xì)致認(rèn)真的通防管理,極易發(fā)生自燃事故。輕則影響生產(chǎn),重則能造成工作面封閉等重大財產(chǎn)損失。綜放工作面必須具備兩種以上的防滅火措施[3],101綜放面具備黃泥注漿防滅火系統(tǒng)和阻化劑防滅火系統(tǒng)。

        7)綜放面的煤層層位管理工作十分重要,是實現(xiàn)高產(chǎn)高效高回收的重要前提。為了更準(zhǔn)確地掌握工作面頂部及底板煤巖層的分布情況,每周組織相關(guān)技術(shù)人員對其進行探測,并畫出煤層層位柱狀圖用于指導(dǎo)各作業(yè)班組的層位控制,確保層位合理的常態(tài)化。

        4 工作面頂板管理

        綜采放頂煤工作面沿底板回采,所以工作面的直接頂板就是頂煤,如果頂煤破碎,則可能會造成漏頂、冒頂,進而造成歪架、倒架事故的發(fā)生,嚴(yán)重影響安全和生產(chǎn)。造成頂板破碎的原因有以下幾種:第一,支架初撐力不足。原因也是多方面的,如液壓供液系統(tǒng)故障、系統(tǒng)調(diào)壓不足、支架液壓系統(tǒng)出現(xiàn)竄液、漏液現(xiàn)象,管路損耗,或者工人操作升柱手把供液時間短等原因?qū)е轮Ъ苓_(dá)不到應(yīng)有初撐力,無法實現(xiàn)支架對頂板的有效支撐,進而造成頂板破碎[4]。第二,支架接頂狀況不良。由于采煤機滾筒的割煤精度問題,致使被割后的頂板不平整,進而造成支架接頂不良、受力不均,不能使頂板得到及時有效的支護。第三,周期來壓。周期來壓期間,頂板所承受的壓力驟增,超過煤體的承載極限就會發(fā)生破碎。第四,遇有地質(zhì)構(gòu)造如斷層、陷落柱等。第五,上覆煤層采空區(qū)應(yīng)力影響。上覆煤層采空區(qū)的保護煤柱會產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū),進而傳遞到頂板煤層,造成煤體破碎。

        針對以上原因,對頂板管理采取增加支架的初撐力,生產(chǎn)過程中二次補液,提高煤機手精細(xì)操作,保證支架的接頂質(zhì)量,遇到地質(zhì)構(gòu)造及時地采取相應(yīng)的措施,從而使工作面頂板支護達(dá)到最佳狀態(tài)。

        5 存在的問題

        101綜放工作面是本礦區(qū)第一個綜放工作面,對于綜放工藝有一個不斷摸索、實踐的過程,要真正實現(xiàn)綜放工作面高產(chǎn)高效還需要解決以下幾個問題:

        1)放頂煤開采技術(shù)因煤質(zhì)因素一般無法把頂煤徹底放凈,這樣一是造成回采率相對低(與分層開采比),二是采空區(qū)內(nèi)遺留有沒放凈的松散煤炭,容易出現(xiàn)采空區(qū)煤炭自燃,給安全生產(chǎn)造成很大影響。

        2)后溜位置易發(fā)生氣體積聚。因后溜位置空間有限,且支架部件對風(fēng)流構(gòu)成阻礙,致使風(fēng)量相對不足,風(fēng)流相對不暢。興發(fā)煤礦為瓦斯礦井,經(jīng)長期監(jiān)測,該位置無瓦斯積聚出現(xiàn)。但對于高瓦斯礦井而言,理論上有積聚的可能性,還需在高瓦斯條件下進行細(xì)致認(rèn)真的監(jiān)測觀察。

        3)防塵任務(wù)量加大。本身作為綜采工作面煤機割煤就會產(chǎn)生大量的煤塵,加之后溜的放煤也會產(chǎn)生大量的煤塵,對架間噴霧、放煤噴霧等工作面防塵設(shè)施提出更高的要求。

        4)興發(fā)煤礦是由傳統(tǒng)的地方煤礦兼并技改而來的礦井,從巷道斷面到輔助運輸,再到通風(fēng)能力都無法滿足綜放設(shè)備運輸、綜放生產(chǎn)通風(fēng)需求。為此,興發(fā)煤礦投入了大量的人力、物力進行了系統(tǒng)改造:巷道擴刷、軌道更換、絞車更新、回采巷道重新設(shè)計等才基本達(dá)到了綜放設(shè)備運輸、安裝、生產(chǎn)的要求。但老系統(tǒng)改造只能階段性地滿足一個綜放面的投放,而無法滿足產(chǎn)能進一步提升。

        5)人員素質(zhì)問題。綜放工藝的投入之后隨之而來的是新設(shè)備、高技術(shù)設(shè)備的投入。沒有專門的機電技術(shù)人才是無法維持設(shè)備長期正常運轉(zhuǎn)的。前期因均為新設(shè)備,即便是維護不到位,矛盾也沒凸顯出來;但隨著設(shè)備的持續(xù)使用,組件老化,到時維護不到位、檢修不到位、使用不規(guī)范的弊端就異常明顯了。嚴(yán)重的會使生產(chǎn)中斷,甚至威脅到安全。

        總之,對于本地區(qū)來說綜采放頂煤工藝是個新鮮事物,興發(fā)煤礦率先投入,除驗證了對于均厚5.6 m的10號煤開采的可行性外,還提出一些待解決的問題與大家一起思考、探討。興發(fā)煤礦正嘗試通過增設(shè)外圍輔助工藝(如地面篩選系統(tǒng))來解決提高綜煤質(zhì)問題、采空區(qū)自燃隱患等問題,讓綜放工藝更完善地展現(xiàn)在大家面前,更好地為本地區(qū)的煤炭開采服務(wù)。

        [1] 王繼仁,翟桂武.現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2012.

        [2] 姜福興.采煤工作面頂板控制設(shè)計及其專家系統(tǒng)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2010.

        [3] 譚云亮.礦山壓力與巖層控制[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2008.

        [4] 袁亮,葛世容,黃盛初,等.煤礦總工程師技術(shù)手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2012.

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