薄煤层综采工作面安全高效开采技术实践与应用.doc

薄煤层综采工作面安全高效开采技术实践与应用 摘要：为解决平禹煤电公司二矿薄煤层安全高效开采技术这一难题，通过选择合理的工艺参数，采用综合机械化采煤工艺，实施有效地技术措施及现场的管理，实现安全生产高效生产，提高了产能及经济效益。为综合机械化采煤工艺在薄煤层复杂条件下实现安全高产高效技术探索出了一条新途径。 关键词：薄煤层 安全高效 实践与应用 随着中厚煤层的枯竭，若薄煤层不能及时合理开采，必然会造成煤炭资源浪费，影响矿区可持续发展。我国薄煤层是指厚度小于1.3 m的煤层，分布广泛，储量丰富，资源储量达61.5亿t。由于受工作面空间的限制，造成我国薄煤层的开采长期处于劳动强度大，机械化程度低，安全系数低，经济效益低的“一大三低”的窘境。因此探讨和研究薄煤层高产高效开采技术对我国煤炭工业具有重要意义。 平禹矿区为我国地方煤矿重点矿区之一，煤田煤系地层属石炭二叠系，开采矿井多，矿区早期主要采用炮采、炮掘工艺进行开采，根据煤矿开采发展趋势及矿井发展规划的要求，现有的生产能力满足不了矿井发展的需要，为此平禹矿区开展对五2不稳定薄煤层安全高效技术研究，从2009年开始平禹煤电公司陆续在平禹二矿、平禹六矿、平禹凤翅山矿等多对矿井推行综合机械化开采，通过矿井机械化程度的提高，达到安全高产高效的目的，进一步推动矿区发展。 1、工作面地质概况 河南平禹煤电有限责任公司二矿（简称平禹二矿）位于禹州市鸿畅镇。井田位于禹州煤田东南部三峰山矿区中段，井田内可采煤层三组，分别为二1、五2、六4煤层，现主采五2煤层，二1煤层为下步主采煤层。五2煤层位于二迭统下石盒子组地层中，煤层厚度1.01.4m，平均1.2m。硬度系数小于2f。煤层倾角17°。地质条件复杂。伪顶为厚0.20.5 m炭质泥岩，平均厚0.3m；直接顶为砂质泥岩；底板为细粒砂岩。水文地质条件简单。33070工作面采用走向长壁式布置，开采水平-327-372m，走向长1455m，采长160 m，采高1.6 m，可采储量0.484Mt。 2、工作面主要设备的选型 2.1“三机”选型原则 采煤机的选型是综采工作面设备选型配套的首要问题。充分考虑煤层开采的地质条件、工作面设计生产能力、矿井系统配套能力及设备供应状况等因素。 液压支架是综合机械化采煤工作面主要装备之一，支架的选型应满足：支护强度与工作面矿压相适应；支架结构与煤层赋存条件相适应；支护断面与通风要求相适应；推移连接装置与采煤机，刮板输送机等设备相匹配。 工作面刮板输送机生产能力的选型原则是运输能力：保证采煤机采落的煤炭全部运出，并留有一定的备用能力；结构：与采煤机和液压支架结构匹配。考虑工作面运输条件差，刮板输送机实际运输能力尽量选得大一些。 2.2设备的选型 2.2.1“三机”的选型 参照国内外高产高效矿井工作面装备情况，经过科学计算，选用国产MG200/456-WD型无链电牵引采煤机、ZY4000-10/20型掩护式液压支架和SGZ-764/500型刮板输送机相配套使用。“三机”主要技术参数如下表： 表1 采煤机技术参数 项目 型号规格 单位 采煤机型号 MG200/456-QWD 截割高度 1.12.4 m 适应煤层倾角 35 ° 总功率 456 kW 截割功率 2×200 kW 牵引功率 2×25 kW 电压等级 1140 V 滚筒直径 1400 Mm 机面高度 853 Mm 截深 600 Mm 摇臂摆动中心距 5170 Mm 牵引方式 齿轮销轨式 牵引力 2×220 kN 牵引速度 06 m/min 重量 22 t 表2液压支架的主要技术参数 项目 型号规格 单位 支架型号 ZY4000/10/20 高度 1000/2000 mm 宽度 1430/1600 mm 中心距 1500 mm 系统压力 31.5 MPa 初撑力 3082 kN 工作阻力 4000 kN 支护强度 0.580.67 MPa 适应底板比压 1.671.97 MPa 适应倾角 <25 ° 推移步距 600 mm 移架力 361 kN 推溜力 272 kN 安全阀压力 40 MPa 重量 10.4 t 表3 刮板输送机的主要技术参数 项目 型号规格 单位 设计长度 173 m 输送能力 800 t/h 装机功率 2×250 千瓦 电压等级 1140/660 伏 链速 1.07 m/s 刮板链 型式 双中心链 链距 120 mm 圆环链规格 30×108 mm 中部槽 型式 整体铸焊封底溜槽 规格 1500×764×290 mm 中板厚度 30 mm 卸载方式 端卸 冷却方式 水冷 2.2.2乳化液泵 为了适应综采工作面快速移架、推移输送机的需要，乳化液泵站选用国产WRB200/31.5型乳化液泵站。流量：200L/min；压力：31.5MPa；单机功率：125kW；电压：1140V。 3、工作面采煤方法及回采工艺 工作面采用单一走向长壁后退式采煤法，综合机械化采煤，局部薄煤带使用打眼放炮采煤，全部垮落法控制顶板。 1）工艺流程：采煤机割煤、装煤运输机运煤移架推运输机。 2）采煤机进刀方式：采煤机采用双向割煤端部斜切进刀、往返割两刀的作业方式。 3）移架方式：工作面移架采用依次顺序式移架。移架滞后采煤机后滚筒3-5架，顶板破碎地段采用跟机带压移架或交错式移架，移架步距0.6m。 4）推移刮板输送机：推移刮板输送机滞后移架10-15米进行，推移机头机尾时，机头机尾与过渡槽整体要推移，工作面中部槽逐节推移，刮板输送机移出后应保持平直，并且弯曲段距离不少于15米。 5）作业方式：工作面采用“三八”工作制度，两班半采煤半班检修的生产作业方式，采用正规循环作业方式，每天10个循环，每个循环进度0.6m。 6）支护形式及采空区处理。工作面安装ZY4000-10/20型掩护式液压支架100，对顶板实行全部垮落法控制。 7）端头及三角区支护。工作面上下端头采用4对8根4000mm长的型钢梁与单体柱配合迈步支护，每对梁间距500mm，同步梁间距为1000mm，布局为600mm，一梁四柱，上下端头在切顶排的顶梁末端处支设1排密集支柱。 8）超前支护：超前支护采用DZ-2500型单体液压支柱配合DZJA-1000mm型铰接梁支护，一梁一柱，液压支柱打在铰接梁的中间。 4、生产过程中遇到的问题及解决措施 4.1生产过程中遇到的问题 1）由于煤层平均1.2m，且地质条件复杂，小地质构造发育较多，采面生产推进过程中多处出现断层现象，断层落差均在2m 以下，给工作面回采带来和大困难。 薄煤层工作面空间小，随着工作面推进的加快，瓦斯相对涌出量由原来的1.19m3/min增大至5.38m3/t ，瓦斯绝对涌出量由原来的1.92m3/min 增大至4.64m3/min米，时常出现工作面上隅瓦斯超限现象，严重影响了安全生产。 3）采面煤层薄，且地质构造较多，工作面破顶底板较多，设备磨损较快，机电设备事故时常发生，严重影响安全生产。 4.2 技术措施 4.2.1工作面过断层措施 1.过断层方法 1）调整采高法。当断层较小，断层上下盘顶底板之间的煤层高度大于设备允许的最小割煤高度时（如图1），采取留顶煤或留底煤的方式降低采高先估算出工作面距断层前方所需要的过渡段，通过调整割煤高度来通过断层实际操作时采取留顶煤或底煤过断层。通过断层后逐步见顶见底开采，恢复原采高，采煤机每刀留顶煤或留底煤的厚度通常为100150mm。 图1 落差H1很小 1）挑顶窝底法。当断层落差较大，断层上下盘顶底板之间的煤层高度小于设备允许的最小割煤高度时（如图2），如果工作面顶底板围岩比较松软时，采取挑顶或卧底使煤机截割围岩强行通过断，同时每刀挑顶或卧底量不得超过150mm；如果工作面顶底板围岩坚硬，采煤机滚筒割不动时，必须对断层进行超前处理，可采取放震动炮挑顶或起底的方法。放炮时要注意炮孔距预计的挑顶后工作面顶板的距离，距离太小会使顶板受到影响，增加工作面通过时顶板管理的难度。经实践证明，深孔爆破裂隙带的直径一般为700mm。 图2 落差H2较大 2.施工方法： 1）采煤机割近断层处时，应逐步减小采高，以减少破岩量和增加支架的稳定性，但是支柱要留有足够的伸缩量，以防压死支架。 2）当岩石硬度f<4时，可采用采煤机直接割岩，牵引速度应减小，滚筒应低速选装；当岩石硬度f4时，可采用深孔松动爆破技术进行松动岩石。 3）采用两个循环、一次爆破方式处理断层全岩段，一次打眼深度确定为1.4m，炮眼为五花眼布置，装药量为0.3kg，爆破后及时拉超前架支护顶板，这种爆破方式可保证每班正常割煤达到两个循环。 4）带压擦顶移架。断层带顶板破碎，移架时支架仍保持一定的工作阻力，使顶梁贴着顶板前移，以降低移架所造成的顶板破坏。 5）挑顺山梁。采煤机割煤后，如果新暴露出来的顶板在短时间内不会垮落，而在支架卸载前移时才有可能垮落，则采用挑顺山梁的方法。移架时先移顶板较完整处的支架，并在支架前梁上沿平行工作面方向架设12根临时的木梁（或废旧的轨道、铁管等），以便挑住附近不完整的顶板，然后再移顶板破碎处的支架。 4.2.2瓦斯管理措施 为杜绝瓦斯局部积聚造成工作面事故的发生，通过全面分析研究和生产实践，采取了以下措施： 1）增加了工作面甲烷传感器的数量，加大对工作面瓦斯的监测范围，特别针对上隅角瓦斯，要做到实时监测。 2）加强机尾挂设风障管理。自工作面上出口向下5m开始至上隅角放顶线处挂设风障，风障用风筒布打设，随采面放顶线及时回撤并重新打设，保证过风量不少于总回量的20%。 3）上隅角安装瓦斯抽放系统。根据该工作面瓦斯涌出的不稳定性，为确保安全生产，增加了瓦斯抽放系统，在地面新设置一套瓦斯抽放泵站，通过加强对该工作面上隅角的管理，杜绝瓦斯超限现象。 5、效果分析 通过回采实践表明，薄煤层综合机械化采煤方法的应用，降低了工作面劳动强度，提高了安全系数，工作面单产由原来炮采的2.36万吨/月，提高到现在的6.18万吨/月，取得了巨大的经济效益，实现安全高产高效生产。炮采与综采具体经济指标对比见下表： 表4 炮采与综采经济技术指标对照 项目 炮采 综采 日产量/t 907.8 2375 月产量/万t 2.36 6.18 出勤人数/人 190 116 月工资总额/万元 42.0 36.2 月人均工资/元 2210 3120 回采工效/（t错误！未找到引用源。工-1） 4.8 20.5 月材料费/万元 41.07 32.03 工资/（元t-1） 17.8 5.86 材料费/（元t-1） 16.3 4.2 直接成本/（元t-1） 34.1 10.06 6、结语 1）平禹二矿薄煤层工作面通过合理的对综采设备配套选型和科学的生产管理，工作面单产由原来炮采的2.36万吨/月，提高到现在的6.18万吨/月，取得了巨大的经济效益，实现安全高产高效生产。 2）与传统炮采煤工艺相比，薄煤层综合机械化采煤工艺安全、高效，降低了职工劳动强度和材料消耗，大大提高了生产效率和安全系数，改善了工作环境，使矿井安全生产得到稳步提高，经济效益得到明显改善。 3）禹州矿区薄煤层综合机械化采煤技术的成功应用，为薄煤层安全高效生产奠定的坚实的基础，对其他相似条件的工作面开采，具有和好的借鉴作用。 作者简介： 李怀军（1962-），男，汉族，河南襄城县人，工程师， 2005年毕业于河南理工大学。长期从事煤矿开采技术管理及研究工作，现任平禹煤电公司副总经理。