大倾角煤层群

大倾角煤层群（精选八篇）

大倾角煤层群 篇1

1.1 项目的研究是矿井实现安全生产的根本出路

东峡煤矿始建于1971年10月, 1980年12月简易移交生产。矿井原设计生产能力30万t/年。2002年经技术改造, 达到60万t/年的生产能力。由于东峡煤矿煤层赋存条件的特殊性, 自投产以来长期采用“大倾角易燃特厚煤层群倾斜分层开采方法。使用单体支柱、铰接顶梁支护, 放炮落煤回采。开采工艺落后, 采掘机械化水平低, 工人劳动强度大, 安全技术装备差, 安全程度较低。矿井难以实现安全高效, 严重制约了矿井发展和安全生产。要从根本上解决高效安全生产问题, 采用综采放顶煤开采技术是实现“安全、高效和低成本”发展的根本出路。

1.2 项目的研究是矿井技术改造的关键和核心技术

东峡煤矿主采煤层 (煤6层) , 倾角为28°～48°, 平均37°, 坚固性系数一般为f=2～3, 属低灰、低硫、低磷、高挥发份的长焰―不粘煤。在井田范围内分岔, 分出煤6-1、煤6-2上、煤6-2中和煤6-2下, 且自北向南由轴部向两翼逐渐变薄, 煤层层数自北向南由少变多, 属于大倾角坚硬煤层群。在解决这一类煤层的机械化开采问题上, 国内尚无成熟的技术, 开展大倾角坚硬易燃特厚煤层群综合机械化放顶煤开采技术研究具有重要的现实意义和广泛的推广示范意义, 是矿井技术改造的关键和核心技术, 关系着矿井技术改造的可行性和建设规模, 对矿井的发展具有十分重要的现实意义。

1.3 项目的研究对解决我国相似条件下大倾角煤层开采问题具有重大的理论及现实意义

大倾角煤层在我国的各大矿区均有分布, 随着煤矿开采深度及强度的增大, 大倾角煤层产量亦呈逐年上升的趋势, 由于开采这类煤层的技术和理论一直没有得到根本解决, 产效低、安全效益差、作业环境恶劣是这类煤层开采的主要特征。因此, 该研究成果具有广泛的推广前景, 对解决我国大倾角煤层开采问题有重大的理论及现实意义。

2 项目技术研究主要内容

对该项目的研究按照可靠性、先进性、合理性和实用性相统一的原则, 开展了如下的工作:

(1) 进行了大倾角坚硬易燃特厚煤层群开采相似材料模拟实验, 掌握了大倾角特厚易燃煤层群综合机械化开采过程中的矿山压力显现规律、“支架-围岩”相互作用机理、支架在工作面推进过程中的稳定性及所需要的基本支护阻力进行模拟, 掌握和观测顶板的运移规律, 提出合理的顶板控制措施。确定初次来压步距, 周期来压步距, 最大支撑载荷, 平均支撑载荷等开采参数, 为确定放顶煤液压支架工作阻力及结构形式、强度等提供了科学依据。

(2) 开展了数值模拟分析, 按照现场实测参数、室内模拟试验、计算结果与生产实践相对照相结合的原则进行研究, 揭示了大倾角煤层综放开采顶煤、顶板冒落规律, 顶煤破碎机理及松散顶煤的落放过程和放落规律。

(3) 应用了“液压支架参数优化设计软件系统”进行支架结构参数优化设计;应用了“液压支架参数化、可视化、动态受力分析和动态仿真软件系统”对支架进行全程动态受力分析;对支架的主要结构、连接件进行了计算机综合强度校核及可靠性优化设计;开展了大倾角工作面放顶煤液压支架及“三机”配套设计, 研究解决了大倾角工作面 (28°～48°, 平均37°) 综采放顶煤开采中“三机”防滑和支架防倒、防滑等关键性技术问题。

(4) 开展了巷道布置及支护形式研究。根据东峡煤矿现有生产布局、开拓形式, 确定了为大倾角综放试验工作面的布置进行巷道设计, 确定了支护形式;

(5) 采用了科学合理的回采工艺, 研究解决了输送机上窜、下滑, 克服支架咬架、倒架现象;研究解决了大倾角综采放顶煤工作面出现的冒落顶煤下滑, 工作面上端架后出现空洞的问题, 研究提高工作面顶煤回收率的问题。

(6) 开展了矿压观测工作, 掌握了大倾角综放工作面矿压显现规律, 指导安全生产。

(7) 针对矿井煤层具有强自燃倾向性、1级自燃煤层、最短自燃发火期限仅37d的实际, 开展了大倾角坚硬易燃特厚煤层群综采放顶煤工作面综合防灭火技术研究与应用, 保证工作面正常安装和顺利回采。

(8) 开展了大倾角综放工作面安全生产组织管理体系研究与创新, 最大限度的发挥大倾角综放的效益优势。

3 试验工作面设计与生产情况

3.1 首采小放高工作面的设计及生产情况

首采试验工作面37215—1工作面主采煤6—2上, 位于+1140～+1075区段, 煤层厚度为3.11～5.87m, 平均厚度为4.49m, 煤层倾角28°～37°, 平均32°。回采面积为106000m2。煤层含0～2层夹矸, 夹矸厚度0.05～0.20m, 以灰色炭质泥岩为主。煤呈黑色, 块状构造, 以半亮型、半暗型煤为主, 暗煤、亮煤次之。

煤层直接顶含有泥岩、粉沙岩为主, 其厚度为0.4～3.4m平均1.48m, 其中泥岩为灰色, 较松软, 粉沙岩呈厚层状。直接底为炭质泥岩、粉沙泥岩, 厚度0.5～4.97m, 平均2.28m, 以灰色粉沙质泥岩为主, 局部含炭质泥岩。

首采工作面倾斜长92～119m, 平均长度为106m, 自南向北逐渐变短, 走向长度为1092m。在煤层厚度为4.49m的情况下, 机采高度为2.3m, 放顶煤高度为2.19m, 采放比为1∶0.95, 采煤机截深0.6m, 放煤步距0.6m。

小放高工作面从2004年10月20日开始回采, 2005年10月25日回采结束, 共采出原煤65.7万t。平均日推进度3.5m, 平均月产量5.97万t, 最高日产量3016t。

3.2 次采大放高工作面的设计及生产情况

次采大放高试验工作面为37215—2工作面主采煤6—2中, 位于+1140～+1075区段, 属首采面的下一煤层自然分层, 煤层厚度为11.4～7.83m, 平均厚度为9.98m, 煤层倾角28°～47°, 回采面积为115205m2。本煤层厚度最大为11.42m, 最小7.83m, 煤层中含1～2层夹矸, 夹矸厚度0.07～0.3m, 以灰色泥岩为主, 泥质粉砂岩, 粉砂质泥岩次之。

煤层直接顶以炭质泥岩、粉沙岩为主, 其厚度为0.2～4.31m, 平均1.81m, 其中泥岩为灰色, 较松软。直接底为炭质泥岩、粉沙泥岩, 厚度0.07～0.9m, 平均0.52m, 以灰色粉沙质泥岩为主, 局部含炭质泥岩。

煤层倾角28°～47°, 倾角大于35°的区域占工作面的89.6%。工作面倾斜长95～110m, 平均长度为105m, 自南向北逐渐变短, 走向长度为1118.5m, 工作面的机采高度为2.3m, 放顶煤高度7.0m, 采放比1∶3, 采煤机截深0.6m, 放煤步距1.2m。

回采工作面于2006年1月1日开始生产, 2007年7月25日回采结束。共生产129.54万t, 最高日产达到5795t, 工作面正规循环率达到85%以上, 日产稳定在4000t左右, 保持了工作面稳产高产, 工效显著提高。

4 主要经济技术效果

试验工作面从2004年10月20日开始回采, 在工业性试验的30个月内, 共安全推进2031m, 共采出原煤179.9万t。同等条件下的炮采工作面相比, 年产量平均提高72.72万t, 提高了388.5%, 全员工效由2t/工, 提高到5t/工以上。年增产值12107.88万元, 新增利税10662.93万元, 减员增效 (增收节支) 369万元, 年直接经济效益12111.93万元。

5 主要解决的问题及技术创新点

东峡煤矿大倾角坚硬易燃特厚煤层群综合机械化放顶煤开采技术创新主要集中在以下几个方面:

(1) 该课题系统研究了东峡煤矿大倾角 (37°) 坚硬易燃特厚煤层群围岩活动和矿山压力规律, 提出了煤层群多区段“区域 (大范围) 岩层控制理论”。

采取了适当开采上区段隔离煤柱的关键技术, 有效解决了大倾角综采放顶煤工作面“支架-围岩”系统失稳难题, 保证了工作面的正常运行。

(2) 采用了模拟仿真技术对支架参数和结构进行了系统的优化设计, 采取了有效防倒防滑措施, 提高了工作面中部支架横向抗扭能力和整体稳定性, 同时首次采用了新型整体前移端头支架, 对工作面装备进行了优化配套, 满足了大倾角特厚煤层群安全高效开采的要求。

(3) 采用“非等长工作面柔性调整技术”, 简化了工作面增、减架工序, 加快了工作面推进度。

(4) 采用了工作面下行通风、均压通风、注氮、压注高分子泡沫等瓦斯管理和综合防灭火技术, 有效地解决了易燃煤层的防灭火问题。

(5) 提出了工作面支架快速安装方法, 解决了复杂井巷和开切眼条件下 (技术改造矿井) 大倾角煤层综采工作面设备快速安装的难题, 提高了工作效率。

(6) 根据现场经验, 总结出一套大倾角综放工作面预防飞煤伤人的技术管理措施, 有效解决了人员安全防护问题, 保证了安全生产。

6 结论

东峡煤矿大倾角坚硬易燃特厚煤层群综合机械化放顶煤开采技术研究, 经过3年多来, 和西安科技大学、天地科技股份有限公司北京开采所等科研院所的共同攻关, 通过历时30个月的工业性试验, 解决了一系列大倾角坚硬易燃特厚煤层群综放技术难题, 取得了成功。该项目2007年6月通过了甘肃省科技厅组织的技术鉴定, 达到了国际领先水平。2008年获得甘肃省科技进步二等奖。该项技术的研究成功, 为东峡煤矿找出了一种先进的采煤方法, 为东峡煤矿建设安全高效矿井奠定了坚实的基础, 对解决我国大倾角煤层开采问题具有重大的理论及现实意义。

参考文献

浅谈大倾角煤层开采技术 篇2

【关键词】大倾角;开采;关键技术;措施

随着开采技术尤其是煤机装备技术的发展，大倾角煤层综合机械化开采技术得到了长足的发展和应用。在实践中取得了良好的安全生产效益。但在大倾角开采过程中从设备到工艺技术还都存在着许多问题需要不断探索。尤其大倾角工作面液压支架的稳定性是大倾角开采的关键技术之一，在选择支架时必须考虑“支架一围岩”系统。特别是支架的纵向、横向稳定性。在保证支护强度的前提下，尽量减小支架重量，完善防倒防滑功能，确保“顶板一支架一围岩”支护系统稳定。

1.大倾角支架稳定性分析及支架受力分析

1.1大倾角支架稳定性分析

煤层倾角是影响采场矿山压力的主要因素之一。大倾角工作面的顶板(煤)不仅受支承压力的作用而变形破坏。而且受倾斜方向重力分力的作用。因此，大倾角煤层的顶板不是沿法向移动，而是沿一条逐渐接近重力作用方向的曲线移动。当顶板越不稳定，移动曲线偏离法线越远。顶板移动的切向分量对支架产生侧向力，可能导致支架倾倒。顶板运动方向与煤层法向夹角的变化对支架抗倒能力的影响是显著的。

大倾角开采除了单一长壁开采中遇到的技术问题外，还在以下几个方面影响支架的稳定性：

1.1.1顶板在工作面倾向方向上各个位置受力的不同导致了顶板的破碎程度不同，支架上方顶板移动会影响相邻支架上方顶板的状态，进而影响相邻支架的受力状态与稳定性。

1.1.2工作面向前推进过程中，由于工作面倾角大，支架降架前移时，会因失去支撑点而偏斜或倾倒。尤其在大倾角放顶煤开采过程中，由于支架上方为松软的顶煤，这一现象会更加明显，对支架的稳定性影响更大。

1.2大倾角支架受力分析

大倾角开采复杂的矿压显现规律导致了工作面支架受力复杂性。据研究表明，当支架工作阻力一定时,支架尾部抗扭稳定性随顶板冒落高度增大而非线形降低，直至最终受扭失稳。当顶板垮落高度一定时。支架抗扭稳定性随支架工作阻力线性增大，支架对顶底板的作用力对支架的抗扭稳定性作用明显。同时，顶梁上顶板压力的分布状態对支架的稳定性也有影响，当支架顶梁受力比较均匀，有利于扭转支点落到支架后部，减小扭矩。

2.大倾角开采提高支架稳定性方法

从有利于支架的稳定性考虑，降低工作面高度使支架重心降低，加宽支架底座。增长侧护板油缸行程和油缸侧护能力。从防滑角度要求。支架护顶要及时，且支架须提供足够的初撑力。通过对顶板的支撑而克服下滑力，移架时则以邻架为稳定基础，克服下滑力，防止倾倒，对下端排头支架组采用有效的锚固措施。

2.1支架防倒

2.1.1减少支架顶梁间隙，支架侧护板千斤顶、侧推弹簧使支架顶梁相互靠紧，始终保持足够扶正力。防止倒架。

2.1.2在邻架顶梁间增设调架千斤顶。当支架出现倾倒时，以支撑顶板的相邻支架作支点，用千斤顶调整该支架位置。

2.2支架防滑

2.2.1推移杆全程导向，推移杆和底座间隙控制在l0～20 mm(单侧)。推移杆在任意位置，推移杆和底座问间隙不变，控制运输机下滑。

2.2.2相邻支架底座之间设置防滑千斤顶，以有初撑力的支架为支点，可以调整相邻支架的位置。

2.2.3将运输机和支架间设置防运输机下滑装置，每隔五架一组，推移运输机时，通过控制防滑千斤顶动作，牵动运输机上移。

3.例某矿在生产实践中关键技术的解决

3.1工作面概况

某矿7491E工作面位于12水平西异三石门，工作面斜长73—81m，平均77 m，煤层倾角380一280，平均3O0，煤层厚度6.8—11m，平均8.0m，属沉积稳定煤层。老顶为灰色砂质泥岩，直接顶为浅灰色泥岩．老底为浅灰色砂质泥岩，顶板为Ⅱ级Ⅱ类顶板，属来压明显、中等稳定顶板。

3.2关键问题及对策

3.2.1关键问题

(1)工作面倾角较大，运输机易下滑，输送机下滑往往牵动支架下滑，损坏拉后部运输机千斤顶，运输机机头和转载机不能正常搭接,给工作面回采造成较大困难。

(2)工作面煤层倾角较大，支架易产生下滑、倾倒问题，这些问题会引起工作面条件恶化，带来不安全因素，导致生产不能正常进行。

(3)倾角较大，采煤机易下滑，造成重大事故。

(4)工作面倾角较大，并处于高应力集中区域，工作面顶煤破碎，极易发生端面冒顶。顶板的管理成为能否安全开采的关键问题之一。

3.2.2对策及措施

(1)防止工作面设备下滑及支架防倒措施：

①合理开采工艺。割煤：为防止液压支架和输送机下滑。采取中间斜切进刀方式，输送机推移由下往上，克服了输送机的下滑分力。

移架：架移顺序由下往上，使得支架移动时以下部稳定邻架作为导向，控制支架移动过程中下滑。移架前先打开拉架手把再降柱，使支架顶梁不与顶煤脱离，保持带压擦顶移架。同时在移架过程中配合回伸缩梁，使支架前移，支架到位后，将支架升起达到初撑力。

放顶煤：采用由下向上多轮顺序放煤，放煤步距1.0m，放煤时各支架放煤要均匀，保证顶板均匀下沉．防止局部过空造成倒架事故。

伪斜开采：选择合适的伪斜角度是防止工作面各设备下滑的措施之一。工作面平均倾角30°，以伪斜6°进行推采；和其它措施相配合，输送机和支架在回采过程中均未发生下滑现象。

②其它防滑措施。在工作面下出口．为防止支架下滑和倾倒，紧贴第一组支架用一块3000*170*150mm方木板配合2.5m单体对支架进行导向和顶板支护。

严格控制运输机下滑，为防止前后部运输机下滑，前后部运输机机头各打两课单体戗柱。

下出口1#2#两组支架用千斤顶连成一体，移架由3#开始，待上部支架移好，再移1#、2#支架，防止支架下滑倾倒。

后部输送机和架间6个防滑千斤顶，用于拉紧后部运输机，控制其下滑。当后部运输机下滑时，同时打开6个防滑千斤顶，将后运输机拉上。采用合理的回采工艺．如带压由下向上逐次移架等，充分利用工艺特点来提高整个工作面设备及系统的稳定性。

(2)顶板管理措施:严格控制采高。一般在2.2m。

提高支架初撑力，加大泵站的供液能力，保证支架供液压力，使支架动作迅速，缩短移架时问减少漏冒机率。采煤机组司机和支架工相互配合完成及时支护，顶板破碎地点采取超前移架。当工作面机头机尾倾角较大、压力集中、腮角破碎时，采用提前做腮角支护控制腮角顶板。

4.结语

大倾角工作面的开采支架的稳定性控制包括单个支架和相邻支架组的稳定性控制两个方面。其目的在于尽量降低不利因素的影响，有效提高支护系统的稳定性。

(1)合理地提高初撑力和工作阻力可有效地提高支架工作状态的稳定性，在支架设计时，应尽量选用较大缸径立柱。

(2)在井下条件允许的情况下+选用中心距1.5 m以上的支架。底座应在保证拉后溜千斤顶空间的情况下尽量加宽。

(3)保证支撑强度的前提下，尽量减轻支架重量，以提高稳定性。

(4)增加初撑力和工作阻力，降低底板比压。加大支架阻力必须确保支架与顶底板接触状况良好，以不破坏煤层底板为前提。■

【参考文献】

［１］赵国宏.轻放支架在大倾角特厚煤层开采中的应用［J］.河北煤炭,2005(2).

［２］侯社伟,刘西党,原钦领等.大倾角轻放工作面支架失稳机理的研究与防治［J］．煤矿开采，2001(3).

大倾角煤层群 篇3

宁夏红二煤矿位于宁夏回族自治区银川市, 设计生产能力2.4 Mt/a。该矿井可采煤层由上往下分别为4、5、8、9、10共计5层煤, 如图1所示。4煤下距5煤间距0.78~51.45 m, 平均间距13.18 m, 5煤距离下面8煤间距15.35~80.34 m, 平均间距37.92 m, 8煤距离下面9煤间距4.9~33.32 m, 平均间距20.68 m。9煤距离下面10煤间距1.24~22.10 m, 平均间距5.17 m。煤层倾角在15~18°。井田构造复杂程度为简单类型, 矿井水文地质类型为复杂类型, 各煤层瓦斯含量较低, 各煤层有煤尘爆炸危险性且均属于自燃煤层, 基本为正常地温梯度。

2 煤层群采区巷道设计方案比较

从该矿各煤层间距可看出4、5煤间距较小, 尤其在首采区多数间距仅2 m左右, 而9、10煤间距平均3.93 m, 8煤距离9、10煤也较近。煤层群采区设计对于煤层分组考虑了以下2个方案。

方案1, 集中布置方案:初期在5煤底板布置集中轨道上山、集中运输上山, 在5煤中布置集中回风上山, 由于首采区仅3~4个区段, 因此设计不考虑进行分组, 后期利用车场通过石门对下面的8、9、10煤进行回采, 首采区利用一组上山开采全部煤层。该方案剖面如图2所示。

方案2, 分组布置方案:考虑到4、5煤间距较近, 5煤和8煤距离相对较大, 8煤距离9、10煤较近, 而且8煤为薄煤层, 同9煤具有压茬关系, 因此设计把这5层煤划分为2组, 上煤组为4、5煤, 下煤组为8、9、10煤。初期在5煤底板布置上组煤11采区轨道上山, 在5煤底板中布置集中运输上山, 在5煤中布置上组煤11采区回风上山, 后期通过上组煤上部、下部车场往下组煤做石门, 然后在9、10煤底板布置下组煤轨道上山, 在9煤中布置下组煤回风上山、利用上组煤运输上山集中提煤。

分组布置该方案剖面如图3所示。

方案1 (集中布置方案) 与方案2 (分组布置方案) 经济技术比较如表1所示。

方案1主要优点:后期井巷可比投资低, 仅760.8万元, 投资较省。主要缺点: (1) 工作面与采区上山联系不便, 联络工程量大; (2) 采区划分较少, 采区接替准备过程中, 人员过多, 不利于安全高效生产。

方案2主要优点: (1) 工作面与采区上山联系便利, 联络工程量小; (2) 采区接替过程中, 每个采区中人员分布相对较少, 更加安全高效; (3) 通过在煤层中布置回风上山, 有利于探清楚煤层情况, 便于采区布置。主要缺点:后期井巷可比投资高, 比方案1高近270万元, 另外需增加轨道及回风下山、采区绞车房硐室等工程。

这2个方案初期考虑到煤层压茬关系, 均只能先开采4、5煤, 因此, 初期均在5煤底板及5煤中布置上山, 初期工程量相当。方案主要区别在后期, 方案1后期利用车场反向石门开采各区段, 联系工程量大, 而方案2则考虑另外布置轨道及回风上山。由以上比较分析可知, 方案2主要缺点就是需要增加轨道及回风上山, 但该方案减少了工作面与采区上山间的联系工程量, 联系方便, 且总体来看投资相差不大。

综合比较, 从安全因素考虑, 设计暂推荐方案2, 首采区拟利用分组开采, 4、5煤为上组煤, 8、9、10煤为下组煤。

3 巷道层位设计优化方案比较

对于3条上山层位, 设计将回风上山布置在煤层中, 有利于同回风巷道连接, 另外也有利于了解煤层状况;至于轨道上山, 由于巷道为一个角度有利于绞车提升, 另外从有利于中部车场布置考虑, 将轨道上山布置在底板中[1]。集中运输上山所处层位, 设计考虑布置在5煤底板中和5煤中2个方案, 这2个方案优缺点如下:

方案1, 集中运输上山布置在煤层底板中。

优点: (1) 根据钻孔资料分析, 煤层底板有一层相对稳定砂岩, 考虑到该巷道服务年限长, 达到53.7 a, 巷道布置在该层中, 有利于巷道维护; (2) 考虑到服务年限较长, 皮带布置在一个角度的巷道中, 有利于设备运行与维护; (3) 由于本矿为多煤层开采, 有利于布置溜煤眼, 各层煤统一搭接到溜煤眼上口, 上山开口少。缺点: (1) 初期巷道投资稍大, 约多190万元; (2) 施工工期长, 但是不影响整体工期。

方案2, 集中运输上山布置在煤层中。

优点: (1) 巷道投资较省, 约省190万元; (2) 施工工期短, 但不影响矿井整体工期。缺点: (1) 巷道布置煤层中, 不利于巷道维护; (2) 沿煤层布置巷道, 巷道角度不易控制, 不利于设备维护; (3) 设计中为了给集中运输上山来煤均衡, 且尽量少在上山中开口, 设置溜煤眼, 若上山布置在5煤煤层中, 不利于顺槽搭接, 不利于给煤机硐室施工。

通过比较, 虽然方案2投资较省、工期短1.2个月 (不处于关键路线, 对矿井建设工期没有影响) , 省约190万元, 但是因为集中运输上山服务年限长, 从巷道维护、设备维护及同顺槽衔接等方面考虑, 方案1具有一定优势。因此设计暂推荐方案1, 即将集中运输上山布置在5煤底板稳定岩层中。

4 结论

随着我国煤炭生产向西转移, 特别是宁夏地区为我国重点采煤区域, 越来越多新矿井存在缓倾角多煤层群开采问题。因此, 研究该类煤层赋存条件下巷道布置, 在矿井建设和生产实践中能够提高矿井运输效率, 减少投资, 缩短工期。同时为同类矿井提供了一定的参考。

摘要：针对宁夏红二煤矿缓倾角多煤层赋存条件, 通过对缓倾角多煤层群采区巷道布置及巷道层位的技术经济分析比较, 同时考虑施工方便、简单、安全生产运行等因素。研究分析结果实现了采区巷道布置优化, 提高采区运输效率, 减少工程量, 节省投资, 缩短建设工期等目标。

关键词：缓倾角,多煤层群,采区巷道布置,设计优化

参考文献

大倾角厚煤层开采技术研究与应用 篇4

国内大倾角厚煤层储量非常丰富, 而大倾角厚煤层开采发展水平远低于缓倾斜煤层, 且存在很多技术难题, 无论是开采设备与工艺, 还是围岩的控制理论与方法都存在很大问题, 常导致矿井安事故发生。因此, 要逐步完善与研究大倾角厚煤层的综合机械化开采技术, 以消除大倾角厚煤层开采的安全隐患问题。

1 大倾角厚煤层开采技术

1.1 水力采煤法

国内地下水力采煤主要是采用水枪射流破煤, 属于无支护采煤法。一般适用于稳定性差、埋藏复杂的急倾斜煤层。目前, 水力采煤存在很多缺点, 如:巷道掘进量非常大、采掘接替紧张、电力和水消耗大、煤炭回收率低、煤泥水的澄清和煤炭脱水困难、通风系统不完善及高压供水和煤水提升设备导致初期投入非常大。

1.2 中深入孔爆破放顶煤开采

采用这种方法, 工人无需进入回采工作面, 在巷道内可利用机具打眼、装药和放炮, 其设备和回采工艺简单。但顶板管理困难, 爆破后煤炭自溜容易混入大量矸石从而影响煤炭质量, 工作面推进慢和回采率低, 通风系统也比较差, 采空区易发生煤炭自燃。

1.3 巷道放顶煤开采

巷道放顶煤开采就是将采区煤层沿不同标高分为若干区段, 各区段高度为15 m~30 m, 在每个区段底部, 沿煤层走向布置一条巷道, 巷道两端与进、回风巷相连, 在巷道一侧按一定的距离向煤层中掘放煤小眼, 在放煤小眼内放炮, 使顶煤全部悬露, 在人工松动或自重作用下, 使顶煤全部垮落, 最后放煤。其缺点:煤炭采出率低、含矸大、通风困难、易积聚瓦斯、顶板无法控制及安全条件差等。适用于煤层倾角大于60°的中厚煤层[1]。

1.4 水平分层开采

在大倾角厚煤层的开采中, 常采用水平分层开采。其本质是以水平界面将煤层分为若干层, 在各分层布置回采工作面, 采煤工作面与煤层走向垂直并沿煤层走向推进。其缺点是:掘进率高、巷道维护量大且困难、假顶耗材大, 通风系统复杂通风效果差、运料困难、采煤效率低及不易机械化操作[2]。

2 案例分析

2.1 工作面概况

以A矿业3237工作面为例, 煤层平均厚度为10.69 m, 煤层倾角26°~43°, 普氏系数在0.7~1.0之间, 工作面构造简单, 煤层赋存比较稳定。工作面标高-1 002.1 m~-1 055.9 m, 相对瓦斯涌出量11.64 m3/t。基本顶以砂岩为主, 厚5.62 m;直接顶以泥质黏土岩为主, 厚5.46 m;直接底厚2.24 m, 以粉砂岩为主;顶板为中等稳定。

2.2 采煤方法与工艺

采用综合机械化放顶煤单一走向后退式开采方式, 顶板管理为自然垮落。采煤机型号为MG375, 刮板输送机型号为SGZ—730/320, 采煤机每割1刀进度为0.5 m, 采高约为2.4 m, 在工作面两端自开切口, 斜切进刀, 割煤后, 先移架, 后移前溜, 若顶板不稳则需超前带压移架。支架操作方式为上架操作下架。巷道布置情况见表1。

工作面设备装配情况见表2。

2.3 主要技术措施

2.3.1 液压支架及输送机的防倒和防滑

该工作面煤层平均倾角为35°, 为解决支架防倒与防滑问题, 保持支架稳定, 在液压支架顶梁和底座前端及尾部都安设了防倒千斤顶, 为保持推移千斤顶前端在架脚间的滑铁稳固, 在支架底座前端架脚间安设了导向块, 能起到输送机防滑作用。

同时, 为防止输送机打滑, 在后机上下机头安有防滑锚固装置, 溜槽与液压支架底座用防滑千斤顶, 溜槽间隔为4节。在工作面推进过程中, 若后部输送机下滑严重, 则可在此布设14个千斤顶, 防止其继续下滑并将输送机拉上来。

2.3.2 调整割煤工艺

采煤机在采煤过程中, 采用下行单向割煤, 上行提空刀并推进输送机, 采用上端头斜切进刀的工艺。其目的是为了防止输送机下滑, 采用这种割煤工艺不仅可解决甩煤伤人问题, 还可解决割煤耗时过长问题。

2.3.3 及时移架

为保持顶板稳定, 避免冒顶事故发生, 在工作面推进过程中要及时移架, 减少空顶滞留时间。作业时采取自上而下的移架方式, 在移架前伸出伸缩梁并打开拉把手, 接着收起前后架支柱, 在此过程中, 保持支架顶梁与顶煤相接触, 然后缓慢收回伸缩梁, 前移支架, 最后关上拉把手并升起支架。若需要停止移架, 采煤机需空刀上行, 将采煤机放在下滚筒距被移支架3组的位置。

2.3.4 均匀放顶煤

均匀放顶煤也是为了保持支架稳定, 防止顶梁局部冒顶而导致支架失稳和支架前端发生冒顶。因此, 在放顶煤时要由下向上多轮间隔放, 步距为1 m, 均匀放煤, 放煤量要适中, 让顶板均匀下沉。

2.3.5 工作面伪斜开采

将3237工作面调成伪斜, 使该工作面下端超前调为8°~9°的伪斜, 在与其它措施配合相互作用下, 可起到消除输送机与支架滑移的作用。

2.3.6 应用煤体固化技术

由于3237工作面顶板较为松软, 为防止支架梁端头角煤顶抽冒, 采用聚氨脂固化及水力膨胀锚杆技术, 对煤层进行了预处理, 提高了煤层的整体性和稳定性, 可避免冒顶事故发生, 促进安全生产。

2.3.7 瓦斯与煤尘综合治理

为防治瓦斯, 布置高位巷时, 应将其布设在工作面上覆岩层裂隙带内, 11号煤层具备这一条件。因此, 将高位巷布置在11号煤层内, 有利于更好地抽采瓦斯。具体措施就是开采前将管路铺设在抽放巷和与回风道上帮相关联的巷道内, 并加强瓦斯监测。

3 结语

综合机械化放顶煤开采技术在3237工作面开采的成功应用, 使工作面的日产量得到了很大提高, 并取得了良好的经济效益与社会效益。使通风状况和顶板控制得到了很大改善, 煤尘与瓦斯治理效果明显, 提高了采煤效率和采煤质量, 实现了大倾角厚煤层的高效安全开采。为复杂地质条件下大倾角厚煤层综合机械化放顶煤开采工艺的推广开辟了新途径和新思路。

参考文献

[1]蒲文龙.大倾角厚煤层开采技术研究[D].阜新:辽宁工程技术大学, 2005.

大倾角薄煤层综采设备配套技术 篇5

我国薄煤层资源丰富, 分布广泛, 占煤炭总可采储量的19%, 随着综采、综放技术在厚及中厚煤层中成功应用, 厚、薄煤层开采速度不相适应的矛盾日益突出, 薄煤层回采产量占总产量的比重越来越低。自60年代以来, 我国就开始对较薄煤层综合机械化开采技术与装备展开研究, 先后研制并生产了多种薄煤层工作面综合机械化开采成套装备, 解决了煤厚下限1.2m的薄及较薄煤层的综合机械化开采装备。但采高下限1.0m、煤层倾角大于35°的大倾角薄煤层开采, 目前仍主要采用炮采, 开采效益差, 主要原因是由于在狭小作业空间和大倾角煤层条件下, 一些关键性技术及装备没有很好解决, 比如大功率采煤机机面高度、机身厚度 (主要由截割电机直径决定) 、过煤空间三者之间的矛盾, 三机配套、行人空间、设备防倒防滑、工作面防煤矸下窜以及端头支护等关键装备和技术问题。为提高大倾角薄煤层的机械化开采水平, 必须研发适应此类煤层条件的大功率、高可靠性新型装备、解决三机配套和回采中的关键技术。

2 大倾角薄煤层综采关键设备的结构特点及配套原则

2.1液压支架的结构特点

液压支架是综采工作面的核心设备, 应具有良好的结构功能和支护性能, 能及时维护顶板, 防止端面顶板的冒漏, 同时有效支撑顶板, 适应煤层的赋存条件和矿压特点。与中厚及厚煤层相比, 大倾角薄煤层液压支架以减轻重量、降低工作阻力、提高稳定性及防倒防滑能力为主要技术控制指标。

液压支架架型首选两柱掩护式综采液压支架, 推溜、移架机构完善, 人行通道大。四连杆机构为双前连杆单后连杆, 抗扭能力强, 稳定性好, 安全可靠。支架底座为整体式刚性底座, 底座前部用厚钢板过桥连接, 后部用箱形结构连接, 底座中后部底板敞开, 便于浮煤及碎石排出。大倾角条件下液压支架的底座宽度应尽可能大, 前端设计为大圆弧结构, 既有利于防倒防滑, 也有利于防止移架时啃底。项梁和掩护梁均带有双侧活动侧护板, 侧护板既可对工作面起到密封作用, 防止工作面漏矸, 又可用于调架, 防止支架倾倒。为了保证支架、采煤机配套时的过机高度在采高0.9m时不小于0.2m, 在降低采煤机机面高度的同时, 要采用高强度板材减小液压支架的顶梁厚度。

薄煤层综采工作面由于支架重心低, 支架稳定性较好, 同时受空间限制, 支架倾倒几率减小, 但随煤层倾角的加大, 设备下滑风险将加大。因此大倾角薄煤层综采工作面实现高效开采的关键在于工作面设备防滑。大倾角综采工作面防滑主要有2种方法, 一种为工艺方法, 主要采用工作面伪仰斜布置, 单向割煤、推溜、移架, 控制排头支架等;另一种主要在支架与刮板输送机之间设置防倒防滑装置。前者的最大问题是工艺复杂、工作面管理困难、工时利用率低, 因此后者是根本上解决工作面设备下滑的关键。

工作面设备防滑技术的主要内容有: (1) 输送机的防滑:以工作面液压支架为依托, 在液压支架底座前端设置调推千斤顶, 通过该千斤顶向上顶推推杆来达到防止工作面输送机下滑的目的。该技术的防滑装置每架液压支架上设置l套, 除了移本架的时间外, 其余时间该装置都将输送机可靠顶住防滑;移架时, 若本节输送机中部槽微量 (间隙) 下滑, 支架移到位重新支撑好后, 该装置也能将其往上复位。 (2) 支架的防滑:在每架支架的底座上设一调架梁, 调架梁前后端各有一千斤顶, 它主要作用是支架不正时, 可通过它上下移动底座前端或后端来调整。另外, 由于调架梁占位, 减少了架间间隙, 因而还有限制下滑的作用。 (3) 排头支架的防倒防滑:排头第1、2架的支架状态至关重要, 是日常管理的重点。由于煤层倾角大, 运输巷上帮通常要比下帮高, 煤层倾角又是变化的, 为适应这一特点, 专门设计两架横式端头支架, 该支架与掩护式液压支架相似, 但顶梁朝向工作面, 与工作面支架垂直, 顶梁能与顶板良好接触。为适应工作面支架与端头支架顶梁间的位置变化, 端头支架顶梁前端有一伸缩量为1.0m的活动顶梁。两架端头支架前后设置, 互为支点, 迈步移架。

2.2采煤机的结构特点

增大采煤机装机功率, 可以扩大其使用范围, 强行通过各种不利的地质条件, 同时又是高可靠的保证。装机功率在一定程度上反映了采煤机的研制水平, 从国内外薄煤层采煤机发展趋势看, 装机功率越来越大。受垂直空间的限制, 需要研究如何在较大功率电机尺寸限定的情况下选择更加合理的机身布置。

代表性的机身布置方式有爬底板、骑输送机和悬臂三种方式。骑输送机方式的采煤机与悬臂、爬底板布置的采煤机相比, 稳定性和对底板的适应性都要好, 因此大倾角薄煤层开采宜选择骑输送机的采煤机。为了解决机面高度、机身厚度与过煤空间三者之间的矛盾, 采用全新的机身布置方式, 充分利用输送机铲板上方的空间, 首次采用将截割电机纵向布置在摇臂的煤壁侧, 既避免了截割电机、牵引电机和齿轮传动系统对过煤空间的影响, 又有效降低了机面高度。牵引方式采用内牵引, 通过输送机销排反向布置于槽帮侧面, 降低销排的中心高度, 为导向滑靴留出了空间, 具有较大的过煤空间, 增加对煤厚变化的适应性。为了尽可能缩短机身, 降低机身高度, 电控部分采用非机载布置方式。

采煤机的装煤效果与滚筒直径有密切关系, 滚筒直径越大装煤效果越好, 薄煤层采煤机滚筒较小, 为了改善装煤效果, 将滚筒向采空区一侧靠拢, 减少煤壁到输送机中心线的距离, 同时截割部壳体与输送机槽帮间底侧装煤口很小, 煤只能通过左右滚筒向里旋转, 将煤从采煤机前后两端抛甩至输送机内。大倾角条件下采煤机通过运输机上的销轨防滑, 前后行走齿轮均能制动, 只要其中一个的制动力就能实现可靠制动, 因此, 只要输送机防滑可靠, 采煤机以它为依托的防滑十分可靠。在大倾角薄煤层条件下, 人员跟机十分困难, 要求采煤机实现分段遥控, 以降低司机的劳动强度, 避免司机在工作面爬上爬下。

2.3刮板输送机的结构特点

大倾角薄煤层工作面煤炭本身存在自溜倾向, 对刮板的运输能力要求不高, 采用单电机驱动, 位于工作面上巷侧, 实现输送机的回链, 下巷一侧是简易链轮装置, 空间大, 便于实现与转载机的搭接过渡, 有利于减少两巷的端头维护工程量, 增加对工作面长度变化的适应性。因是大倾角薄煤层工作面, 上顺槽底板与工作面之间存在一个台阶差, 运输机机头放在顺槽中有一个落差问题, 因此要求设计一个与运输机机头相配套的三脚架, 机头坐于其上, 与工作面处于同一个平面, 便于运输机运行及采煤机割煤。电机减速机采用垂直布置方式, 有利于解决大倾角条件下减速器润滑可靠问题, 也利于防止轴向窜动。减速机采用体积小、结构紧凑的圆柱齿轮行星减速器。刮板链采用中双链形式, 刮板采用斧头式结构, 横梁连接, 可延长使用寿命, 减少溜槽的高度, 空载功率小。中部槽采用铸造槽帮封底结构, 以消除底链 (刮板) 上行刮槽底浮煤等产生的推力。中部槽之间采用哑铃销连接。输送机销排采用反向布置于槽帮侧面, 以降低销排的中心高度。

3 大倾角薄煤层综采试验

3.1试验工作面概况

重庆煤业集团南桐煤矿7507上段工作面平均埋深550m, 走向长度150m, 斜长200m, 煤厚0.65～1.1m, 煤层结构简单, 煤层倾角35°～40°, 直接顶为1.58m钙质页岩, 老顶为1.92m石灰岩, 直接底为8.34m黏土及砂页岩, 属较软底板, 老底为4.74m石灰岩。该工作面为保护层工作面, 构造复杂, 属煤与瓦斯突出区域。

3.2应用效果

7507上段工作面自2009年2月投产使用以来, 劳动组织为两采一准。由于该工作面属保护层开采, 且构造复杂, 需要在回采过程中对煤层进行打钻孔抽排预处理, 对回采影响较大。工作面采用双向割煤, 上行跟机移架, 下行分段自下而上移架, 每班保持2个循环, 每个循环0.6m, 月产达到1.8万t, 取得较好的经济效益。

4 结束语

根据以上技术措施和配套原则, 开发出大功率薄煤层采煤机、适应大倾角的液压支架和薄煤层矮槽帮中双链刮板输送机, 满足了采高下限1.0m、煤层倾角大于35°大倾角薄煤层的三机配套要求, 实现了大倾角薄煤层安全高效综合机械化开采, 具有良好的推广应用前景。

参考文献

[1]章立强, 黄国旺.MG 100/238-WD型薄煤层电牵引采煤机的研制[J].煤矿机电, 2007 (3) .

[2]周邦远.华蓥山矿区急倾斜煤层综采技术试验[J].煤炭科学技术, 2008 (7) .

[3]宁桂峰, 杜忠孝.大倾角极薄煤层综采设备配套及液压支架设计[J].煤矿开采, 2009 (2) .

大倾角薄煤层回采技术浅谈 篇6

1 2028工作面现状

1.1 地质概况

2028工作面煤层厚度为0.8~1.8 m, 平均1.4 m, 煤层倾角18°~22°, 平均20°, 实际回采过程中受地质构造影响, 采面煤层多次出现只有一条煤线的时候。煤层直接底为黑色粘土岩, 伪顶为灰褐色粘土岩, 直接顶为灰色粉砂岩, 致密, 均一, 水平层理发育。

1.2 巷道布置

工作面上风道采用10.4 m2的金属拱形棚子支护, 下运道采用锚网支护, 两顺槽落差平均27 m。

1.3 回采工艺

东欢坨矿各薄煤层均采用走向长壁后退式综合机械化采煤法, 以自然垮落法管理顶板, 采煤机端部斜切进刀, 双向割煤, 往返一次割两刀, (调溜子时采取单向割煤, 单向移溜往返一次割一刀) 。工艺流程为:割煤→伸前探梁→移架→顶溜。

2 工作面的优化设计

2.1 勘探设计

由于综采工作面设备多且重量大, 搬运困难, 对复杂的地质条件适应性差。为使生产均衡稳定, 取得最大的经济效益, 对2028工作面充分利用现有的安全高效的地质保障手段, 采用了无线电坑透、直流电法测水以及打钻探放水等综合手段探明回采区域内的地质构造, 将影响回采的构造在设计中进行优化, 以达到减少对工作面回采影响的效果。

2.2 巷道布置优化

为避免2028工作面内地质构造、断层等的影响, 确定工作面的走向可采长度为644 m, 倾斜长度81.5 m。为保证工作面有效防治水两顺槽均为向回采方向5°下山布置。

2.3 设备优化

采面选用的MG200/500-AWD型采煤机虽然是薄煤层采煤机, 但为适应更薄煤层的需要, 将原有1.4 m滚筒改装为1.2 m滚筒。ZY2800-10/23型掩护式支架与厂家合作, 架前加装430 mm长的伸缩式前探梁, 能够及时有效的支护顶板, 防止冒顶事故发生, 并且采面支架安设有防倒防滑装置, 头组支架安装有防倒千斤顶。

3 回采过程中遇到的主要问题分析

3.1 采高控制

在整个工作面的回采过程中总的原则为:沿顶板回采, 煤薄时 (1.0~1.6 m) 适当打底, 当煤层厚度小于1.0 m时, 就必须打底挑顶, 使用采煤机与响震动炮结合的方式落煤。但无论哪种情况都必须控制采高在1.6 m以上。有人会说采煤机1.2 m滚筒完全可以将采高降到1.4 m回采, 理论上可以, 但实际回采过程中是行不通的, 如果煤层沉积稳定, 1.4 m厚的煤, 无顶底板起伏、断层等任何构造影响, 采1.4 m没问题。但采面煤层变薄时, 都是由这些地质构造影响的, 煤层变薄时, 降低了采高, 当煤层变厚成地质构造变化时, 需要调整采面上飘、下刹时, 采高不够1.6 m就行不通了, 就好比井下巷道在弯道时就要加宽的道理是一样的。所以薄煤层回采时, 必须控制好采高, 使支架有一定的仰角, 随时能够调整采面上飘、下刹, 千万不能出现调整采面时采煤机过不去的笑话。

3.2 采煤机割煤与支架工移架密切配合

在薄煤层回采时, 采煤机司机必须与支架工密切配合, 否则将影响生产。采煤机司机割煤时, 必须刀刀挑顶, 割至与支架平齐, 并且必须将煤壁侧浮煤扫干净。否则, 支架拉过去梁头下闷了, 或溜子飘起了, 都会造成下刀采煤机难以通过的困难。支架工在移架时, 梁头不能下闷, 保证支架有一定的仰角 (7°) 。若移架困难时, 必须等待采煤机串刀, 将顶板割平后方可移架。采煤机割过煤后, 采取追机移架, 追机距离不小于6 m。支架移完后, 顺序顶溜。

3.3 采面支架防倒与防止输送机上窜下滑

大倾角综采工作面支架防倒以及防止输送机上窜下滑时日常技术管理最常见的问题, 也是影响安全生产的重要问题。支架与输送机互相制约, 往往输送机下滑牵动支架下滑, 从而损坏支架推移装置。支架倾倒, 架向不正也往往造成输送机下滑, 导致输送机机头不能与转载机良好的搭接运煤。所以, 大倾角综采工作面必须采取有效措施, 防止此类事故的发生。在东欢坨矿多个薄煤层成功回采中主要采取以下措施:

3.3.1 伪斜开采

这是大倾角工作面一贯采用的方法, 就是采用机头超前, 伪倾斜回采, 使顶溜时输送机的上移量与下滑量相抵消, 保证输送机沿走向推进, 具体计算如下。

我们先假定一个煤层倾角α, 当倾角为α时, 采面设备刚好不下滑。假设工作面输送机、液压支架、采煤机等设备总质量伪M, 煤层底板对金属的摩擦系数为μ=0.35。

即;当煤层倾角大于190时, 采面输送机就会自动下滑, 如果考虑采面淋水等条件降低摩擦系数因素, 这个角度将小于190。

经过多个工作面的实际摸索, 发现下运应有的超前量一般为工作面上下顺槽落差的一半。但是, 当两顺槽的落差随地质条件变化而变化时, 超前量也不是固定不变的, 随落差变化适当调整, 否则容易造成输送机上窜下滑。

3.3.2 防倒防滑措施

按照常规做法, 工作面调伪斜后, 采面支架架向控制难度加大, 必须每刀保证架向垂直于输送机, 加大了支架工的操作难度, 所以往往采用适当减小超前量并加以防滑设施综合方法控制输送机下滑。

3.4 输送机机头与转载机的合理搭接

薄煤层工作面虽然采面高度很低, 但顺槽高度不能低, 尤其下顺槽。以东欢坨矿2028工作面为例, 下运道采用锚网支护, 沿板掘进, 出现了输送机机头与转载机搭接过高的情况。

由采面输送机落下的煤形成抛物线落入转载机, 所以就要求采面输送机机头与转载机在水平方向上不能搭接而是留有一定余量。否则, 由采面输送机卸下的煤不是落入转载机, 而是落入人行道。在实际回采过程中, 必须控制好机头伸出煤壁长度及根据输送机机头与转载机搭接高度, 控制好两者之间的距离, 良好接煤。

4 结语

大倾角厚煤层柔掩支架采煤技术 篇7

伪斜柔性掩护支架采煤法是我国目前开采急倾斜煤层的主要方法之一, 而双阳煤矿15#煤是该矿的主采厚煤层, 由于-230m水平15#煤倾角较小、煤层较厚, 这种情况下使用柔性掩护支架采煤法在国内无成功的经验可借鉴。该矿多年的生产实践证明:煤层倾角的大小对伪斜柔性掩护支架采煤法有很大的影响, 当煤层倾角小于55o, 支架容易切入底板, 下放较为困难。单腿助单腿支撑实现支架在大倾角煤层 (35o~55o) 的顺利下放。根据《煤矿支护手册》关于柔掩架型选择认为:支架宽度为煤层平均厚度1m。长将架宽定为2m, 采用柔掩侧向放煤技术解决了厚煤层一次采全高的问题。

2 工程概况

煤层赋存条件:-230m, 水平15#煤为单层结构, 厚度较稳定, 平均4m, 倾角平均45o, 伪顶为厚0~0.8m较软炭质岩, 随采随落;老顶为厚15~20m砾岩;直接顶为厚25m左右粉细砂岩;底板为厚20m左右的粉砂岩, 夹煤线2~3层。地质构造:在本区内, 东三西至中背斜轴煤岩层走向在165o~190o之间, 东三东至超龄向斜轴煤岩层走向在90o左右, 倾角43o~85o, 在两侧边界中背斜和超龄向斜轴附近煤岩层可能倒转, 岩层受挤压比较破碎。

3 伪倾斜柔性掩护支架采煤法

伪倾斜柔性掩护支架采煤法的特点是回采工作面成直线形, 按伪倾斜方向布置, 沿走向整体推进, 掩护支架是柔性的, 支架隔离采空区和回采空间, 工作人员在掩护支架的保护下进行采煤工作。

3.1 巷道布置

岩石底板巷掘反眼到见煤点, 向同一方向掘进若干条煤巷上山 (即溜煤斜坡) , 各山之间用若干条煤层斜坡联络, 煤层斜坡间距为20~30m, 上山与斜坡的坡度均为23o, 形成回采条件。在边界溜煤斜坡上向反方向掘进安装柔掩护工作面, 其它溜煤斜坡与柔掩工作面掘透。

3.2 支架架型设计

支架的架型设计既要考虑到适应煤层倾角、厚度的变化, 便于支架下放, 又要考虑尽量提高煤炭回收率和支架在以后工作面的重复利用, 还要考虑到工作面支架下要有足够的空间, 便于工人操作。根据本工作面煤层赋存情况和产状及顶底板岩性, 架型采用11#工字钢加工而成的“八”字型2m的矿制柔性掩护支架。

3.3 回采工艺

伪倾斜柔性掩护支架采煤法的回采工艺主要有支架安装、支架的下放以及支架拆除3个环节。正常回采时工作面倾角23o, 沿煤层伪斜布置, 沿走向推进。正常回采期间主要有3项工作同时进行:在区段回风平巷内不断接长掩护支架;在工作面下端不断拆除掩护支架;在工作面掩护支架下采煤。掩护支架工作面目前一般采用爆破落煤, 所以掩护支架工作面采煤包括打眼、装药、放炮、铺溜槽出煤和调整掩护支架等工作。

4 伪斜柔掩支架采煤关键技术

4.1 单腿支撑迈步柔掩支架采煤法简介

根据本工作面煤层赋存情况, 该面采用支撑式柔性掩护支架。单腿支撑式掩护支架的形式是在支架走向钢粱上每隔1m支设一棍柱 (即单腿支撑支柱) , 将架体提起, 下肢悬空, 以支点为轴, 在矸石压力作用下, 支架下移, 上肢端头移向顶板, 借助单柱支撑, 在煤层倾角为40o~50o时实现柔性掩护支架的迈步式下放。掩护支架下放的过程运动轨迹:工作面地沟眼偏煤层底板-侧布置, 爆破后铺溜槽先出底板-侧的煤, 挂溜槽后用长把工具除掉顶板-侧煤帮 (顶煤硬时爆破或用风镐放落) 。支架顶端失去支撑时, 在架后采空区矸石的推动下, 单腿以下支点为圆心, 顶起支架转动-个角度, 直到支架顶端靠到煤帮上, 到达指定位置, 支架下端和单腿支撑于指定点。再去掉单腿, 掩护支架下端落到底板上, 居指定位置下落到指定点, 最后适当清理上端煤壁、调整支架, 使其上端由起始点到最终点, 使支架在最终的状态与下放前相同, 再支单腿, 这样就完成了一次迈步式下放。

4.2 柔掩侧向放煤技术

4.2.1 使柔掩工作面支架的下肢逐步扬起, 并在下肢上每米打一根木

支撑来保证支架的稳定, 沿工作面伪倾走向每隔5m布置一个侧放煤口, 宽2m并在放煤口挡好封塘木。

4.2.2 工作面每推进三循环 (即溜煤斜坡下推63m) 便开始在沿着工作面靠实体煤-侧煤帮部开一放煤口, 进行一次侧放煤。

第一轮放煤将煤量放出60%, 第二轮将煤量放出40%左右, 为了提高回采率。可在2个放煤口之间, 增开一放煤口将原来两放煤口之间的“死煤”进行补放。

在回采过程中, 要确定合理的放煤步距。首先, 认为放煤理论与金属矿的放矿理论相似;其二, 认为煤的塌落是一个椭球体;第三, 设定放煤方案, 即单轮顺序放煤、多轮顺序放煤、单轮间隔放煤。在放煤实践中, 放煤步距逐次定为1.2、1.5、2.0、3.0m等。经试验认为:每采两个循环即放煤一次, 放煤口间距5.0m, 每口最多放煤量300t。

5 生产中主要问题及处理方法

5.1 支架挂顶或啃底问题

如支架已挂顶阻碍了支架下放, 可用打眼放炮崩去顶板岩石, 并使嵌入顶板一端的下放步距大于另一端, 控制下放步距, 架子恢复正常;如支架已啃底阻碍了支架下放, 可用打眼放炮崩去底板岩石, 并使嵌入底板一端的下放步距大于另一端, 控制下放步距, 架子恢复正常。

5.2 窜矸问题

发生窜矸事故的处理方法:把窜矸处的空洞用笆片或木料堵上, 并采取相应的措施, 使支架在下-循环下放时落实在顶底两帮的煤台上。若为钢梁间窜矸, 可根据具体隋况, 用笆片、木料或型钢插堵并用铁丝固定。如果架端空洞面积较大除用笆片、木料堵塞外, 还可以每间隔一定距离用木梁或点柱支撑。

5.3 顶底板凸起不平问题

当支架上肢切到顶板或遇到顶板突然凸起时, 支架落架困难, 此时, 采用的处理方法为:先用千斤顶向底板方向顶架, 然后打一加强支柱支撑下肢, 再用煤电钻破掉凸出的顶板, 慢慢落架使支架达到正常工作状态。

当支架下肢切到底板突然凸起时, 先用千斤顶向顶板方向斜顶架, 使下肢离开底板, 然后用加强支柱支撑上肢, 再用煤电钻破掉凸起的底板, 或用导链拉下肢, 慢慢落架, 使之进入正常支护状态。

5.4 断绳故障与绳头抽头处滑移

处理方法:用一根10m长的钢丝绳加固在断绳或绳头滑移处, 两边各用3~5个绳卡子卡紧。

参考文献

[1]降栖凤.急倾斜煤层开采[M].北京:煤炭工业出版社, 1994, 9.

[2]邢福康.煤矿支护手册[M].北京:煤炭工业出版社, 1993, 6.

[3]煤炭科学研究院, 煤矿覆岩破坏规律及其应用[M].北京:煤炭工业出版社, 1981.

[4]汪理全, 煤层 (群) 上行开采技术[M].北京:煤炭工业出版社, 1995.

浅析大倾角煤层综采中的基本问题 篇8

关键词：倾角煤层,综采,稳定性控制

大倾角煤层的埋藏倾角一般超过了35。, 而我国大倾角煤层储量在煤炭总储量中占有着14%的份额, 分布于广东、甘肃、福建、东北等地, 在全国煤炭总产量中, 有着10%左右的年产量。但我国总体的大倾角煤层开采总量并不乐观, 支架严重挤、咬等问题不得不迫使结束整个开采活动。而大倾角煤层综采的不利, 很大程度上就是一些基本问题所造成的, 为此对这些基本问题进行处理, 对大倾角煤层综采技术的有效实施有着巨大的意义。

一、矿压显现和岩层移动的特征

1破断顶板垮落后, 沿底板至工作面下部采空区形成岩块的滑、滚现象, 以长壁开采为走向时, 不均匀充填特征会在工作面线长方向有所形成, 因而在工作面的不同区域中, 会有不同矿压显现的发生, 而一般来说, 与下部情况相比, 中上部矿压显现的整体情况更为剧烈。

2不只是顶板垮落会出现破坏滑移现象, 大倾角煤层底板同样也会出现这一问题。与底板破坏滑移的速率和趋向相比, 如果顶板垮落的速率和趋向与之发生较大差别时, 会导致工作面系统的失稳现象, 而“底板-支架-顶板”系统的失稳又是一种灾害性事故。

3倾角增加的不断变化, 会对重力的切向和法向分量造成一定的影响, 一方面, 在此种影响的作用下, 重力的切向分力会有所增大, 而另一方面, 重力的法向分力则会不断减小。所以, 在这种情况下, 工作载荷在工作面支护系统上的作用力也会逐渐变小, 这样一来, 就会加大支护系统失稳的外载, 进而使架间挤、咬和工作面支架滑、倒的现象逐步加剧。为此, 在控制工作面岩层时, 支护系统工作阻力的提高并不是重点内容, 更为注意的应是支护系统稳定性的不断加强。

二、大倾角煤层综采技术

1“支架-围岩”的关系

在实际工作中, 谈及的采场“支架-围岩”相互作用体系与“老顶-直接顶-支架-底板”系统等同。而在系统当中, 围岩与支架不仅存在着相互作用的关系, 同时也存在着相互影响的关系。一方面, 支架的承载特性与工作状况受围岩运动状态的影响, 而另一方面, 控制围岩稳定性的效果也会受支架工作状况的严重影响。为此, 就要认识“支架-围岩”之间的联系, 将其作为共同承载、相互作用的力学体系, 对“支架-围岩”的关系进行科学的调节和处理, 这也是有效实施大倾角煤层综采的关键问题。另外, 整个支护系统在工作面中, 对于采场安全生产的控制, 是选用液压支架的结构物进行的, 而这也是围岩稳定性得到控制的重要手段。

2支护系统稳定性控制

在支护系统当中, 工作面支护对象是直接顶岩层, 而老顶的活动通过直接顶受到间接的控制作用。支架在整个支护系统中不是孤立存在的, 在围岩组成的支护体系中, 支架形成的支护体系的整体稳定性和工作面顶底板有着密切的联系。

(1) 顶板稳定性

对于工作面顶板压力而言, 其受老顶岩层的影响是由直接顶的厚度决定的, 老顶与煤层的距离越远, 形成的直接顶厚度就会越大, 而缓慢下沉式平衡在破断后形成的概率也会有所增大。如II466工作面直接顶厚度一般为13m左右, 正是由于这种较好的顶板条件, 以一种天然的保障控制着支护系统的稳定性。另外, 工作面的不断推进, 在顶板来压时期, 支架的稳定性与破断岩块的重量之间的关系就为反比例关系, 也就是说, 直接顶跨落岩块的范围不断增大, 在支架上施加的荷载也就会不断增大, 这样一来就严重影响了支护系统的稳定性。在顶板来压期间, 必须对支架的工作阻力和初撑力进行增加, 才能促使支护的到位;顶底板与支架基本垂直, 迎山角一般控制在3。-5。范围之内, 避免退山现象的发生, 同时促使与顶板之间的严密接触, 不能有“线接触”的出现, 避免空顶;在移架时一次性完成, 顶板的反复支撑必须去除。

(2) 支架

对于支架结构及参数的认识极为重要, 其对支护系统稳定性的影响也是较为显著的, 包括支架重量、支撑高度、支架底座宽度、工作阻力、初撑力等。其中, 在支架的工作阻力和初撑力方面, 依据支架的受力状况进行分析, 促使对支架下滑的有效控制, 就必须以支架整体稳定性的提高作为出发点, 确保支架具备较好的初撑力, 与此同时, 对工作阻力进行有效运用。某矿II466大倾角工作面, 选用的支架型号是ZY6000/18.5/38, 该支架的初撑力与工作阻力分别等于3524k N、4400k N, 顶板压力的要求能够被支护的强度满足。支架初撑力的提高, 必须确保支架的整体状态完好, 避免自动卸载、串液、漏液等现象的发生, 并对供液管路进行及时的检查, 促使泵站压力损失的进一步减少。就支撑高度与支架底座宽度方面, 支撑高度越低, 支架底座就会越宽, 也会形成较好的稳定性。在现场中, 能够采取的措施包括:支对架底座面积进行增加, 良好接触煤层底板与支架, 一方面促使底板对支架支撑力的合理分布, 一方面, 在支架工作阻力加大的同时, 确保煤层底板的完好;对采高进行严格的控制, 采煤高度一般控制在3.3m左右, 确保顶板割平, 且顶板点与支架顶梁不能接触。由于支架稳定性与重量的关系是反比例关系, 只要支护强度能够满足特定的要求, 就要对支架的重量进行控制, 促使其稳定性的不断提高。如果工作面支架的选型已经完备, 支架重量改变起来较为困难, 就要在回采过程中对推进速度进行增加, 可将每班采2刀增至采3刀, 避免支架长时间的受到破断直接顶荷载的影响。

(3) 底板稳定性

当开采大倾角煤层后, 会使工作面顶板岩层发生较为严重的破坏和移动现象, 与此同时, 沿工作面倾斜方向, 底板岩层也会向下滑移。而底板发生的破坏和滑移对大部分支架的影响都非常严重, 使其理想的支撑基础失去有效作用, 这样的状况之下, 支护体系刚度就会受到破坏, 而支架失稳破坏的趋势也会有所增强。对于底板的破坏, 主要的影响因素包括支架与底板岩层间的摩擦、煤层倾角等。一般来说, 工作面煤层倾角较大时, 底板的破坏、滑移和失稳趋势就会有所增强。在底板摩擦因数方面, 摩擦力越大的情况下, 支架的抗滑力就会越来越小。对此, 促使底板摩擦力的不断提高, 可在采煤机割煤后, 对工作面的浮煤进行及时的清理, 否则在浮煤的作用下, 支架底座与底板之间的摩擦力就会有所减小;对顶板淋水的处理必须及时, 支架乳化液管路、各部位密封情况也要得到定期的检查, 否则在水的作用下, 底板摩擦系数就会不断降低。

结语

对于大倾角煤层综采而言, 最为关键的问题就是工作面支护系统的稳定性。煤层倾角的不断增大, 促成了上覆岩层重力的切向分力不断增大, 与此同时, 上覆岩层重力的法向分力则会不断减小, 而由此引发的支护系统失稳对煤层的综采非常的不利, 这就必须对煤层综采中出现的而一些问题进行处理, 才能有效促使大倾角煤层综采的实施和生产。

参考文献

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