炮采放顶煤采矿法在煤系硫铁矿中的应用

杨周成

(贵州开阳白马磷肥有限公司金沙县三元硫铁矿厂, 贵州金沙县 550301)

炮采放顶煤采矿法在煤系硫铁矿中的应用

杨周成

(贵州开阳白马磷肥有限公司金沙县三元硫铁矿厂, 贵州金沙县 550301)

在煤系硫铁矿中,煤层、硫铁矿层为直接顶底板关系,针对这一特殊情况,通过对厚矿层采矿方法的比较,结合炮采放顶煤的适用条件,开展煤、硫铁矿层同采的实践,并取得了较好的效果。介绍了同时开采煤层、硫铁矿层的回采方案和技术。

煤系硫铁矿;炮采放顶煤;回采工艺

贵州省金沙县三元硫铁矿床为煤、硫铁矿伴生,且互为顶底板的关系,本矿的101首采工作面采用煤矿、硫铁矿同采(以下称煤、硫同采)的采矿方案,即炮采放顶煤采矿法(一次采全高),不仅保障了安全生产,而且还取得了显著的经济效益。

1 矿区地质概况

(1)矿层产状。矿层倾角平均14°,为倾斜矿层。煤、硫铁矿层平行共生,硫铁矿层与共生的煤层是直接顶底板或互层的关系。矿区内无较大的地质构造,没有大的断层。可采煤层M12煤层,俗称“7层煤”,平均厚度2.7m,为黑色的粉状煤,含少量的黄铁矿结核及颗粒,顶板为灰色、黑灰色中厚层炭质泥岩及灰泥灰岩,平均厚3.5m;底板为2.5m左右厚的粘土泥岩硫铁矿,黄铁矿呈聚晶团块状分布于灰色粘土泥岩中,灰色粘土泥岩下部是浅灰色中厚层灰岩,未见底。

(2)瓦斯。根据对临近的天生桥、红兴煤矿的调查,该矿区瓦斯含量高(天生桥煤矿相对瓦斯涌出量为10.4m3/t左右,绝对涌出量为0.8m3/min左右),暂时应按高瓦斯矿区考虑,但在浅部开采过程中,工作面瓦斯涌出量很低,光学瓦斯检定器实际检测读数为0.04%。根据相邻煤矿“煤尘爆炸性鉴定报告”可知,本矿区煤尘无爆炸危险性,煤层自燃发火倾向为3类,为不易自燃煤层。

(3)水文地质。进行水文地质调查,但根据原煤层开采时的涌水量调查,预计矿山正常涌水量为100m3/h,最大涌水量为250m3/h,主要矿床充水因素为底板充水,矿床底板直接充水含水层为茅口灰岩岩溶裂隙含水层,出露于矿区中西部,出露面积较广,富水性强。据生产地质报告,硫铁矿层与茅口灰岩之间仅隔一层平均厚约2.5m的含硫铁矿粘土岩,该岩组力学强度值低,水稳定性差,不具备隔水能力,如遇卡斯特突起面,硫铁矿层直接和茅口灰岩直接接触,因此,底板突水为矿床主要充水因素。

2 煤与硫铁矿同采技术

煤、硫铁矿同采利用炮采放顶煤采矿技术。

炮采放顶煤采矿法的实质就是沿矿层(或分段)底部布置一个采高2～3m的长壁工作面,用常规的放炮落矿方法进行回采,利用矿山压力的作用或辅以人工松动方法,使单体液压支柱上方的顶煤破碎成散体后由支柱后方放出,并用刮板输送机运出工作面。本矿区矿层总厚度5.2m左右,矿层倾角平均14°,满足炮采放顶煤采矿法的适用条件。

通过对工作面跟班总结,炮采放顶煤采矿法主要具有以下优点。

(1)开采强度大。

(2)单产高。工作面内具有多个出煤点,而且可实行分段平行作业,即在同地段采硫铁矿的同时可预松动放煤(炮采工作面长度为45m),采用一采(1.5m深的硫铁矿)一放(1.5m深的煤),一个循环可采出硫铁矿573.75t(硫铁矿容重:3.4t/m3),煤246.0375t(煤矿容重1.35t/m3),因而易于实现高产,相比之前一个循环单采煤(1.5m深的煤矿)246.0375t,提高了近3倍的矿石采出量。

(3)效率高。由于放顶煤工作面的一次采出厚度大(5.2m),生产集中,放煤工艺劳动量小,以及出煤点增多等原因,其生产效率和经济效益大幅度提高。

(4)成本低。放顶煤采煤法比分层开采减少了分层数目和铺网工序,由此节省了铺网工时和铺网费用。此外,其他材料、电力消耗、工资费用等也都会得到相应减少。

(5)巷道布置及生产系统简单,巷道掘进量小。掘进1条运输平巷,1条回风平巷,1条切眼,而分层开采则需掘进2条运输平巷,2条回风平巷,2条切眼。故可减少掘进量和巷道维护费用,便于采掘接替。

但是炮采放顶煤采矿法(煤、硫同采)也有如下缺点。

(1)煤损多。在目前的技术水平条件下,放顶煤开采的工作面煤炭采出率一般比分层开采低10%左右,即使采用了无煤柱护巷技术,初采和末采损失和工艺损失仍将存在,留在采空侧不能进入刮板输送机的煤无法运出,故煤损较多。

(2)煤尘大。在放顶煤工作面,放炮落煤、支柱操作时的柱间漏煤及放煤工作均为粉尘的来源。因此除在放煤时需设喷雾装置外,还可采用煤柱预注水湿润煤层的方法,本矿采用了煤层注水、湿式打眼、水封爆破落煤、防尘水幕,以及在巷道转载点处喷雾和对巷道周期性清、冲、刷等综合防尘措施,实践效果表明,该措施能够有效地防治矿尘。

3 回采工艺简述

3.1 放顶煤工作面概况

放顶煤开采的生产效率和煤炭的采出率一方面取决于顶煤的冒落是否充分,另一方面则取决于是否能将冒落下来的顶煤尽可能多的顺利放出。因此可以说,在顶煤冒放性较好的条件下,顶煤的采出率及放顶煤效果取决于合理的放顶煤工艺参数的确定。由于矿井设计生产能力及普采工作面支护的限制,工作面长度选用了45m,放顶煤时分3段,每段15m。

3.2 放顶煤的运输方式

放顶煤回采工作面采用钻眼爆破法落矿,人工辅助装矿,硫铁矿矿壁一侧刮板运输机装运硫铁矿,采空区一侧的刮板运输机装运煤炭,运输顺槽采用刮板运输机将矿石或煤炭装到1t固定矿车上,然后通过运输顺槽及主斜井提升至地面矿仓。

3.3 回采工艺方式

(1)落矿。要求工作面煤壁平直,不留顶矿和底矿,不破坏顶板,不崩倒支柱和不崩翻工作面输送机,尽量降低炸药和雷管消耗。

(2)装矿。炮采工作面采用两台刮板输送机运输矿石,在单体液压支柱及铰接顶梁所构成的悬臂支架掩护下,输送机贴近硫铁矿壁,有利于爆破装硫铁矿,另一台在预松动爆破下装煤。运输顺槽采用刮板运输机将硫铁矿矿石或煤炭装到1t固定矿车上运出。

(3)运矿。工作面运矿是炮采面实现唯一机械化的工序。输送机移置器多为液压式千斤顶,工作面内每6m设1台千斤顶,输送机机头,机尾各设3台千斤顶。移置输送机时,应从工作面的一端向另一端依次推移,以防输送机槽拱起而损坏。

(4)支护。落矿时,爆采深度应与铰接顶梁长度相等。一梁一柱,正悬臂齐梁直线柱布置,及时挂梁和支设单体液压支柱。为便于控制工作面顶板及便于顶煤的放出,用金属网、荆芭和背木棍联合护顶。当工作空间达到最大控顶距时,为了加强对放顶处顶板的支撑作用,回柱之前,结合本矿实际,采用了斜撑支柱、木垛作为特种支护。工作面正常回采时的布置如图1所示。

图1 工作面布置

(5)放煤。采取分段间隔分轮次放煤。工作面回柱放顶全部结束后,为防止顶板垮落对硫铁矿工作面造成的威胁,推出切眼后及时放煤,这不仅有效提高了煤炭的采出率,而且对顶煤的冒落也比较有利。顶煤厚度较大,故采用“一采一放”。放煤步距1m,即开一道帮放一次煤。在空巷侧从运输机上沿起开始剪网,放煤口剪成工字形,宽0.4m。采取分段、间隔、分轮次放煤,放煤段保持10m以上的距离,放煤口最小间距为1.25m,每轮放煤量为1/3,分3轮将顶煤全部放完,放完煤后,放煤口重新补好网,顶煤放出率高。采取预松动爆破技术放煤效果不是很理想,为保证安全,端头煤的采出率得不到提高,煤损在此处为最大。

4 结 语

本矿总结出了一套较成熟的普通支架炮采工作面放顶煤回采技术。相对而言,倾斜分层走向长壁下行垮落采矿法,初采期间巷道掘进量大,上下分层的采面分别有各自独立的运输巷道、回风巷道和切眼;另外,铺设人工假顶的工作量大,工序复杂,由于不能空顶作业,须等待上分层顶板垮落且稳定后才可以开采下分层的硫铁矿,这会给生产的组织管理工作增加很大的难度。炮采放顶煤采矿法(一次采全高)比分层回采巷道万吨掘进率大幅度降低,回采材料消耗减少1/2,工效和工作面产量均提高近3倍。

由于分层回采受地质构造、生产工序等影响,难以布置工作面进行煤、硫铁矿同采或只能局部分层回采,而炮采放顶煤只要断层或褶曲的幅度不大于3.0m都可以布置工作面进行回采,因此炮采放顶煤回采提高了采区回采率。在今后的放顶煤实际中,还需要及时关注放煤效果的好坏和总结经验,以便更加合理的确定出适合本矿的回采工艺参数。

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2009-08-15)

杨周成(1982-),男,贵州水城人,助理工程师,主要从事采掘技术管理工作,Email:yzc1698@163.com。