(唐山開(kāi)灤趙各莊礦業(yè)公司采煤一區(qū),河北 唐山 063101)
大傾角采煤技術(shù)的應(yīng)用與推廣
劉 棟
(唐山開(kāi)灤趙各莊礦業(yè)公司采煤一區(qū),河北 唐山 063101)
文章主要針對(duì)木城澗煤礦井下開(kāi)采過(guò)程中,應(yīng)用大傾角開(kāi)采技術(shù)為實(shí)例,對(duì)大傾角開(kāi)采技術(shù)要點(diǎn)要的闡述,以期望可以增加煤礦企業(yè)的采掘效率。
大傾角;采煤技術(shù)要點(diǎn);支護(hù)方式
在煤礦井下采掘過(guò)程中,常因煤層具有一定的傾角,增加了原煤的采掘難度,降低了煤礦企業(yè)井下開(kāi)采生產(chǎn)效率,因此對(duì)大傾角采煤技術(shù)的研究具有非常重要的經(jīng)濟(jì)意義。
木城澗煤礦是京煤集團(tuán)最大的礦井,其每年可以產(chǎn)原煤總共可以達(dá)到約250 萬(wàn)噸,在礦井的+ 450m 水平西四采區(qū)的二槽煤一壁向下順槽,采掘工作面處于偏北向斜南的方位,煤層的傾角約為12 °~23°,平均傾角為18°,區(qū)內(nèi)小部分有小斷裂發(fā)育,并且該采區(qū)處有多條小斷層穿過(guò),煤層處于700m 埋深處,礦井首次進(jìn)行試驗(yàn)綜合機(jī)械化掘進(jìn)工作面。
同時(shí),此礦井下煤層處的地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,并在地層中夾雜有2 層的夾石結(jié)構(gòu)層,厚度約為0m~ 0.2m,多為碳質(zhì)粉砂巖。煤層的厚度變化差異大,煤厚2.0m~4.55m ,平均煤層厚度為3.6m,煤容重1182t/m3。在大傾角采掘過(guò)程中主要應(yīng)用的設(shè)備布置如表1所示。
近幾年,隨著我國(guó)煤礦井下采掘施工強(qiáng)度、開(kāi)采深度的逐漸增加,以及采掘工作面所處的地質(zhì)條件狀況越來(lái)越復(fù)雜,煤層的傾角越來(lái)越大,這就給煤礦井下的采掘工程的繼續(xù)施工造成了一定程度的難度。一般在大傾角煤層區(qū),多采用綜掘采掘技術(shù),在工作面采用走向長(zhǎng)臂后退式,而在處理采空區(qū)則利用全部垮落法,加快煤層開(kāi)采速率。
由于木城澗煤礦工程處于地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀況比較復(fù)雜的京西門(mén)頭溝山區(qū),地勢(shì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,結(jié)構(gòu)層較混亂,煤層結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性較差,且井下煤層的厚度隨煤層走向變化較明顯,且在一處有巖石斷裂結(jié)構(gòu)發(fā)育。如果采用炮采法進(jìn)行煤層的采掘工作面,需要在煤層中布置的炮眼較多,這樣不僅造成工作點(diǎn)相對(duì)較分散,增加工作量,占用的人員較多,且給煤層采掘工作添加了一定的不安全因素,導(dǎo)致原煤采掘生產(chǎn)管理無(wú)法正常進(jìn)行,并有可能在采掘工作中發(fā)生安全事故,導(dǎo)致礦井采掘工作面的生產(chǎn)效益較低,影響采掘進(jìn)度,且采掘工作面無(wú)法實(shí)施大型機(jī)械化施工,這些很大程度上制約了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
為了提高煤礦企業(yè)的井下采掘生產(chǎn)效率,提高礦井內(nèi)原煤的總產(chǎn)量,并減少礦井內(nèi)采掘工人的工作強(qiáng)度,提高礦井采掘生產(chǎn)的安全性,木城澗煤礦的大傾角煤層選用綜掘采掘技術(shù),其采掘優(yōu)點(diǎn):掘進(jìn)尺速度快;礦井巷道結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定程度高,且巷道后期穩(wěn)定性較易維護(hù),保障了礦井采掘過(guò)程的安全性;采掘中順利穿過(guò)大傾角煤層,大大加快了煤礦企業(yè)的采掘速度,綜掘采掘技術(shù)普遍應(yīng)用在大傾角復(fù)雜煤層采掘中
3.1 巷道的斷面設(shè)計(jì)
綜合考慮本礦井采掘工作面煤層所處的大傾角煤層狀況、巷道頂層的巖石穩(wěn)定狀況、巖石結(jié)構(gòu)裂隙走向等基本的地質(zhì)狀況,在保障原煤運(yùn)輸設(shè)備布置合理的前提下,系統(tǒng)分析了各種巷道斷面的結(jié)構(gòu)形式,并充分利用巷道斷面使用情況,最終選定為的采掘巷道基本走向?yàn)檠仨斁蜻M(jìn),采掘巷道橫斷面寬高為400cm ×205cm。
3.2 巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)
在煤礦采掘巷道內(nèi)大傾角煤層處采用錨桿支護(hù)方式,研究發(fā)現(xiàn),可以選用預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)、圍巖松動(dòng)圈等,采用哪一方式進(jìn)行工作面支護(hù),主要是根據(jù)大傾角煤層頂板的冒落高度以及端面距的長(zhǎng)度兩方面確定的。根據(jù)采掘經(jīng)驗(yàn)可知,冒落高度與端面距一般約1m,可以在塌冒部位進(jìn)行鉆眼插鋼針,提高棚頂整體結(jié)構(gòu)安全性。若在采掘煤層過(guò)程中發(fā)生大傾角采煤工作面處遇到局部厚煤層時(shí),該處煤層上部比其它處的壓力大,將會(huì)對(duì)受壓板產(chǎn)生較大的壓力,明顯加快下沉速度等,頂板很容易出現(xiàn)冒頂危害事故。遇到上述問(wèn)題的解決辦法是在局部厚煤層構(gòu)造帶回采工作時(shí),在巷道頂部的支護(hù)換成具有較大支撐力的支護(hù)設(shè)備,如采用支撐控制面積大、穩(wěn)定性高、支撐強(qiáng)度高的構(gòu)造帶兩側(cè)支護(hù)的方式,這樣很好的用局部充填法代替垮落法,從而大大提高了制成的穩(wěn)定性,確保了煤礦采掘的穩(wěn)定性。
在本工程大傾角煤層處的支護(hù)詳細(xì)數(shù)據(jù):錨桿支護(hù)高度 H =120m,間距為a =1108cm,桿體直徑d=1713mm 。根據(jù)各個(gè)基本參數(shù)的計(jì)算,借鑒相關(guān)巷道錨桿支護(hù)的數(shù)據(jù)可確定錨桿支護(hù)的各個(gè)參數(shù)如下所示:
頂板錨桿形式:桿體用f18mm ×2000mm的高強(qiáng)螺紋鋼,蝶形托盤(pán)尺寸為120mm×120mm×10mm 的。錨桿鉆孔尺寸為f28mm,間距為1m。為了使得頂板錨桿具有聯(lián)合支護(hù)的功效,并設(shè)置12mm 鋼筋作為托梁。
巷道幫錨桿:根據(jù)巷道的基本特征,在巷道的兩側(cè)采用2m長(zhǎng)的木錨桿,為了確保施工作業(yè)的順利進(jìn)行,間距為1m,也 可取0.90m。選 用400mm×200mm ×50mm木托盤(pán)。
表1 大傾角采掘工作面主要機(jī)械設(shè)備布置信息
割煤:因?yàn)榈V井巷道為全煤斷面進(jìn)行開(kāi)采的形式,因此在采煤工序時(shí)掘進(jìn)機(jī)可以直接進(jìn)刀割煤的方法進(jìn)行割煤施工。同時(shí),為了確保綜掘機(jī)在進(jìn)行初刀割煤過(guò)程中設(shè)備可以迅速的達(dá)到穩(wěn)定工作的狀態(tài),綜掘機(jī)需要沿著巷道的底板由左向右的走向依次進(jìn)行割煤采掘工序,當(dāng)綜掘機(jī)到達(dá)巷道的右側(cè)以后,然后再改為由右向左的走向依次進(jìn)行割煤,然后依次按照上述循環(huán)依次進(jìn)行下去。
研究發(fā)現(xiàn),采用這種進(jìn)刀割煤走向的方法,可以有效的利用綜掘機(jī)割煤后留下的空間,空間頂部煤層將處于懸空的狀態(tài),增大了頂部煤層的下垮力,從而在很大程度上減少了采掘機(jī)的功耗,且大大減少了巷道頂板的暴露時(shí)間,提高了錨桿支護(hù)的穩(wěn)定性,有利于綜掘機(jī)的安全生產(chǎn)過(guò)程。
裝煤:裝煤操作主要由綜掘機(jī)的鏟板部來(lái)完成。
運(yùn)煤:采掘下來(lái)的煤,先由綜掘機(jī)的刮板輸送機(jī)傳輸?shù)骄C掘機(jī)后邊的橋式轉(zhuǎn)載機(jī),然后再將原煤放置在膠帶輸送機(jī)上,再運(yùn)輸?shù)酵该盒逼律?,最后運(yùn)送到煤倉(cāng)進(jìn)行儲(chǔ)存。
綜上所述,在煤礦礦井大傾角煤層處,由于煤層的復(fù)雜地勢(shì)狀況,這就增加了煤層開(kāi)采的工作難度,且增加了采掘工作中的不穩(wěn)定因素。在本工程中,綜合考慮了礦井所處的地勢(shì)狀況,采用合適的巷道橫斷面、支護(hù)形式以及特殊的采掘技術(shù),提高了作業(yè)環(huán)境的穩(wěn)定性,加快了采掘進(jìn)度,為煤礦企業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供了保障。
[1]張士玉.大傾角采煤技術(shù)的應(yīng)用與推廣[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),2005(13).
[2]賈維志.大傾角綜合機(jī)械化采煤技術(shù)[J].安徽科技,2010(05).
[3]劉書(shū)文.大傾角、復(fù)雜地質(zhì)條件綜合機(jī)械化采煤[A].第五屆全國(guó)煤炭工業(yè)生產(chǎn)一線青年技術(shù)創(chuàng)新文集[C],2010.
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