艾合買提·伊力亞斯
摘 要:合理的采煤方法及采煤工藝是建設(shè)高產(chǎn)高效礦井的關(guān)鍵,結(jié)合新疆天辰礦業(yè)蘇杭河煤礦的地質(zhì)條件,綜合考慮各方面因素,提出了一套適合本礦井的采煤方法及工藝,且提高了礦井采煤機(jī)械化程度,減少井下工作面設(shè)備費(fèi)用及井下人員數(shù)量。
關(guān)鍵詞:采煤方法;水力采煤;工作面參數(shù)
中圖分類號:TB
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1672-3198(2015)10-0188-02
1 礦井概況
蘇杭河煤礦位于拜城縣城西北50km,在眾維煤礦東側(cè),行政區(qū)劃屬阿克蘇地區(qū)拜城縣鐵列克鎮(zhèn)管轄。杭河煤礦年設(shè)計生產(chǎn)能力初期為0.45Mt/a,主要環(huán)節(jié)為0.9Mt/a,建設(shè)性質(zhì)為改擴(kuò)建,屬于中型煤礦。井田東西長4km,南北寬2.2km,井田面積8.76km2。該井田位于天山南麓低山帶,地形走向北東—南西,地形復(fù)雜程度為三類,井田溝谷發(fā)育,最大河流臺勒曲克河位于井田中部,為長年流水,一般流量為5~10m3/s,歷史上最大流量達(dá)20.59m3/s。該礦井為年產(chǎn)0.45Mt/a的改擴(kuò)建礦井,開拓方式為平硐—暗斜井,采煤方法為采用走向長壁偽傾斜柔性掩護(hù)支架爆破落煤采煤法,于2010年4月1日開工建設(shè),基本建設(shè)已完成,2013年年初開始試生產(chǎn),但是,實際采用該采煤方法后存在很多問題。
2 礦井采用的偽傾斜柔性掩護(hù)支架爆破落煤采煤法存在的問題
該礦井2013年年初開始試生產(chǎn),使用的采煤方法為偽傾斜柔性掩護(hù)支架爆破落煤采煤法,已開采了五個工作面,投產(chǎn)時兩個工作面生產(chǎn),實際生產(chǎn)能力為0.25Mt/a。但是,實際采用該采煤方法后存在以下問題:
(1)經(jīng)現(xiàn)場實踐,該工藝推進(jìn)速度慢,工人勞動強(qiáng)度大,工作面安全系數(shù)及作業(yè)環(huán)境較差。由于煤層厚度變化較大,工人往往在處理支架下放、支架扭斜矯正、支架懸空及鋼絲繩斷繩等過程中發(fā)生事故。
(2)該采煤工藝目前尚難實現(xiàn)機(jī)械化作業(yè),工作面勞動人員多,炸藥消耗量大,噸煤成本高,礦井工效低。
(3)工作面有效但面小,通風(fēng)條件差,工作面工作環(huán)境差,難以保留工人。工作面爆破落煤,工作面粉塵大,工人得病率高。
(4)工作面單產(chǎn)低,目前一個工作面年產(chǎn)量才0.13Mt/a。
(5)該礦井試生產(chǎn)時間已到期,因為,目前采用的偽傾斜柔性掩護(hù)支架爆破落煤采煤法不符合國家行業(yè)政策(沒有機(jī)械化開采),當(dāng)?shù)匦袠I(yè)管理部門無法驗收。
3 采煤方法的選擇
3.1 采煤方法的選擇
3.1.1 水力采煤的可行性
蘇杭河煤礦擬采用水力采煤進(jìn)行開采,下面根據(jù)水力采煤的特點(diǎn)對蘇杭河煤礦進(jìn)行可行性分析:
(1)地質(zhì)構(gòu)造:水力采煤巷道及工作面布置靈活,對地質(zhì)構(gòu)造適應(yīng)性強(qiáng),特別是斷層多,傾角大及傾角變化大時更具有明顯的優(yōu)勢,水力采煤適應(yīng)煤層傾角為6°~90°,蘇杭河煤礦煤層傾角平均在62°,適合利用水力開采。
(2)煤層厚度:水力采煤對煤層厚度適應(yīng)性強(qiáng),特別是煤層厚度變化大時具有較強(qiáng)的優(yōu)勢,蘇杭河煤礦7層煤煤層厚度最大處為6.05m,最小處為0.53m,煤層厚度變化相對較大,適合水力采煤法。
(3)頂?shù)装鍡l件:煤層頂、底板條件較好,均為中砂巖或細(xì)砂巖,允許頂板暴露面積為80m2~100m2左右,這不但有利于提高回采率,還有利于巷道的掘進(jìn)與支護(hù)。因此,該頂?shù)讞l件均可滿足水采回采落煤工藝的要求。
(4)瓦斯條件:《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,突出煤層中的突出危險區(qū)、突出威脅區(qū),嚴(yán)禁采用放頂煤采煤法、水力采煤法、非正規(guī)采煤法采煤。蘇杭河煤礦上部瓦斯低為瓦斯礦井,下部為高瓦斯礦井,煤層無突出,可采用水力采煤法。
(5)煤層硬度:通過對Ⅳ7和Ⅳ13層采樣用搗碎法測定,普氏硬度系數(shù)f值為0.45~0.6,屬于軟煤層,從目前水力落煤技術(shù)水平分析,判定該煤層屬高壓水射流易破碎型,有利于水力落煤。
(6)煤泥處理:蘇杭河礦地面建有選煤廠,煤泥可直接進(jìn)入選煤廠進(jìn)行洗選,降低生產(chǎn)成本。
(7)水源條件:水力采煤水系統(tǒng)為閉路循環(huán),因煤炭會帶走部分水分,需要進(jìn)行補(bǔ)水,蘇杭河煤礦緊臨臺勒曲克河,能夠滿足水采生產(chǎn)要求。
(8)礦井供電:礦井現(xiàn)有供電系統(tǒng)不能滿足供電要求,需增加供電容量。蘇杭河煤礦周邊四個大型變電站,具備礦井增容空間。
通過以上分析,蘇杭河煤礦利用水力采煤是可行的。
3.1.2 水力采煤的必要性
礦井煤層傾角平均62°,開采煤層為7層,煤層厚度最大處為6.05m,最小處為0.53m,由于煤層較薄,無法采用大傾角綜采開采;礦井現(xiàn)采用柔性掩護(hù)支架采煤法,該采煤法單面產(chǎn)量較低,對煤層厚度變化適應(yīng)性差,如煤層厚度變化,會造成回采率降低,生產(chǎn)能力下降;從安全方面,護(hù)架下放時容易發(fā)生事故。通過以上分析,礦井采用水力采煤方法是必要的。
3.1.3 水力采煤方法的選擇
水力采煤方法按回采工作面推進(jìn)方向的不同,主要分為傾斜漏斗式采煤法和走向小階段式采煤法。傾斜漏斗式采煤法又分為單面漏斗式和雙面漏斗式采煤法,它一般沿煤層傾向方向布置回采工作面,因此,它適用于對緩傾斜煤層的開采。走向小階段式采煤法一般沿煤層走向方向布置回采工作面,因此,它適合于對傾斜和急傾斜煤層的開采。由于蘇杭河煤礦煤層傾角大,屬于傾斜煤層,綜合考慮煤層地質(zhì)條件、通風(fēng)等情況,確定采用小階段式采煤法。
3.2 水采工作面參數(shù)
3.2.1 采垛參數(shù)
(1)采垛的長度L:水射流沖采距離主要受水槍有效射程、頂板允許暴露面積和水采生產(chǎn)能力所決定。因此,結(jié)合該礦開拓實際情況,確定采垛的長度(沿煤層傾向,即兩回采順槽之間煤柱長度)L=15m為宜。
(2)采垛的移槍步距X:該礦煤層采垛的移槍步距不能過小,應(yīng)大于采垛上側(cè)采空區(qū)可能竄矸的距離,根據(jù)計算和實際生產(chǎn)經(jīng)驗,確定移槍步距X=8m。
(3)采垛的最終沖采角θ。
由于該礦煤層傾角較小,采用小階段式采煤法。沖采角主要是以保證采垛內(nèi)的煤水能夠外運(yùn)為前提來確定。因此,根據(jù)水采礦井采用小階段式采煤法的經(jīng)驗,沖采角θ=50~60°。
3.2.2 回采順序
(1)采垛落煤順序:采用閉式落煤順序。
(2)回采順序:水采首采區(qū)為上山開采,煤分區(qū)段由上至下進(jìn)行回采,每一區(qū)段按煤層上下順序進(jìn)行回采。每一層煤每區(qū)段劃分為三個小階段進(jìn)行交替回采,工作面沿回采順槽逐垛進(jìn)行后退式回采,5層煤回采順序也是按區(qū)段由上至下進(jìn)行回采。
3.2.3 水采工作面推進(jìn)度
為了便于管理,每班退槍2次,開槍時間為4~6小時,工作制度為3班生產(chǎn),日采垛個數(shù)6個,日退尺為48m。
3.2.4 工作面生產(chǎn)能力
經(jīng)計算,回采工作面年產(chǎn)量Q=52萬t,各煤層交替回采,按煤層平均厚度計算,生產(chǎn)能力能夠滿足45萬t/a的要求。
4 結(jié)論
該礦井目前能使用的采煤方法只要兩種:水力采煤與目前使用的柔性掩護(hù)支架采煤法進(jìn)行技術(shù)比較。水力采煤有以下突出優(yōu)點(diǎn):
(1)采用高壓水射流落煤,在工作面無帶電設(shè)備,不會發(fā)生電氣設(shè)備引發(fā)的事故。
(2)人在有加強(qiáng)支護(hù)的巷道內(nèi)距工作面30米外視屏控制作業(yè),不進(jìn)入無支護(hù)的采場落煤作業(yè)區(qū)域,能保證人員不受頂板冒落危害,保證人員安全。
(3)水采可有效抑制煤塵,在采運(yùn)過程中不會產(chǎn)生煤塵,防止煤塵爆炸。水采煤塵小,可減少塵肺病的發(fā)生。
(4)水力采煤實現(xiàn)機(jī)械化開采,生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng),單面產(chǎn)量相對高,有利于提高產(chǎn)量。水采對煤層厚度、傾角等產(chǎn)狀變化適應(yīng)性強(qiáng),可提高回采率,且工人勞動強(qiáng)度低,工作面安全系數(shù)及作業(yè)環(huán)境好。
(5)工作面人員少,回采時只有正副司機(jī)兩人,減少人員傷亡概率,而柔性掩護(hù)支架采煤法在工作面人員實際有10個左右。