大倾角“三软”煤层综采技术在金岭煤矿的应用

马建欣 唐改卫

(郑州磴槽企业集团金岭煤业有限公司,河南郑州 450000)

大倾角“三软”煤层综采技术在金岭煤矿的应用

马建欣 唐改卫

(郑州磴槽企业集团金岭煤业有限公司,河南郑州 450000)

金岭煤业设计生产能力为0.6Mt/a,矿井开采二1煤层和一7煤层。金岭煤业为煤与瓦斯突出矿井,矿井相对瓦斯涌出量18.75m3/t,绝对瓦斯涌出16.90m3/min,煤层为Ш类不易自燃,煤尘爆炸指数20%。矿井采用斜井多水平上、下山开拓方式,目前开采两个二1煤工作面,两个一7煤保护层工作面。采取保护层开采,结合瓦斯抽放技术综合治理矿井瓦斯,即一7煤层作为二1煤层的保护层,两层煤巷道联合布置。目前矿井正常涌水量97.9-121.9m3/h,最大涌水量200m3/h,矿井水文地质类型属中等类型。二1煤层倾角在28到32度,局部达35度,且属于“三软”煤层,平均煤厚5.4米。

“三软”煤层 方法 技术 支护强度 顶板控制

1 采煤方法

1.1 采煤工艺

21124综采工作面采用走向长臂后退式综采放顶煤采煤方法回采,工作面使用ZF3600/16/24型液压支架支护;使用MG170/410WD型双滚筒采煤机割、装煤;工作面前、后部各安装一台SGZ630/264型刮板运输机分别运输采煤机落煤与放顶落煤;顶煤通过支架尾梁插板伸缩摆动自落装煤。采用斜切进刀,双向割煤,往返两刀。设计采煤机截割高度2.0m,截深0.6m,放煤步距0.6m,采放比1:1.7,全部垮落法管理顶板。

1.2 回采工艺

(1)进刀方式;采煤机采用斜切进刀双向割煤,进刀深度0.6m。具体进刀工艺如下:1)采煤机割透端头后返机斜切进刀;2)采煤机进刀完毕后,推直溜,返机割三角煤。3)割完三角煤后,采煤机正常割煤;4)跟机推溜、拉架采煤机进入正常工作状态。(2)落煤方式;1)采用MG170/410-WD型双滚筒电牵引采煤机,上滚筒割底煤,下滚筒割顶煤,滚筒自旋其截齿将煤体破碎,割煤截深0.6m。2)放顶煤使用支架尾梁插板伸缩摆动使顶煤自落,插板破碎大块煤碳,防止堵塞放煤口。(3)临时护顶;采煤机割煤期间,采用支架伸缩梁进行追机及时护顶。(4)推前部输送机;根据进刀方式推移前部输送机,在煤机过后依次进行,一般滞后煤机15m,推移弯曲段不得小于15m,推移步距0.6m。(5)移架;采用由下而上拉架支护方式,先降后移、少降快拉、带压移架的方式支护顶板。移架滞后采煤机后滚筒5～8架追机作业。顶板破碎时可超前移架,及时护顶,移架步距0.6m。(6)放煤;放煤方式:放煤采用本架操作,由顶板压力、支架反复支撑、尾梁上下摆动、插板来回伸缩等综合方式放煤,放煤步距0.6m。放煤组织:放煤采用从上往下两轮循环放煤,第一轮初放,要求速度快,第二轮细放,把煤放净,见群矸停放,及时将后尾梁升起推出插板。(7)拉后部输送机;拉后部输送机由下向上顺序进行,且滞后放煤口15～20m进行,机头机尾拉移时应开空输送机,在停机状态下拉移,拉到位后方可开机。

2 顶板控制

2.1 支护设计

工作面支护设备型号及主要技术参数:(1)设备型号;液压支架:ZF3600/16/24型四柱单铰点轻型低位放顶煤支架。(2)设备的主要技术参数。(3)液压支架的工作技术参数。

液压支架工作技术详细参数(表1)。

表1

2.2 支护强度验算

工作面顶板强度计算及压力验算。

Pt＝khrg

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

式中:

Pt:工作面合理的支护强度

k:支架上方顶板系数,取8;

h:工作面采高,取2.2m;

r:顶板岩石容重,取2.5T/m3;

g—常数,取9.81;

故选用ZF3600/16/24型液压支架,其支架设计支护强度为3600KN大于顶板3294KN,适应于工作面支护。

3 安全、技术效果

3.1 安全生产

大倾角综放工作面作业人员的安全必须受到可靠的保障,回采期间采取工作面放滚矸措施如下:工作面每隔15架使用1m×0.8m,厚度20mm的钢板及柔性皮带沿工作面走向布置4道挡矸板,可起到缓冲滚矸、煤块的作用,并配合沿工作面倾向布置防矸网联合部署安全防护装置。结合上述措施以来,工作面从安装试采到转产至今已顺利推进四百多米,无出现任何事故,顺利实现机械化安全生产。

3.2 技术管理

3.2.1 支架设计

(1)采用整体顶梁、长侧护板(与顶梁长度大体相同)、伸缩前探梁并具有防护片帮的作用;(2)前立柱向前倾斜,支架具有较高的指向煤壁的水平工作阻力,以降低无立柱空间下位顶煤内的拉应力,并给裂隙面施加一个正应力;(3)后立柱具有抗拉和抗压双重作用,以保证支架顶梁对端面顶板的支撑力;(4)为了提高采出率,降低放煤粉尘,加快放煤速度,采取低位放煤支架。

3.2.2 回采工艺方面

(1)必须及时移架(采煤机前滚筒过后立即推溜移架)、擦顶移架、移架后再伸出前探梁,遮盖住端面顶板,达到全封闭顶板的要求;(2)前伸缩梁给煤壁一个水平推力,防止片帮,然后推溜的作业方式,保持无立柱空间基本不变和支撑合力作用点与煤壁距离基本不变,以保证对端面顶板、顶煤的支撑力基本不变;(3)在现场使用中明确指出伸缩梁的主要作用在于全封闭顶板,而非临时支护。采取以上的措施后,工作面基本控制住顶煤,使其不发生端面冒顶和煤壁片帮。(4)采煤工艺上采用先拉超前架的方式,使顶煤始终处于受控状态,缩小顶煤暴露面积。(5)加大煤层注水力度,杜绝穿帮、冒顶。

3.2.3 现场管理方面(1)区队必须制定一套严格的综合管理制度,生产期间必须按正规循环进行作业,并严格区队管理制度。(2)严格控制采高,防止倒架、咬架、架子歪斜等现象发生。(3)由于放顶煤开采,对顶板围岩压力影响大,生产期间两巷12-18米范围内超前压力较大,应加强两巷的超前支护管理。(4)倾角大导致工作面易发生设备下滑。所以大倾角放顶煤开采中,保持设备稳定是成功的关键,在回采期间把工作面调成伪斜,减少工作面倾角,下巷超前上巷6～10米范围内,防止运输机、支架下滑。(5)推溜拉架期间坚持从下往上推溜拉架,从操作方面来防止运输机、支架下滑。(6)每架必须坚持打开侧护,防止出现支架出现倒架,找不到扶正支架的空隙。(7)大倾角煤层放顶煤在确定放煤时,首选应着重考虑的是支架的稳定性,所以开始放煤时坚持由上向下的顺序放煤,每个放煤口放煤时间控制在1分钟内,放煤时严密监视支架后立柱压力表的变化,从而判定支架顶梁上顶煤是否松动滑落或被放空,以保证支架的稳定。(8)综合机械化采煤的关键核心应根据本矿现场实际情况进行“三机”配套,配套的关键,决定了实施综合机械化开采的成功与否。(9)从实践中得出,放煤工艺本身的复杂性,需要针对不同的地质条件,工作面不同的位置进行灵活的调整,并且要考虑与采煤工艺的配合等诸多因素,对现场管理水平的要求更高更灵活,需要高素质的员工。

4 经济效益

用综采和炮采两种回采工艺的主要经济指标对比如下:

(1)矿井悬移支架工作面日产为870吨,月产量2.6万吨,月推进度24米,日定额出勤120人,功效为7.0工/吨。(2)21124综采工作面正式后,生产组织为“两采一准”,两个生产班割煤三刀,日产煤达1330吨,月产量4万吨,月推进度42米,日定额出勤为96人,工效14.2工/吨。(3)对比悬移支架工作面年出勤少9800/工,年多产煤达22万吨,工效高出7.2工/吨,综合比较,每年可多为矿井创达1.03亿元效益。(4)综采工艺开采强度大、推进速度快、产量高、整体效益高,但是初期投入设备费高;炮采工艺开采强度低、工人劳动强度大、推进速度慢、产量低、整体效益低,但设备初期投入费用低。(5)在全员工效、和产出比等方面,采用综采工艺比采用炮采工艺高得多,并且综采要比炮采在更短的时间内结束工作面,对矿井接替紧凑,但对矿井年产量和经济效益指标起很重要的作用。

5 结语

经过21124综采工作面一年的回采实践表明,我矿在综放开采技术上应用比较成功,回采安全可靠、经济上优于其他采面工艺,在现代煤炭开采中,实现安全高效的根本出路在于发展综合机械化 ,着重考虑选用当今可靠的开采技术和可靠性的成套设备,是提高综采装备水平和矿井生产能力的保障。