大倾角综采薄煤层工作面回采实践

王玉武,浑宝炬

(1.河北联合大学资源与环境学院,河北唐山063009;2.开滦东欢坨矿,河北 唐山064002)

0 引 言

开滦东欢坨矿业公司位于河北省丰润县境内,属于开平煤田车轴山向斜,为冲积平原地形,地面标高+20m,现矿井含经济可采煤层4个,分别是8、9、11、12-1。矿井目前年生产能力为300万吨/年。几年来,公司是按照集团公司制定发展方向,逐步由基建型矿井转向生产经营型矿井。矿井回采工艺由比较落后的炮采工艺,被技术水平较高的综采机械化回采工艺所取代,充分发挥了机械化的优势。在11,12-1薄煤层中应用薄煤层综采配套设备的回采实践中,通过现场实践与理论相结合,在东欢坨大倾角薄煤层综采方面取得了一些回采经验和方法,使大倾角薄煤层综采技术在生产过程中广泛应用,发挥了明显的技术优势和经济效益[1-3]。

1 概况

1.1 地质条件

东欢坨矿薄煤层回采工作面的主要布置11、121煤层,两煤层均为稳定可采煤层,煤层厚度在1.2～2.3m之间,结构简单平均倾角在23°～25°之间,局部在回采过程中达到过28°以上,工作面在回采过程中主要受煤5顶板强含水层影响和奥灰水影响。此外,工作面内的断层、褶曲构造也是影响回采的主要问题,表1。

表1 11煤层顶底板特性

1.2 工作面设备配套情况

支架:ZY 2800-10/23型支架;

支架初撑力:1784～2180kN;

支架工作阻力:2800～2288kN;

工作面运输机:SGD730/264中双链刮板输送机;

采煤机:MG200/500-AWD型双滚筒采煤机,如图1。

图1 薄煤层综采三机配套

1.3 工作面回采状况

通过该套设备目前在矿北一、中央采区已回采薄煤层工作面12个,充分发挥了设备的优越性,设备问题较少,维护量小。

2 工作面运输系统设备管理

2.1 运输设备管理

综采工作面运输设备是生产正常进行的重要环节,其中任意一环出了问题,整个生产系统都将停顿,所以说把好运输系统是工作重点。

2.1.1 综采工作面必须有完善、严格的检修制度,真正落实“包机制”,做到真正的检修到位,把主动养护设备作为设备完好使用的基础工作。

2.1.2 综采工作面运输设备的“以双保单”工作要落实到实际当中去,备品备件要充足到位,是减少生产班机电事故处理时间较长的有效手段。

2.1.3 加强生产班运输人员的管理和培训,提高他们发现问题,解决问题的能力。

2.2 机电技术人员的培养

3.2.1 建立完善的机电检修技术人员的培养工作,真正做到一专多能。

3.2.2 现场管理人员要懂得基本的机电知识和机电事故的处理方法。

3 工作面液压系统的管理

3.1 抓好乳化液泵的管理,根据实际选择配套的乳化液泵,保证工作面支护设备能够达到额定的工作压力;乳化液泵的使用严格按规章制度进行运转、保养和检修。

3.2 供液管路要清洁、安全可靠,各种液压阀片和阀组要杜绝跑冒滴漏的问题,供液要实行闭式回路,增设过滤装置,减少各种杂质混入。各种液压备件建账统一管理和使用。

3.3 工作面液压设备要有充足的备件,特别是易损件的配备要齐全。

4 工作面的防治水

东欢坨矿采用薄煤层回采工艺所采的工作面在回采过程中,基本都来出现了不同程度上的工作面涌水,包括顶板水,也包括底板水,给生产带来一定影响。

4.1 工作涌水的基本特征

4.1.1 工作面涌水基本是随工作面顶板初次垮落时产生的,一般顶板垮落为8～12m左右,即工作面推出切眼达到此距离后,工作面涌水必然下来。

4.1.2 工作面涌水在采区水平投产的首个工作面,涌水比较大,瞬时达到3.5 m3/min,在向上连续布置的工作面,涌水逐渐向稳定阶段过渡,至近回风水平阶段工作面主要以淋水为主,对工作面不会形成威胁。

4.2 工作面涌水的防治

4.2.1 工作面在初采开始前要布置好排水设备,排水设备的工作能力要根据地质水文预测的最大涌水量来布置,并考虑一定的安全系数,设备布置要考虑巷道长度、高差等方面的内容,必须采用双回路的排水电源。

4.2.2 工作面设备要调整至机头超前机尾一定量,以达到工作面涌水从老塘主流的目的,减少工作面涌水冲涮支架架脚,造成倒架,於埋排水设备。

4.2.3 在必要时可以在工作面转载机与皮带之间加铺中部槽带眼或漏筛的输送机,以达到水煤无法直接到皮带,减少皮带拉水煤,造成跑偏、断带事故的发生。

5 工作面回采调整和控制

5.1 工作面的割煤方法

工作面割煤的方法有多种,但针对不同煤层特点和采面地质条件,选择合适的割煤方法是非常必要的。

5.1.1 单向下行割煤

我们在针对11、12-1煤质中硬性脆的特点上,基本采用端部斜切进刀双向割煤和单向下行割煤的混合式割煤方法,在不断实践中,在顶板不稳定,煤体松软条件下,通过必要的单向下行割煤,其优点是:

1)解决了大倾角条件下向上割煤时,煤块易滚落伤及机组司机的问题。

2)减少支架间浮煤,降低了支架工劳动强度。

3)提高了煤炭的送装率和回采率。

4)有利于工作面保证规格质量。

5.1.2 双向割煤

在我们回采的初期双向割煤采用了很长时间,但从工作面的质量管理的保持方面,对于大倾角工作面不如单向割煤,但双向割煤有利于提高工作面设备实际运转效率,减少机组返空刀的时间,有利于提高工作面产量。

5.2 支架与溜子的柔性联接

在工作面的回采中,对支架与输送机采用适当的柔性联接,对回采起了很好的促进作用,工作面进行较长距离调斜时,有利于支架间进行调量,防止支架倾倒。

5.3 工作面支架的防倒防滑

大倾角工作面支架的防倒在传统的操作方法中有很多种,如防倒千斤顶、斜拉装置等,东欢坨矿平常回采过程中主要通过控制机头超前量,及时调整架向及端头支架逼架板的使用,基本保证了工作面支架不发生倾倒。对于回采过程中的特殊条件下,如工作面倾角达到了26°以上时,必须采取传统的防倒措施,增设端头斜拉防倒和架间防倒装置,同时要保证支架有足够的初撑力,对工作面顶底板产生足够的压力,使支架充分接实顶底板。

5.4 工作面输送机的控制

大倾角工作面输送机下滑是回采的主要问题,通过合理的调整手段是解决问题的有效途径。

5.4.1 工作面伪斜开采

工作面进行适当的伪斜开采,通常工作面长度在120 m以内,工作面保持机头超前机尾5～7 m是保持工作面输送机不下滑的基本条件,但在特殊情况下(如巷道起伏,倾角变化等),要根据工作面具体情况进行适当调整。一般情况下可采用如下公式计算面溜下滑力大小:

式中 F——下滑力,kN;

α——煤层倾角;

f——摩擦系数;

G1——输送机自重,kG;

G2——采煤机自重,kG;

G3——输送机存煤量重量,KG。

再根据公式,可计算出抵消下滑力时,支架与工作面走向夹角θ,

式中 n——支架数目;

p——千斤顶推力,kN;

d——千斤顶缸径,mm;

b——溜槽之间影响系数,一般取0.1;

θ——支架与走向产生的夹角;

β——输送机槽可弯曲角度。

5.4.2 工作面采用斜拉千斤顶,根据工作面长度每隔10～15组支架增设一个防滑千斤顶,随回采视运输机机头长短,随时整体牵拉运输机防止下滑。

5.4.3 通过工作面单向向上或向下顺序移溜与伪斜开采配合,保证运输机合理位置。

5.5 工作面调斜

5.5.1 工作面机尾调斜

1)首先确定工作面机尾调斜距离长度,调整好机头与机尾的调斜比例,并在实际中进行适当调整。

2)确定工作面机头基本定位位置,并预留调整距离,保证机尾加斜时架间调量,防止挤架。

3)工作面支架与面溜在加斜后期,可将机头与机尾硬联接,向上和向下适当摘改为柔性联接,以保证架间调量和支架与面溜相对位置合理。

5.5.2 工作面机头调斜

1)首先确定工作面机头调斜距离长度,调整好机头与机尾的调斜比例,并在实际中进行适当调整。

2)确定工作面面溜加槽位置和数量。

3)工作面支架与面溜在加斜后期,可将机头与面溜硬联接,向上适当摘改为柔性联接,以保证架间调量和支架与面溜相对位置合理。

5.6 工作面仰、俯采

5.6.1 确定好工作面仰、俯采角度,备好足够方子料和吊溜千斤顶。

5.6.2 工作面机组割煤时,预留机道台阶,防止面溜上漂或下刹过大。

5.6.3 仰采时要加强煤壁控制,俯采时要加强架前顶板控制。

6 工作面过复杂地质构造

薄煤层工作面过复杂地质构造,是工作面遇到的难题,这一方面主要集中在过断层方面和应力集中顶板破碎带及老巷,为适应各种复杂地质条件,采取了一些有效的相关措施。

6.1 工作面加铺金属顶网,用于封闭顶板,便于回采时架前窝板、逼帮,超前支护顶板和护帮。

6.2 工作面支架下加打点柱,用单体柱,亦可用木柱,防止支架被压死。

6.3 调整工作面回采方向与构造之间的角度,尽可能的减小顶板暴露面积,保持带压移架和支架足够的初撑力[4]。

6.4 顶板及煤壁易冒、易劈时,必要时采用人工旱做,刷隔断方式,逐段进行。

7 工作面如何提高回采率

7.1 单向下行割煤,提高煤的送装率。

7.2 由于煤层厚度平均在3.5～4.0m左右,通常情况下采用单轮顺序自下而上放煤,煤层较厚时采用多轮放煤。

7.3 保证支架的初撑力,使支架支撑力能够有效的起到对顶煤顶煤的预裂作用,保证支架顶煤能够在支架尾梁处充分碎裂,能够有效放煤。

7.4 工作面设专职放煤工,保证煤能够放净,尽量减少支架脊背煤损失。

7.5 实现工作面正规循环作业,保证工程进度,在合理工作时间内完成当班循环工作量。

8 经济效益

8.1 工作面直接工效由炮采20吨/工,到综采直接工效35～45吨/工,生产效率提高了75%～125%,月产量由炮采21000吨,上升到48200吨。

8.2 生产原煤材料直接成本由炮采的8.56元/吨,下降到薄煤层综采时的2.15元/吨。

9 结 论

实践表明,在大倾角较薄煤层中应用综采配套设备,是最佳的支护方式,拓宽了综采技术适用范围,取得了非常好的经济效益,薄煤层设备的大力应用,通过消除生产中设备问题,管理问题,复杂地质条件下的合理应用技术,对东欢坨矿高产高效的发展有着巨大的推动作用,实践中的生产技术对大倾角薄煤层综采管理有指导作用。

[1] 伍永平,东风.大倾角综采支架稳定性控制[J].矿山压力与顶板管理,1999(3～4).

[2] 陈炎光,钱鸣高.中国煤矿采场围岩控制[M].江苏徐州:中国矿业大学出版社,1994.

[3] 徐永圻.采矿学[M].徐州:中国矿业大学出版社.2003:15-18.

[4] 李建民.开滦复杂煤层综合机械化开采技术[M].北京:煤炭工业出版社.2007:35～38.