馬建欣 唐改衛(wèi)

(鄭州磴槽企業(yè)集團(tuán)金嶺煤業(yè)有限公司,河南鄭州 450000)

大傾角“三軟”煤層綜采技術(shù)在金嶺煤礦的應(yīng)用

馬建欣 唐改衛(wèi)

(鄭州磴槽企業(yè)集團(tuán)金嶺煤業(yè)有限公司,河南鄭州 450000)

金嶺煤業(yè)設(shè)計生產(chǎn)能力為0.6Mt/a,礦井開采二1煤層和一7煤層。金嶺煤業(yè)為煤與瓦斯突出礦井,礦井相對瓦斯涌出量18.75m3/t,絕對瓦斯涌出16.90m3/min,煤層為Ш類不易自燃,煤塵爆炸指數(shù)20%。礦井采用斜井多水平上、下山開拓方式,目前開采兩個二1煤工作面,兩個一7煤保護(hù)層工作面。采取保護(hù)層開采,結(jié)合瓦斯抽放技術(shù)綜合治理礦井瓦斯,即一7煤層作為二1煤層的保護(hù)層,兩層煤巷道聯(lián)合布置。目前礦井正常涌水量97.9-121.9m3/h,最大涌水量200m3/h,礦井水文地質(zhì)類型屬中等類型。二1煤層傾角在28到32度,局部達(dá)35度,且屬于“三軟”煤層,平均煤厚5.4米。

“三軟”煤層 方法 技術(shù) 支護(hù)強(qiáng)度 頂板控制

1 采煤方法

1.1 采煤工藝

21124綜采工作面采用走向長臂后退式綜采放頂煤采煤方法回采,工作面使用ZF3600/16/24型液壓支架支護(hù);使用MG170/410WD型雙滾筒采煤機(jī)割、裝煤;工作面前、后部各安裝一臺SGZ630/264型刮板運(yùn)輸機(jī)分別運(yùn)輸采煤機(jī)落煤與放頂落煤;頂煤通過支架尾梁插板伸縮擺動自落裝煤。采用斜切進(jìn)刀,雙向割煤,往返兩刀。設(shè)計采煤機(jī)截割高度2.0m,截深0.6m,放煤步距0.6m,采放比1:1.7,全部垮落法管理頂板。

1.2 回采工藝

(1)進(jìn)刀方式;采煤機(jī)采用斜切進(jìn)刀雙向割煤,進(jìn)刀深度0.6m。具體進(jìn)刀工藝如下:1)采煤機(jī)割透端頭后返機(jī)斜切進(jìn)刀;2)采煤機(jī)進(jìn)刀完畢后,推直溜,返機(jī)割三角煤。3)割完三角煤后,采煤機(jī)正常割煤;4)跟機(jī)推溜、拉架采煤機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。(2)落煤方式;1)采用MG170/410-WD型雙滾筒電牽引采煤機(jī),上滾筒割底煤,下滾筒割頂煤,滾筒自旋其截齒將煤體破碎,割煤截深0.6m。2)放頂煤使用支架尾梁插板伸縮擺動使頂煤自落,插板破碎大塊煤碳,防止堵塞放煤口。(3)臨時護(hù)頂;采煤機(jī)割煤期間,采用支架伸縮梁進(jìn)行追機(jī)及時護(hù)頂。(4)推前部輸送機(jī);根據(jù)進(jìn)刀方式推移前部輸送機(jī),在煤機(jī)過后依次進(jìn)行,一般滯后煤機(jī)15m,推移彎曲段不得小于15m,推移步距0.6m。(5)移架;采用由下而上拉架支護(hù)方式,先降后移、少降快拉、帶壓移架的方式支護(hù)頂板。移架滯后采煤機(jī)后滾筒5～8架追機(jī)作業(yè)。頂板破碎時可超前移架,及時護(hù)頂,移架步距0.6m。(6)放煤;放煤方式:放煤采用本架操作,由頂板壓力、支架反復(fù)支撐、尾梁上下擺動、插板來回伸縮等綜合方式放煤,放煤步距0.6m。放煤組織:放煤采用從上往下兩輪循環(huán)放煤,第一輪初放,要求速度快,第二輪細(xì)放,把煤放凈,見群矸停放,及時將后尾梁升起推出插板。(7)拉后部輸送機(jī);拉后部輸送機(jī)由下向上順序進(jìn)行,且滯后放煤口15～20m進(jìn)行,機(jī)頭機(jī)尾拉移時應(yīng)開空輸送機(jī),在停機(jī)狀態(tài)下拉移,拉到位后方可開機(jī)。

2 頂板控制

2.1 支護(hù)設(shè)計

工作面支護(hù)設(shè)備型號及主要技術(shù)參數(shù):(1)設(shè)備型號;液壓支架:ZF3600/16/24型四柱單鉸點(diǎn)輕型低位放頂煤支架。(2)設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)。(3)液壓支架的工作技術(shù)參數(shù)。

液壓支架工作技術(shù)詳細(xì)參數(shù)(表1)。

表1

2.2 支護(hù)強(qiáng)度驗算

工作面頂板強(qiáng)度計算及壓力驗算。

Pt＝khrg

＝8×2.2×2.4×9.81＝414KN/m2×7.95m2＝3294KN

式中:

Pt:工作面合理的支護(hù)強(qiáng)度

k:支架上方頂板系數(shù),取8;

h:工作面采高,取2.2m;

r:頂板巖石容重,取2.5T/m3;

g—常數(shù),取9.81;

故選用ZF3600/16/24型液壓支架,其支架設(shè)計支護(hù)強(qiáng)度為3600KN大于頂板3294KN,適應(yīng)于工作面支護(hù)。

3 安全、技術(shù)效果

3.1 安全生產(chǎn)

大傾角綜放工作面作業(yè)人員的安全必須受到可靠的保障,回采期間采取工作面放滾矸措施如下:工作面每隔15架使用1m×0.8m,厚度20mm的鋼板及柔性皮帶沿工作面走向布置4道擋矸板,可起到緩沖滾矸、煤塊的作用,并配合沿工作面傾向布置防矸網(wǎng)聯(lián)合部署安全防護(hù)裝置。結(jié)合上述措施以來,工作面從安裝試采到轉(zhuǎn)產(chǎn)至今已順利推進(jìn)四百多米,無出現(xiàn)任何事故,順利實(shí)現(xiàn)機(jī)械化安全生產(chǎn)。

3.2 技術(shù)管理

3.2.1 支架設(shè)計

(1)采用整體頂梁、長側(cè)護(hù)板(與頂梁長度大體相同)、伸縮前探梁并具有防護(hù)片幫的作用;(2)前立柱向前傾斜,支架具有較高的指向煤壁的水平工作阻力,以降低無立柱空間下位頂煤內(nèi)的拉應(yīng)力,并給裂隙面施加一個正應(yīng)力;(3)后立柱具有抗拉和抗壓雙重作用,以保證支架頂梁對端面頂板的支撐力;(4)為了提高采出率,降低放煤粉塵,加快放煤速度,采取低位放煤支架。

3.2.2 回采工藝方面

(1)必須及時移架(采煤機(jī)前滾筒過后立即推溜移架)、擦頂移架、移架后再伸出前探梁,遮蓋住端面頂板,達(dá)到全封閉頂板的要求;(2)前伸縮梁給煤壁一個水平推力,防止片幫,然后推溜的作業(yè)方式,保持無立柱空間基本不變和支撐合力作用點(diǎn)與煤壁距離基本不變,以保證對端面頂板、頂煤的支撐力基本不變;(3)在現(xiàn)場使用中明確指出伸縮梁的主要作用在于全封閉頂板,而非臨時支護(hù)。采取以上的措施后,工作面基本控制住頂煤,使其不發(fā)生端面冒頂和煤壁片幫。(4)采煤工藝上采用先拉超前架的方式,使頂煤始終處于受控狀態(tài),縮小頂煤暴露面積。(5)加大煤層注水力度,杜絕穿幫、冒頂。

3.2.3 現(xiàn)場管理方面(1)區(qū)隊必須制定一套嚴(yán)格的綜合管理制度,生產(chǎn)期間必須按正規(guī)循環(huán)進(jìn)行作業(yè),并嚴(yán)格區(qū)隊管理制度。(2)嚴(yán)格控制采高,防止倒架、咬架、架子歪斜等現(xiàn)象發(fā)生。(3)由于放頂煤開采,對頂板圍巖壓力影響大,生產(chǎn)期間兩巷12-18米范圍內(nèi)超前壓力較大,應(yīng)加強(qiáng)兩巷的超前支護(hù)管理。(4)傾角大導(dǎo)致工作面易發(fā)生設(shè)備下滑。所以大傾角放頂煤開采中,保持設(shè)備穩(wěn)定是成功的關(guān)鍵,在回采期間把工作面調(diào)成偽斜,減少工作面傾角,下巷超前上巷6～10米范圍內(nèi),防止運(yùn)輸機(jī)、支架下滑。(5)推溜拉架期間堅持從下往上推溜拉架,從操作方面來防止運(yùn)輸機(jī)、支架下滑。(6)每架必須堅持打開側(cè)護(hù),防止出現(xiàn)支架出現(xiàn)倒架,找不到扶正支架的空隙。(7)大傾角煤層放頂煤在確定放煤時,首選應(yīng)著重考慮的是支架的穩(wěn)定性,所以開始放煤時堅持由上向下的順序放煤,每個放煤口放煤時間控制在1分鐘內(nèi),放煤時嚴(yán)密監(jiān)視支架后立柱壓力表的變化,從而判定支架頂梁上頂煤是否松動滑落或被放空,以保證支架的穩(wěn)定。(8)綜合機(jī)械化采煤的關(guān)鍵核心應(yīng)根據(jù)本礦現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行“三機(jī)”配套,配套的關(guān)鍵,決定了實(shí)施綜合機(jī)械化開采的成功與否。(9)從實(shí)踐中得出,放煤工藝本身的復(fù)雜性,需要針對不同的地質(zhì)條件,工作面不同的位置進(jìn)行靈活的調(diào)整,并且要考慮與采煤工藝的配合等諸多因素,對現(xiàn)場管理水平的要求更高更靈活,需要高素質(zhì)的員工。

4 經(jīng)濟(jì)效益

用綜采和炮采兩種回采工藝的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比如下:

(1)礦井懸移支架工作面日產(chǎn)為870噸,月產(chǎn)量2.6萬噸,月推進(jìn)度24米,日定額出勤120人,功效為7.0工/噸。(2)21124綜采工作面正式后,生產(chǎn)組織為“兩采一準(zhǔn)”,兩個生產(chǎn)班割煤三刀,日產(chǎn)煤達(dá)1330噸,月產(chǎn)量4萬噸,月推進(jìn)度42米,日定額出勤為96人,工效14.2工/噸。(3)對比懸移支架工作面年出勤少9800/工,年多產(chǎn)煤達(dá)22萬噸,工效高出7.2工/噸,綜合比較,每年可多為礦井創(chuàng)達(dá)1.03億元效益。(4)綜采工藝開采強(qiáng)度大、推進(jìn)速度快、產(chǎn)量高、整體效益高,但是初期投入設(shè)備費(fèi)高;炮采工藝開采強(qiáng)度低、工人勞動強(qiáng)度大、推進(jìn)速度慢、產(chǎn)量低、整體效益低,但設(shè)備初期投入費(fèi)用低。(5)在全員工效、和產(chǎn)出比等方面,采用綜采工藝比采用炮采工藝高得多,并且綜采要比炮采在更短的時間內(nèi)結(jié)束工作面,對礦井接替緊湊,但對礦井年產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)起很重要的作用。

5 結(jié)語

經(jīng)過21124綜采工作面一年的回采實(shí)踐表明,我礦在綜放開采技術(shù)上應(yīng)用比較成功,回采安全可靠、經(jīng)濟(jì)上優(yōu)于其他采面工藝,在現(xiàn)代煤炭開采中,實(shí)現(xiàn)安全高效的根本出路在于發(fā)展綜合機(jī)械化 ,著重考慮選用當(dāng)今可靠的開采技術(shù)和可靠性的成套設(shè)備,是提高綜采裝備水平和礦井生產(chǎn)能力的保障。