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      基于礦井中厚煤層放頂煤開采技術研究

      2019-03-08 03:17:08蔡永吉
      西部論叢 2019年8期
      關鍵詞:開采技術

      摘 要: 隨著高產(chǎn)高效礦井的建設,綜合機械化開采已成為現(xiàn)代礦井的主要開采方式,然而在工作面的采掘過程中,放頂煤采煤方式始終是一個需要解決好的問題,本文以大同煤礦集團晉華宮礦中厚煤層放頂煤開采技術為研究對象,對中厚煤層放頂煤開采進行了闡述,值得其他類似工程借鑒。

      關鍵詞: 中厚煤層 放頂煤 開采技術

      山西大同煤礦集團晉華宮礦為多井口大型礦井,年產(chǎn)量600多萬t,主要含煤地層為下侏羅統(tǒng)大同組,主要開采12-3#層煤。其12-3#層煤是侏羅紀最下一層煤,屬不太穩(wěn)定煤層,煤層厚度最薄2.32m,最厚達6.08m,平均3.84m,平均埋深306m;老頂為灰色中細砂巖,具水平層理,厚度為11.15 ~15.61m,平均13.44m,普式系數(shù)為5~6;直接頂為細砂巖,炭質(zhì)泥巖,層理發(fā)育,厚度為1.18~1.8m,平均為1. 52m,普式系數(shù)為4.5~5.2;偽頂為細砂巖,厚度0~1.8m;底板為炭質(zhì)泥巖,厚度較厚。采煤工作面采用走向長壁后退式回采,采用全部垮落法管理頂板,采煤方法為綜采一次采全高,低位放頂煤開采。

      1 提高放頂煤開采的采出率

      1.1提高了頂煤放出率。對于軟煤層,由于混矸多,該礦著力于支架放煤機構(gòu)的研制和放煤工藝的改進,以降低含矸率為主要目的。而對中硬以上的煤層,由于冒落塊度大,難以放出,頂煤放出率低,把主攻方向放在增加頂煤的冒放性,以增加頂煤放出率。采取沿空掘巷,采區(qū)不留階段平巷煤柱,由下一個采區(qū)平行于上采區(qū)巷道掘進的放煤方法,使工作面采出率始終保持在80%以上。

      1.2提高了工作面采出率。當頂煤放出率問題基本得到解決以后,影響采出率的問題主要集中在工作面端頭損失和初采與末采損失上,這兩部分損失約占工作面總損失的36.5%。 為此,該礦在認真研究支承壓力分布特征和頂煤壓裂規(guī)律的基礎上,概括出工作面三段式壓力分布理論,提出在技術上可能的前提下,加大工作面傾斜寬度和走向推進長度來降低這部分損失。同時,為減少端頭損失,改進了端頭支架及支護方式。在減少初采率損失的過程中,廣泛應用了超前開頂層小切眼爆破頂煤、滯后開切眼爆破頂煤、深孔爆破初次放頂煤等人為增加頂煤自由面的技術。為減少末采損失,采用了鋪設舊鋼絲繩、金屬網(wǎng)及專用錨網(wǎng)索支護等護頂措施。

      1.3提高了采區(qū)采出率。該礦在工作面采出率和頂煤放出率得到較好的解決后,大膽采用沿空掘巷、沿空留巷及窄小煤柱護巷等技術,使區(qū)段護巷煤柱損失大大減少。通過將原采區(qū)重組、在新設計時盡量擴大采區(qū)范圍等措施,使采區(qū)護巷煤柱損失進一步減少。

      2加強對長距離、大斷面的采準巷道支護和維護

      該礦采煤工作面采用走向長壁后退式回采方法?;夭上锏罃嗝嬷饕晒ぷ髅嬖O備選型布置和風量等因素決定,若采用其他采煤方法時斷面大,支護與日常維護問題也比較突出,支架易處于臨界失穩(wěn)狀態(tài),尤其是頂梁彎曲撓度增加,受采動影響,頂板移近量劇增。

      采用單體液壓支柱排行鋼梁支護方式具有較高的斷面利用率,而且受采動影響后圍巖變形量較小,有利于端頭維護,支護工作量小、成本低,是一種較為理想的支護方式?;虿捎靡跃郯滨橹鞯暮铣刹牧?,將兩種組分物質(zhì)同時注人錨桿孔內(nèi),混合后迅速滲人煤體縫隙并膨脹硬化,實現(xiàn)錨桿的全長錨固,對煤體有較高的抗變形能力和較強的粘結(jié)度,同時起到煤體化學加固和錨桿支護雙重作用。

      3做好綜采放頂煤開采設備選型及工藝優(yōu)化

      放頂煤開采設備選型與配套受多種因素影響,主要應考慮采區(qū)和工作面的地質(zhì)條件,如煤層厚度、結(jié)構(gòu),傾角、圍巖性質(zhì),煤的層理及節(jié)理發(fā)育情況以及水文地質(zhì)、瓦斯等。

      3.1 在緩傾斜中硬厚煤層放頂煤開采時,為保證較好的放煤效果,合理選擇放煤口的形狀和大小,優(yōu)先選用可松動頂煤的低位放頂煤支架,并根據(jù)老頂巖性、來壓方式、直接頂厚度及垮落特征等因素確定支架的工作阻力,以利于頂煤的離層。

      3.2 在傾斜厚煤層實施放頂煤開采中,重點應提高支架的穩(wěn)定性和抗扭性,從而避免倒架和下滑。具體是選用底座與掩護梁相連接的掩護式液壓支架,提高掩護梁的抗扭強度,保證支架在大傾角條件下能正常工作。在工作面下端頭設置端頭支架以對全工作面支架起定位作用,防止工作面支架下傾下滑。

      3.3放頂煤開采必須講究工藝優(yōu)化,合理的放采比主要取決于開采煤層厚度、煤層的自然特征(如硬度、傾角、裂隙發(fā)育程度等)和支架技術特征以及采放工藝,厚煤層開采,底層采高一般為2.5~3.5m,最大放采比一般不超過3,特別是在頂煤較硬的情況下,放采比過小,混矸率則較高,一般放采比不宜小于0.6,原則上講冒放性好的煤層放采比可適當大一些,否則放采比應小一些,我國大多數(shù)情況下放采比取1~2。

      4解決礦井通風與安全問題

      放頂煤開采由于工作面開采強度大,瓦斯涌出相對集中,要求從礦井通風系統(tǒng)、采區(qū)通風系統(tǒng)及工作面通風系統(tǒng)等方面都要以低耗、高效、安全為準則進行合理規(guī)劃,更好地為高產(chǎn)、高效、安全的集約化生產(chǎn)提供安全保障,不斷探索放頂煤工作面的自然災害隱患規(guī)律,因地制宜地采取強有力的礦井瓦斯、火災和粉塵防治措施,確保安全生產(chǎn)。

      瓦斯綜合治理是厚煤層開采中不可忽視的問題。采放高度達6.8m的綜放工作面,冒落帶高度達36.5m,約為采放總高度的6倍,而在相同條件下的分層開采工作面(采高2.2m),冒落高度只有18m左右,故綜放開采時無論來自本煤層還是鄰近層的瓦斯都特別大,表現(xiàn)在工作面瓦斯涌出強度增大、局部瓦斯積聚加劇、初采期瓦斯涌出量大且集中,瓦斯治理難度大。在綜放面構(gòu)建“U"形、“U+L"形、“U+I"形通風系統(tǒng),通過配高抽巷和配大直徑鉆孔等引排和抽放等瓦斯治理揩施,解決綜放面的瓦斯問題。

      在突出危險的煤層中進行放頂煤開采一直是比較敏感的問題。近年來,采用開采保護層、預采頂分層并配以高強度的綜合瓦斯抽放等技術和研究彈性波技術、電磁波技術和紅外線探測技術在內(nèi)的非接觸式預測預報技術,保障了突出危險性預測的實效性。

      在綜采放頂煤開采工作面的粉塵防治工作中應做好煤層注水、噴霧降塵等基礎性工作。放頂煤開采粉塵治理的關鍵是做好煤層注水工作,在現(xiàn)有注水的基礎上,進--步研究長鉆孔鉆機鉆具,推廣雙排或上下交叉鉆孔,并添加濕潤劑,使全煤體濕潤,實現(xiàn)注水降塵和提高頂煤冒放性的雙重效果。

      參考文獻

      [1] 高飛,綜采工作面放頂煤采煤工藝流程研究,能源與節(jié)能,2016.06

      [2] 陳連省,大采高綜采面新型除塵裝置的研制及應用,山東煤炭科技,2014 .04

      [3] 王榮超,厚煤層放頂煤開采技術,中國煤炭工業(yè)管理,2006.01

      作者簡介:蔡永吉 (1997.06—)男,漢族,山西和順縣人,系山西大同大學煤炭工程學院采礦工程系15級學生。

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