陳祚暉 陳曉偉 滿建軍
中煤大同公司塔山煤礦
淺談塔山煤礦3# 5# 煤層放頂煤開采難度大原因
陳祚暉 陳曉偉 滿建軍
中煤大同公司塔山煤礦
綜采放頂煤技術起源于20世紀50年代的歐洲,但真正獲得發(fā)展并逐步成熟則歸功于我國。由于綜采放頂煤掘進率低、產(chǎn)量高、噸煤成本低、工作面搬家次數(shù)少、安全系數(shù)高等顯著優(yōu)勢,尤其是近十年來大采高、高可靠性設備的研制發(fā)明,使得其已成為我國厚煤層、特厚煤層的主要開采方法。但是,綜采放頂煤技術也有其局限性,本文主要根據(jù)綜采放頂煤技術局限性,分析塔山煤礦3#~5#煤層首采30501工作面開采難度大原因。
放頂煤開采 難度大 原因
中煤塔山煤礦3#~5#煤層首采工作面為30501工作面,其走向長1873m,傾斜長154m。根據(jù)T2006-1、T2006-2、白20#地面勘探鉆孔及井下地質(zhì)鉆孔10217-1-10#孔,工作面煤層總厚為12.70~18.50m,平均厚度為15.96m,煤層普氏系數(shù)3.0~4.0,煤層中普遍含5~9層夾矸,夾矸單層厚度為0.07~0.85 m,局部夾矸大于0.85m,夾矸總厚2.39~4.60m,平均3.47m,夾矸巖性為褐色高嶺巖、灰黑色炭質(zhì)泥巖為主。直接頂厚度4.20~4.85m,平均4.57m,褐色鋁土質(zhì)泥巖,致密,硬度小,易碎,有滑感,局部地段頂部有褐色高嶺質(zhì)泥巖,性脆,易碎,底部有少量的炭質(zhì)粉砂巖。
地面標高為1360~1528m,平均1444m,煤層埋藏深度498~374m,平均埋藏深度為436m。30501工作面向上4.20~4.85m(平均4.57m),為本礦2#煤層10201工作面采空區(qū);30501工作面向上267~280m為四老溝礦開采的侏羅系大同組14#煤層采空區(qū);30501工作面向上299~317m為侏羅系大同組11#煤層采空區(qū)。
1、2#煤采空區(qū)下開采影響
30501工作面向上4.20~4.85m(平均4.57m)為本礦2#煤層10201工作面采空區(qū),該工作面于2008年8月~2009年10月回采完畢。由于2#煤層的開采,使得2#煤層直接頂已經(jīng)垮落,基本頂已經(jīng)破斷失穩(wěn),基本頂上覆巖層已經(jīng)彎曲下沉(如上圖),礦壓得到釋放。30501工作面在開采過程中出現(xiàn)來壓步距不規(guī)律(初次來壓步距26.6m,周期來壓步距平均29m,周期來壓最大步距達到39.3m)、壓力不明顯等特點,主要表現(xiàn)在來壓時只有局部支架(以工作面中間段為主)阻力增大,安全閥自動開啟;煤壁片幫情況少且片幫量少;煤炮現(xiàn)象少且不嚴重。
根據(jù)地表下沉理論及工程經(jīng)驗,30501工作面開采后,地面下沉約(0.2-0.3)h,h為實際采高,h=16m時的下沉量為3.2-4.8m,經(jīng)過對膠帶順槽地表的實測,發(fā)現(xiàn)地表地表未下沉且沒有明顯的裂縫,說明圍巖變化情況不大,老頂下沉不充分,這也側(cè)面證實了2#煤層的開采基本釋放了礦壓,圍巖較穩(wěn)定。礦壓的釋放導致3#~5#煤層所受支承壓力小且不均,無法實現(xiàn)完全松散破碎,從而大塊煤多,無法順利從放煤口放出。
2、地表標高不一影響
3#~5#煤層30501工作面地表為低山丘陵、溝谷、沖溝及黃土臺地,標高為1360m~1528m,地勢不平,最大高差達168m,導致不同區(qū)域煤層受力大小不同,破壞程度不同,從而使得局部煤層松散破碎,局部煤層大塊多,不利于放煤。
3、煤層硬度大影響
3#~5#煤層硬度普氏系數(shù)(f)達到3.0~4.0,是頂煤冒放性差的最重要因數(shù)。
當f<1時,可放性好,頂煤強度低,能自行垮落,垮落塊度較小(一般小于300mm);
當f=1~2.5時,可放性較好,煤層強度中等,放煤容易,偶爾會出現(xiàn)大于1.5m的大塊;
當f=2.5~3時,可放性一般,冒落頂煤塊度較大,放出流動性較差,為使頂煤順利放出,雖不需進行頂煤預破碎的輔助工作,但必須加強放頂煤支架的二次破碎功能;
當f=3~4時,可放性差,頂煤強度較大,需采取預破碎等措施方能使頂煤順利放出;
當f>4時,頂煤難放,頂煤強度大。
通過對3#~5#煤層煤樣進行物理力學實驗分析,發(fā)現(xiàn)頂煤抗壓強度為9.83Mpa~21.47Mpa,平均16.6Mpa,抗壓強度大,在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn),使用支架后尾梁、后插板、單體液壓支柱均無法破碎大塊煤。
4、采放比大影響
采放比超規(guī)定是頂煤冒放性差的主要原因。
采放比,是指放頂煤工作面采煤機機采高度與頂煤高度之比。頂煤放出前破碎松散需要一定空間,采高小、頂煤高度大將出現(xiàn)頂煤破碎不充分,放煤困難;采高大、頂煤高度小將出現(xiàn)頂煤無規(guī)則冒落、混矸嚴重。
煤礦安全規(guī)程規(guī)定,采放比超過1:3的,嚴禁使用放頂煤開采,因為采放比超過1:3容易造成資源回收率低、頂板難以管理、瓦斯等有毒有害氣體涌出、發(fā)生沖擊低壓以及礦震等安全問題。
3#~5#煤層30501工作面采高3.8m,l理論放煤高度不應該超過11.4m,但實際頂煤放出厚度在13.2m~15.8m(生產(chǎn)過程中打探孔所得數(shù)據(jù)),采放比平均為1:3.8,遠遠超過煤礦安全規(guī)程規(guī)定的1:3,放煤高度過大,拉架過程中升架、降架無法充分擠壓上部頂煤使頂煤松散破碎,導致頂煤難放。
5、夾矸影響
夾矸層數(shù)多是冒放性差的又一主要原因。3#~5#煤層中普遍含5~9層夾矸,夾矸單層厚度為0.07~0.85 m,局部夾矸大于0.85m,夾矸總厚2.39~4.60m,平均3.47m。根據(jù)生產(chǎn)過程中打探孔實測,頂煤中含夾矸3~7層,單層夾矸最厚1.2m,夾矸多為褐色高嶺巖、灰黑色炭質(zhì)泥巖,偶爾有白砂巖,硬度系數(shù)大,影響頂煤放出。
塔山煤礦3#~5#煤層的首個放頂煤開采工作面雖然遇見很多問題,但是只要我們工程技術人員在生產(chǎn)過程中及時記錄并分析礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,不斷總結(jié)存在的問題,不斷優(yōu)化工作面長度、放煤步距、放煤方式、采放比等各項參數(shù),就能逐漸摸索出一套適合現(xiàn)場的完善的管理制度及技術管理體系,在以后的工作中就能化被動為主動,企業(yè)就能實現(xiàn)安全高效,和諧發(fā)展。
[1]杜計平,孟憲銳.采礦學