大傾角綜放開采經(jīng)驗(yàn)探討

宮鳳財(cái)　劉云鵬

摘 要:為了提高單產(chǎn)能力,降低掘進(jìn)率和采區(qū)成本,梅河三井于2003年首次采用走向長壁大傾角綜采放頂煤方法開采(簡稱大傾角綜放開采)。通過水平分層與大傾角綜放開采對比,大傾角綜放開采比水平分層除了工作面傾角大,不易管理外,大傾角綜放開采要比水平分層優(yōu)越許多。大傾角綜放開采工作面長度可適當(dāng)加長,掘進(jìn)率低,采放高度可以一次采全高,三角煤損失率小,采區(qū)回采率高,單產(chǎn)高,噸煤成本低。

關(guān)鍵詞:大傾角綜放開采;水平分層;綜采工作面

中圖分類號:TD712+.621文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-3198(2009)16-0295-02

1 開采技術(shù)條件

1.1 采區(qū)地質(zhì)情況

開采區(qū)位于梅河三井南翼,屬于12層煤,煤種為長焰煤,煤層頂板為褐色泥巖,底板為粉砂巖,煤層厚度為13-38m,平均厚度25m。煤層傾角為15°-45°,一般在30°左右,煤層硬度大于1。煤層節(jié)理發(fā)育易冒落。采區(qū)兩道采用25U∮3.2×3棚支護(hù),棚距1.0m。自然涌水量為2.0m³/h,該煤層北部以F4斷層為界,南部以F5斷層控制。東西走向600m左右。

1.2 采區(qū)裝備

GZFS4000-16/26型液壓支架;MD-150-NW型單滾筒割煤機(jī)。工作面為MGD-180/630運(yùn)輸機(jī);砂邦為SGD-90/630運(yùn)輸機(jī),運(yùn)輸順槽為SGW-40T刮板運(yùn)輸機(jī)和SDJ-80型膠帶運(yùn)輸機(jī)。

2 水平分層與大傾角綜放開采比較(見圖1)

2.1 水平分層

特點(diǎn):本區(qū)1-9層采用水平分層法布置回采工作面,工作面坡度在3°-10°,近于水平。在盡量保證工作面等長的前提下,回風(fēng)順槽沿煤層底板布置,運(yùn)輸順槽沿頂板布置,設(shè)計(jì)采高一般在12-15m之間。

缺點(diǎn):工作面長度有限,采放高度不宜過高,生產(chǎn)能力低,成本高。三角煤損失率大,采區(qū)回采率低。煤層按30°傾角,上下層間距按15m,45°落煤角度,三角煤損失面積為(15×26)÷2-12.5×12.5÷2=117m²。

優(yōu)點(diǎn):工作面坡度小,易管理。

2.2 大傾角綜放開采

特點(diǎn):采區(qū)回風(fēng)順槽、運(yùn)輸順槽均貼煤層底板布置。一次采全高。

缺點(diǎn):工作面坡度大,不易管理。

優(yōu)點(diǎn):工作面長度可適當(dāng)加長,按工作面長度40m左右布置,2個(gè)大傾角綜放開采工作面可布置3個(gè)水平工作面。這樣掘進(jìn)率低。

采放高度可以一次采全高,生產(chǎn)能力大,成本低。三角煤損失率小,采區(qū)回采率高。煤層按30°傾角、上層運(yùn)輸順槽與下層回風(fēng)順槽間距按7.5米高度、45°落煤角度計(jì)算,三角煤損失面積為7.5×13÷2-5×5÷2+5.5×5.5÷2=51m²。

3 大傾角綜放開采管理措施

3.1 工作面管理

根據(jù)傾斜工作面特點(diǎn),為了防止移支架下滑,工作面可采取偽斜的方法,即運(yùn)輸順槽超前回風(fēng)順槽。原理為支架的受力分析(見圖2),即支架的下滑力T與前移支架拉力F的合力P,正好平行于運(yùn)輸順槽。偽斜角b確定為6°-8°偽1°。即傾角a為17°-25°,偽斜角b為3°-5°為宜,傾角a在26°-32°之間,偽斜角b在6°-7°間為宜。煤質(zhì)破碎松軟時(shí)控制超前冒落,使支架初撐有力;工作面運(yùn)輸機(jī)與支架間“十字頭”聯(lián)接好,使溜子與支架互相制約;適當(dāng)加大偽斜角,即可控制支架下滑傾斜。

3.2 工作面傾角較大,需采取防倒防滑措施

(1)工作面采用偽斜開采,下端頭超前上端頭,在移架子時(shí)調(diào)整偽斜角,開采伊始,先開下端頭,使之超前上端頭,偽斜角達(dá)到預(yù)定范圍。

(2)工作面兩臺(tái)運(yùn)輸機(jī)頭各打2個(gè)戧頂子,防止運(yùn)輸機(jī)下滑。

(3)在1號支架下側(cè)護(hù)板打戧柱,防止支架向下傾斜。

3.3 工作面頂板管理

為防止工作面架子傾倒,必須保證工作面頂板完整,使架子初撐有力,移架子時(shí)要帶壓前移,以維護(hù)頂板不破碎,必要時(shí)可利用單柱配合移架。

3.4 工作面煤幫管理

(1)如果圍巖壓力較大,煤質(zhì)破碎,煤幫片幫等情況出現(xiàn)時(shí),嚴(yán)禁超前割幫,機(jī)組可適當(dāng)牽引到靠近下缺口位置,以擋住片幫貨沿傾斜工作面飛落傷人。

(2)加強(qiáng)煤壁管理,必須執(zhí)行敲幫問頂制度,浮塊傘檐及時(shí)叫落,移架后及時(shí)剎好架間。

(3)待割完煤壁后,工作面(工作面刮板運(yùn)輸機(jī)至煤幫)每10m設(shè)一擋貨柵欄(用金屬網(wǎng)),以擋住煤幫及上方滑下大塊傷人。

(4)進(jìn)入工作面的所有人員,嚴(yán)禁沿著煤壁行走,以防煤幫片幫或掉塊滾落傷人。

3.5 移支架順序

先由3號支架開始向上移架子,移幾盤支架后,再移2號、1號。移架子時(shí),盡量帶壓擦頂前移,移完后,支架要初撐有力。為防止1號支架向下傾斜,可用兩根加長單體柱分別打在支架前后部的側(cè)護(hù)板上,單柱底部穿鐵鞋,打在運(yùn)輸順槽的下幫,移1號支架時(shí),戧柱可適當(dāng)帶壓前移。

3.6 上、下端頭及超前支護(hù)的管理

工作面下端頭采用3.2m長π型鋼做梁,液壓單體柱做腿支護(hù),分為前后兩組,每組3對6根π型鋼支護(hù),一梁四腿,并隨支架前移交替邁步移動(dòng)。工作面上端頭支護(hù)方式與下端頭相同,只采用前部一組支護(hù)即可,使后砂口距離短。根據(jù)架子距回風(fēng)順槽上幫距離決定使用π型鋼的數(shù)量,但每對π型鋼中心間距不得超過0.5m(見圖3)。

運(yùn)輸順槽超前支護(hù)采用木棚為宜,在原U鋼棚中間加備一架木梁單柱腿梯形棚,原U型鋼棚不拆,做加強(qiáng)支護(hù),長度為20m,待下端頭支護(hù)的π型鋼梁移至U鋼棚梁下時(shí),再拆除該架U型鋼棚,同時(shí)在原位置加一根圓木棚梁,使進(jìn)入端頭的木梁間距為0.5m。這樣,既增加了端頭的支護(hù),又可對1號支架起支撐作用。待圓木移至后砂口,即可回收。

采用金屬梁有如下缺點(diǎn):(1)金屬梁與π鋼之間摩擦阻力小,支護(hù)不穩(wěn)定,曾出現(xiàn)過整個(gè)下端頭嚴(yán)重傾斜的情況;(2)金屬梁與1號支架相摩擦,移支架困難。

回風(fēng)順槽在原U型鋼棚中間加備一架金屬梁單柱腿的梯形棚做加強(qiáng)支護(hù),長度5m,以后15m打中間頂子。當(dāng)支架伸縮梁能挑起金屬梁時(shí),撤出金屬梁,改用圓木梁,一端搭在架子上,另一端用單柱做腿,同時(shí)用上端頭π型鋼抬起,維護(hù)上端頭。

3.7 工作面增減支架:因工作面不等長,需增減支架

(1)增支架。

當(dāng)最上部支架與回風(fēng)順槽上幫距離超過1.5m時(shí),可考慮增支架。超前煤壁6米開始替棚。梁長2.4m,單柱腿,隨支架前移,木梁一側(cè)搭在支架上,當(dāng)長度達(dá)到一盤支架長度時(shí),即可加架子。

(2)減支架。

減支架時(shí)替棚與加架時(shí)相同,但所替木棚梁在撤完支架后另一端要搭在下部支架上。撤出支架后,及時(shí)加π型鋼支護(hù)。

(3)增減支架可用單體柱移架子。當(dāng)移至工作面煤幫時(shí),要調(diào)整好方向,打好戧柱,以防支架傾倒,盡量使該處工作面坡度達(dá)到最小。

4 通風(fēng)及瓦斯管理

采區(qū)設(shè)計(jì)風(fēng)量為500m³/分,最大時(shí)為687 m³/分。瓦斯絕對涌出量為5.58 m³/分,相對涌出量為8.04m³/噸。開采前,在+180西翼大巷打鉆與本區(qū)5層舊采跡連通,采取高位尾巷抽放。抽放濃度為44%,抽放量為4.64m³/分。

在回風(fēng)順槽內(nèi)設(shè)鉆場,開采前打防煽鉆4鉆,分別比支架頂板高4m、6m、8m、10m。開采中,每隔10-15m向上層舊采跡打抽放鉆孔進(jìn)行抽放,也可在回風(fēng)順槽后砂口插明管抽放。通過采取以上抽放措施,回風(fēng)瓦斯?jié)舛然究刂圃?.5%以內(nèi)。

各抽放地點(diǎn)要天天取樣化驗(yàn)分析,使抽出量與涌出量相適應(yīng),以免造成抽放量過大供氧充分而發(fā)火。

5 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

6 總結(jié)

通過2110區(qū)9-13層開采的實(shí)踐對比,大傾角開采比水平開采提高了工作面的單產(chǎn)水平及回采率,降低了掘進(jìn)率及回采成本,為集團(tuán)公司在傾斜煤層按大傾角布置工作面開采創(chuàng)出了一條新路。