哪里有老虎机遥控器买:三软”易燃、高瓦斯、特厚复杂煤层放顶煤开采技术

来源:百度文库 编辑:偶看新闻 时间:2024/03/28 19:21:38

摘  要关键词:复杂煤层、简放、综放

1、矿区概况

淮北矿区属华北型全掩蔽式煤田,地质条件复杂,各种序次的褶曲、断裂构造十分发育,并伴有不同程度的岩浆侵蚀。矿区主要含煤地层为山西组和下石盒子组,共含煤11层组,可采煤层总厚度为4.8~18.5m。煤层普氏硬度系数f=0.2~1.5,主要可采煤层顶底板岩性为泥岩、粉砂岩、细砂岩、局部为岩浆岩。煤层埋深多在-250~-550m之间,煤层倾角在25°左右,局部较大。煤层大多数有自燃倾向,煤尘有爆炸危险,绝大多数矿井为高瓦斯矿井,少数矿井有煤与瓦斯突出危险。煤系地层水文地质条件较复杂,新生界含水层直接与煤系地层接触,顶底板砂岩裂隙含水较丰富,煤系底板灰岩突水系数较大。

矿区“三软”厚及较厚煤层储量丰富。自1997年开始,试验并推广放顶煤开采工艺以来,集团公司采掘工艺改革的力度逐年加大,到目前为止已形成12个综采工作面,7个综放工作面、4个高档普采工作面、2个简易放顶煤工作面的生产格局,机采及放顶煤产量达到1250万t/a以上的水平,采煤机械程度达到65%,采掘机械化装备水平不断提高,开辟了“三软”复杂煤层条件下的高产高效新途径。

2、简放与综放的工艺技术实践

2.1  芦岭矿II823-2单体支柱铰接顶梁网络式简易放顶煤。

2.1.1  放顶煤工艺

(1)支架:采用DZ22-30/100外注式单体液压支柱,配合HDJB-1000限位铰接顶梁。一梁一柱,柱距0.5m,排距1.0m,支柱穿铁鞋。在防倒方面,架间用倾向挑棚,配合拉钩形成网络。

(2)端头支护:上端头与工作面一致,下端头支护共8棚,超前工作面煤壁2峒管理,与工作面基本支架错开0.5m。

(3)控顶管理:采用4·5排支柱,3·4峒管理,最大控顶距5m,最小4m,放顶煤步距1m。

(4)采煤:铺顶网,采高1.9~2.0m,手镐落煤。

(5)放煤:自上而下,6m一茬,分段下行,顺序轮放,在最大控顶距时低位剪网,网口长×宽为400mm×400mm,保持4茬轮放,每茬每轮放煤厚1.0m,放完及时封口。

2.1.2  矿压观测分析

正常情况下,矿压显现较小,支柱初撑力在6~8Mpa,工作阻力在10~12Mpa,采空区侧末排柱顶板最大移近量约为0.4m,末排柱工作阻力随着放顶煤从12Mpa下降至3~4Mpa,无明显周期来压现象。

2.1.3  一通三防管理

由于顶分层已回采,工作面瓦斯涌出量较小,正常情况下回风瓦斯浓度为0.5~0.7%,放煤时接近1%,上隅角局部达2%~3%,增设高位瓦斯排放巷后,解决了上隅角超限问题。

回采期间没有发生煤层自燃现象,由于减少了分层次数,全矿自然发火现象较以前分多层炮采大为减少。防尘采用采前预注水,放煤时洒水和控制风量等综合防尘措施,有效地防止了煤尘飞扬。

2.1.4  经济效益

该工作面自1998年10月开采至1999年10月收作,出煤37.5万t,平均单产3.1万t/月,目前该工艺单产已超过4.0万吨,回采巷道的万吨掘进率降低45m;资源回收率达到82.8%;吨煤开采费用,放顶煤为14.41元/t,分层开采为28.06元/t,降低一半,减少了三次双岩石集中巷维护费用,达到了投资少、效益高的目的。

2.2  朱仙庄8410-2迈步支架高档普采放顶煤

2.2.1  放顶煤回采工艺

(1)支架:选用西北煤机二厂生产的ZWM迈步式支架,100架。

(2)配套设备  采煤机:MG-140,刮板机:SGB-150c(工作面煤壁);SGW-80G(工作面老塘);SGW-80T(运输机巷)。

(3)端头支护:使用DZ25-25/100型单体液压支柱配限位铰接顶梁,机头机尾使用两根长2.8m的∏型钢梁加强支护。

(4)顶网:过顶铺设5.0m×0.6m的菱形金属网,网孔直径40mm。

(5)割煤与放煤:端部斜切进刀,截深0.5m;两刀一放,自下而上分段轮放。

2.2.2  一通三防管理

工作面配风量为500m3/min,回风瓦斯浓度0.3-0.4%,上隅角在1%以下。由于运输机巷、回风巷在掘进过程中,曾在冒高处发现CO,所以在工作面回采过程中,采用埋管灌浆、放煤口洒浆等措施,并保证推进度不小于20m/月,有效地控制了煤层自燃,避免了发火现象。防尘措施主要有:①采前预注水;②两巷每天定时洒水消尘;③放煤、移架时洒水;④采煤机喷雾设施齐全;⑤各转载点安设联动喷雾设施。

2.2.3  经济效益分析

该工作面从1999年1月1日正式投产至1999年12月31日,累计出煤35.3万t,平均单产3.0万t/月,平均工效9.03t/工,与分层开采相比,吨煤直接成本减少了30元,资源回收率达到87%,巷道万吨掘进率减少了62m,巷道维护时间缩短了三分之一,优化了生产系统,缓解了接替紧张的局面。

2.3朱仙庄、芦岭矿轻放与综放开采

2.3.1开采技术条件

朱仙庄、芦岭煤矿主采8号煤层,平均厚度9.98m,为特厚煤层,其储量占矿井可采储量的75%以上。该煤层极软,普氏硬度系数ƒ=0.3~0.8,煤壁易片帮,端面极易冒漏。煤层易自燃,发火期为2.5个月,给生产和安全造成许多困难。1997年以前,一直沿用分层炮采开采方式,生产成本高,接替紧张。从1997年开始,为了摆脱困境,降低成本,增加效益,经广泛调研和反复论证,于1999年8月,在总结单体支柱工作面的放顶煤和网络式支架工作面放顶煤的基础上,先后在朱仙庄8413-2、芦岭Ⅱ824-2工作面进行了综放开采实践,取得了良好的效益。

(1)地质条件

工作面采深506~551m,走向长610m左右,倾斜宽120m,煤层厚5.0~7.2m,平均厚6.5m。煤层普氏系数ƒ=0.5,容重1.3t/m3。煤层倾角12-25°,平均16°。工作面内落差为1.0~3.5m的断层多条。煤尘具有爆炸危险性,爆炸指数为38.62%。顶分层已先期回采,现瓦斯涌出量不大。

(2)支架与端头支护

基本支架及主要配套设备见表1、2。两端头支护采用DZ25-25/100型单体液压支柱配合HDJB-1200型限位铰接顶梁支护,棚距0.5m,铺金属网,风镐落煤。

表1   支架参数

项 目

朱仙庄8413-2 芦岭Ⅱ824-2

支架支撑高度/(mm) 

1600~2400 1600~2500

支架宽度/(mm) 

1440 1430~1600

支护面积(m2) 

4.812 5.47

支架中心距/(mm) 

1500 1500

推移行程/(mm) 

700 700

前伸梁控顶距离/(mm) 

700 800

支架初撑力(KN/架) 

1720~1951 3163~3186

支架工作阻力(KN/架) 

2132~2417 3556~3600

支护强度(Mpa) 

0.46~0.52 0.629~0.633

对底板比压(Mpa) 

0.30~0.75 0.44~0.7

泵站压力(Mpa) 

31.4 25

支架重量(kg) 

8390 13200

支架操作方式 

本架操作 本架操作

表2   主要设备配套

设备名称  号

8413-2 II824-2型 号

液压支架 

ZF2400-16/24BF ZF3600-16/25

前部刮板输送机 

SGB-630/220 SGZ-630/264

后部刮板输送机 

SGB-630/150C SGZ630/264

采煤机 

MG-150W1 MG160/395

工作面巷道刮板输送机 

SGB-80T SZZ-630/90

工作面巷道带式输送机 

SD-80P SDJ-150

石门刮板输送机 

SGB-630/150C /

乳化液泵站 

MRB-125/31.4 DRB-315/31.5

移动变电站 

KSGZY-630/6 KSGZY-800/6

(3)工面机巷和风巷沿煤层走向平行布置,切眼按伪斜5°布置。机巷、风巷及切眼沿煤层底板掘进,两巷支护除风巷靠近切眼82m采用29U型钢拱形棚支护外,其余均为11号工字钢梯形棚支护。

2.3.2  工作面矿压显现规律

为了掌握轻放工作面及巷道矿压显现规律,从施工到生产进行了巷道变形和矿压观测工作,观测历时4个月,得出如下结果。
(1) 两巷变形量

两巷在掘进期间测得梯形棚支护段两帮移近量最大为300mm,顶底板移近量最大500mm;U棚支护段两帮移近量最大为80mm,顶底板移近量最大为200mm。在回采期间,因超前压力影响,两巷变形量增大,两帮移近量最大达700mm,顶底板移爱量最大达1000mm,支架变形损坏。风巷梯形棚支护段变形量比机巷大,而U棚支护段效果好。两巷超前压力影响范围在30m左右,比分层采煤压力影响范围大,没有分层强烈。

(2)工作面初次来压、周期来压情况及支架受力状况

工作面从开采到收作,没有大面积来压,而有分段来压现象,但来压不明显。对于分段来压时,此段煤壁稍有片帮,端面破碎度增加,支架压力有所增大,测得支架的平均初撑力达1332KN,是支架额定初撑力1836KN的73%,支架的平均工作阻力为1438KN,是额定工作阻力2275KN的63%,支架最大工作阻力达2215KN,是额定工作阻力的97%,支架前后支柱受力不均,有10%支架安全阀开启。

2.3.3回采工艺

(1)支护形式及工作面设备配置

工作面基本支架为ZF3600/16/25型支撑掩护式低位放顶煤液压支架,上下出口各安两架型号为ZFG4200/16/24过渡支架,分别伸入机风巷0.5m,机风巷采用3.8m*Φ22cm圆木使顺山棚,棚距0.5m,木梁下用DZ28-25/100单体支柱配合HDJA-1000型铰接顶梁使4排走向棚,工作面前后部链板机为SGZ630/2×132型,电机采用垂直布置,放在机风巷内,为便于移机头机尾和过渡支架,在机巷电机上帮、风巷电机下帮用4.0m∏型钢配合单体支柱使走向对棚,2梁8柱;工作面煤机型号为MG150-W,双滚筒,滚筒直径1.4m。

(2)工艺流程:

割煤→伸伸缩前梁→移架→推前部输送机→拉后部输送机→割煤(第二刀)→伸伸缩前梁→移架→推前部输送机→→放顶煤→拉后部输送机

割煤:煤壁(包括上、下端头)采用机组落煤,跟底回采,采高2.0m,每刀进尺0.6m,工作面采用端头割三角煤斜切进刀方式,进刀距离不少于20架。机组滚筒旋转截割煤的同时,利用螺旋叶片和弧形挡煤板自动把煤装入运输机,余煤由铲煤板随移溜铲入输送机。

移架:工作面采用及时支护或超前支护,带压擦顶移架,煤机割煤后,及时伸出伸缩前梁护顶,滞后后滚筒3-5架追机顺序移架,移架步距0.6m,追机移架速度赶不上煤机运行时,必须停机移架或拉超前架。移架过程中应随时调整支架,保持支架顶梁平直,不出现低头或仰头情况,使其处于良好的受力状态,升架时,应注意侧护板的伸出情况,防止出现损坏侧护板或出现歪架、咬架等现象。推溜后,端面距大于0.34m时,将该处支架伸缩梁提前伸出。

推溜:推前溜滞后煤机10架左右进行,沿移架方向逐架顺序推溜;拉后溜由工作面一端向另一端顺序拉溜,移溜时,弯曲段长度不小于20m,移溜步距保持在0.6m,移溜要做到一次到位。移溜后,要使输送机成一直线。拉机头、机尾要停车进行,首先清理净浮煤、浮矸,改好碍事的支柱,使用标准的连接装置,沿巷道底板拉移,防止飘起和刹底,必要时,配合小绞车拉移。

放顶煤:采用两刀放一次,放煤步距1.2m,由下向上低位双轮顺序放煤法,利用采场压力、反复支撑和尾梁摆动、综合松动顶煤放煤,放煤一次最多只可打开三个放煤口,放煤时见到假顶或碎矸时,立即用插板关闭放煤口,停止放煤。考虑到两巷压力大,两端头过渡架不放顶煤。

2.3.4  技术关键

(1)顶煤控制

极软特厚煤层综放工作面中,顶煤的可放性较好,关键是控制顶煤不在端面冒落或架间漏冒。

①支架采用刚性整顶梁,顶梁、尾梁均设有活动侧护板,顶梁前端设内伸缩梁,有效地解决了煤壁片帮问题,实现了对顶煤的全封闭。

②严格控制工作面采高在1.9~2.1m之间。

③及时“带压”或“加压”擦顶移架,任何时候降架不得超出邻架侧护板高度。采煤机前滚筒一过,立即前移支架,使新裸露的端面顶板快速支护。

④架前片帮,冒顶严重地段,必须在片、漏、冒区域内超前架走向木棚,1架2棚架设单体贴帮柱,直到支架移过该区域不片不冒为止。

⑤工作面两端头的金属网必须铺到最上面一架和最下面一架顶上,必要时再加双抗网护顶,并实施超前架棚管理,封闭好端头与支架接茬处顶煤,最大限度地控制顶底板移近量,保证充足的工作空间。

(2)设备下滑、支架咬架控制

煤层倾角超过13°时,设备将沿倾斜方向产生下滑力,设备有下滑、倾倒的趋势,操作不当必然产生设备下滑;若推移千斤顶与输送机不垂直,拉架时支架在自重力与拉架力作用下必然产生倾斜,发生挤架、咬架,造成顶煤冒落并损坏侧护板。针对防滑采取以下方法进行控制。

①从工艺上实行3个“由下而上”,即采煤机由下向上割煤,由上往下装煤的单向割煤方式,由下向上擦顶移架,移架时相邻支架侧护板不准有超过100mm的台阶;必要时超前移架由下向上顺序推移输送机,并且移机头后立即打好机头撑子和压车柱。

②从支架结构设计上,顶梁和底座后部均增加防倒防滑千斤顶。倾角较大时,利用它们可以有效地防倒、防滑。

③工作面按伪倾角5°布置,回采中根据设备滑动状况,及时调整工作面回采方向。实践证明,工作面机头超前机尾8~10m,伪倾角控制在4~5°,能有效地防止设备下滑。

④从管理上,强化管理规范,严格按操作标准规范操作,正确使用好侧推装置和防倒装置,确保支架状况良好。

⑤从补救措施上,采用单体液压支柱辅助支撑,进行调架和扶架,“带压”移架。

(3)过断层控制

综放工作面过断层,采用2种形式,一种是从一盘跟底板采煤过渡到另一盘,工作面需要逐步下卧至底板;另一种形式是一盘超前丢煤底,工作面需逐步上爬过渡到另一盘跟上煤层底板采煤。

根据实践经验探索,工作面下卧时,沿走向每推进1.0m,卧底量为200mm为宜;工作面上爬时,沿走向每推进1.0m,可上爬100mm左右。下卧或上爬初期,必须采取卧或垫输送机和垫支架底座的方法尽量保证支架、输送机在同一平面内,以保证推移输送机时不会产生“抵弓”现象。

断层面为弱面、破碎带,工作面在断层面前后上下2m范围内均需进行超前架棚管理。过断层丢底煤段顶煤很薄,在0~2m范围内均受原来采动影响,易掉漏冒,必须采取前述的顶煤控制措施,必要时接顶架棚。

(4)煤壁浅孔注水防片壁漏顶

每天检修班对工作面煤壁注水一次,必要时可加大注水频率,注水为动压煤壁浅孔注水,工作面注水孔为上仰单排孔,即在工作面煤壁顶板以下400mm处布置一排注水孔,上仰角20度,与煤壁水平夹角成90度,孔深6.0m,孔间距4.0,要求循环间隔打眼。打眼用MZ-12型煤电钻,钻头钻杆直径42mm,封孔采用MZF-20型煤层注水封孔器封孔,人工配合注液枪注水,注水压力控制在5~8Mpa之间,注水时间以煤壁挂汗或相邻孔出水为止。通过注水提高了煤体粘接力,增加了煤体的韧性,防止了片帮和漏顶。

(5)加强“一通三防”管理

综放工作面瓦斯涌出量大,煤尘有爆炸性,煤层有自燃发火倾向。该面“一通三防”管理上,主要措施有:建立稳定的通风系统,工作面风量保持在1000m3/分;瓦期治理方面:采取高位巷抽排、上隅角埋管抽排、顺层孔抽排,进架通道作尾巷抽排等多种抽排方法并用,顶板高位巷布置在8煤顶板靠近工作面回风巷侧,同时高位巷内布置两个钻场,第一组6个孔在高位巷端头,第二组5个孔位于距高位巷端头10米处,高位巷钻孔布置在高位巷顶板岩石中,孔底距煤层5米;工作面顺层钻孔用扇形交叉布置,机巷顺层孔沿机巷每隔10米一组,每组3个孔,第一组距切眼15M,风巷顺层孔每隔10米一组,每组3个孔。钻孔深度40米,终孔间距7米。同时工作面监测设施齐全,能有效实行超限断电闭锁,通过这些措施,工作面瓦斯浓度能有效控制在0.5%以下。

(6) 防治煤层自燃与工作面防尘

①在防治煤炭自燃方面,主要采取措施如下:①两巷和切眼冒高温氧化处,采取喷奖注凝胶,安装支架时架顶高温氧化处进行边安装边注凝胶治理。②加强检测巷道冒高及工作面采空区,上隅角气体及温度变化。③初采期间,每天坚持向采空区注水。④正常回采期间,向采空区埋管定期灌浆。⑤加快和稳定工作面推进度,每月推进度在40m以上。⑥为该面备用1台注氮机和1套注氮系统待用。

通过采取以上措施,有效地控制了该工作面煤炭低温氧化后的自燃速度,并使CO浓度一直稳定在(5-6)×10-6。
②由于煤层松软、破碎,在割煤运煤时,煤尘量较大,特制订如下防尘方法:a、煤机内外喷雾;b、支架有及放煤口喷雾;c转载点自动喷雾;采取以上三项措施、取得了明显的防尘效果。

2.3.5  产生的经济及社会效益

(1)几年来,淮北矿区采煤工艺改革尽管取得了很大成绩,机采产量达到1250万吨/年,采煤机械化程度达到65%

(2)现有朱仙庄、芦岭、石台、临涣、祁南5对矿井采用了综采放顶煤开采技术,单产高达8万吨/月。

(3)轻放与综放工艺技术,减轻了工人劳动强度,所有生产工序均实现了机械化、自动化,工艺技术较其他采煤方法先进。

(4)生产成本较其他采煤工艺均有不同程度的降低。

(5)改善了作业场所安全环境,作业空间实现全封闭的液压支架支护,安全可靠性很高。

3、存在问题与对策

由于淮北煤田的特殊地质环境,采煤机械化程度很难进一步提高,矿区依然存在面多、线长、效率低、成本高、市场竞争力差的问题。因此,要进一步解放思想,明确目标,加大采掘工艺改革的力度,总结经验教训,在有条件的地方,全面推广放顶煤工艺,重点推广使用轻型支架与大综采支架综采放顶煤工艺,尽快做到提高单产,收缩采场,实现集约化生产。

(1)分析采场,搞好规划,优先发展放顶煤技术。由于40多年的高强度开采,淮北闸河老区综采储量所剩有限,大综采支架逐步退役。临涣矿区因地质构造复杂,断层十分发育,上大综采需要克服很多困难。宿县矿区地压大,瓦斯大,煤层底板岩层含水丰富,煤层极软(f<0.5),上大综采的可能性也很小。根据近年来采煤工艺改革的实践,淮北矿业集团公司实现减人提效,提高采煤机械化的出路就在于发展放顶煤工艺技术。因此,要认真分析采场,搞好中长期规划,具备放顶煤条件的,特别是能够使用轻型支架与大综采支架放顶煤的块段,就不用分层炮采。分层炮采为放顶煤让路,炮采放顶煤为轻型支架综采放顶煤让路。

(2)采取措施,加强管理,提高资源回收率。加强现场管理,根据煤层赋存条件,采取以下几点措施:①研究顶煤运移规律,选择合适的放煤步距及放煤工艺;②加强探煤厚工作,准确测算煤层储量;③延长工作面运输机尾,增加上隅角放煤时间,尽量多回收上部阶段煤柱;④工作面运输机紧贴底板,减少底煤损失;⑤减少设计损失。

(3)瓦斯防治放顶煤工作面煤层大多数是厚至特厚,软至极软煤层,煤层瓦斯含量大、压力高、渗透率低。实施瓦斯综合治理,采前和开采过程中推行井上、井下立体抽放。井下采用了:穿煤层网络状群孔预抽,顺煤层钻孔预抽、高位巷道抽放,高位钻孔抽放,邻近层钻孔预抽、钻孔采动区抽放、钻孔采空区等综合抽放方式。对瓦斯进行全方位的抽放,使得突出煤层采前消除了突出危险,使高瓦斯煤层(工作面)采前转变成低瓦斯工作面,工作面瓦斯抽采率最高达87%。积极推行保护层开采,坚持能保尽保区域瓦斯防治优先的原则。保护层开采有下保护层开采、上保护层开采、同一煤层顶分层保护层开采三种方式。同一煤层顶分层保护层开采安全风险大,为降低安全风险,不断加大生产布局调整,不断加大上、下保护层开采力度。

4、结论

(1)实践证明淮北矿区采煤工艺改革采用炮采简放与高档普采简放,安全高效,较其它炮采工艺与普通高档普采工艺相比,技术先进成本低。

(2)自行设计制造轻型综采放顶煤与普通大综采支架放顶煤装备,技术性能满足生产环境、条件的要求,配套较为合理,技术上先进,工艺上解决了极软、易燃高瓦斯难采煤层的开采问题,达到了同行业先进水平。

(3)采用的措施与对策比较先进,尤其是一通三防与瓦斯治理及防治水、防尘等技术先进,效果很好。

(4)通过近几年实践,逐步认识到轻型综采支架存在强度低、阻力小,而大综采克服了轻型支架的缺点,使其初撑力、工作阻力满足顶板管理、生产条件要求,淮北矿区将逐步过渡到以重型液压支架放顶煤技术为主导的采煤工艺上来。

(5)四项放顶煤工艺技术的实施为淮北矿区产生较大的经济效益和社会效益,为淮北矿区煤化盐化一体化的发展奠定了基础。

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