文/韩有毅
韩城矿区2#薄煤层采掘失衡对策研究
文/韩有毅
韩城矿业公司现有3对生产矿井和1对在建矿井,其中南区1对生产矿井,北区有2对生产矿井和1对在建矿井,北区3对矿井的主采煤层3#煤属于严重突出煤层,煤层突出的防治一直是北区两生产矿井安全工作的重中之重,是矿井生产组织和快速发展的最大矛盾和障碍。公司根据3#煤层相邻煤层的地质特点,做出了全面开采2#解放煤层,把3#煤层的防突问题变为防治瓦斯问题来解决的突出防治战略决策。
位于山西组中下部,属于局部可采煤层,下距3#煤层8~15m。厚度0~1.7m,平均厚度0.75m,赋存情况差于下峪口井田。从钻孔资料来看,煤厚大于1.3m的钻孔占8%,小于0.8m的占50%,无煤孔占8.7%。煤层直接顶为砂质泥岩、粉砂岩,平均厚度2.76m,属于Ⅱ类中等稳定顶板,基本顶为富含白云母片的中细粒砂岩,底板为砂质泥岩及粉砂岩,厚度0.45~0.5m。煤体结构以碎裂结构煤为主,硬度系数为0.13~0.51,煤层小构造发育,断层较多,但断距不大,往往出现断顶不断底现象。
位于山西组中下部,属于局部不可采煤层,下距3#煤层4~28m。厚度0~3.01m,平均厚度1.16m,一般厚度0.7~1.5m,井田内煤层大部分可采,无煤区只有3片,赋存情况好于桑树坪矿井田。煤层直接顶为砂质泥岩、粉砂岩,属于Ⅱ类中等稳定顶板,基本顶为富含白云母片的中细粒砂岩,直接底板以泥岩、砂质泥岩为主,厚度为0.5~1.5m。煤层结构简单,硬度系数0.13~0.51,平均为0.22,煤层小构造发育,以断裂为主,断距0.5~2.0m,但以1m以下居多。
2#煤综掘机主要机型为EBZ-160型半煤岩巷掘进机,截割功率为160KW,截割电机为双速恒功率,实现了低速截割时扭矩大,高速截割时功率不降低。油泵电机功率90~110KW,油泵为进口的三联(二联)变量柱塞泵,输出流量和压力大,控制阀和液压马达多采用进口品牌。
根据目前北区两矿2#煤层掘进巷道的地质条件来看,该综掘机的配套能力基本能够满足切割硬度和切割功率的要求。但在实际使用中经常出现问题,影响掘进机使用效率,降低了单进水平,造成单进水平不稳定,忽高忽低。
(1)采煤机截割功率达到640KW,配备强力滚筒后截割硬度达到f7,机面高度降低到860mm,过煤空间达到262mm,机载变频调速,调速范围宽,达到0~7.6~12.6m/min,7.6m/min以下实现恒扭矩牵引,7.6~12.6m/min之间实现恒功率牵引。
(2)液压支架宽度1500mm,重量8.4T,最大推移步距900mm。支架结构简单,支护强度大,推移行程范围大,顶梁、底座薄,但强度大,采用先进的经济型电液控实现临架多架操作,一根多芯控制管代替数量众多的过架管,增大了操作和行人空间。
(3)工作面刮板输送机装机功率320KW,运输能力500T/h,链速1m/s,配备JS型行星减速器。槽帮高度由标配275mm降低到220mm,保证了煤机机面配套高度、过煤空间及卧底量的要求,机头、机尾卸载高度降低到480mm,保证了煤机能够在工作面及两端头割通割透,中、底板采用NW360型高强度耐磨板,满足运送岩石的耐磨要求,链条采用扁平链结构降低了高度,人为设计了连接螺栓为强度最低点来保护其他设备,维修更换简单。
目前,2#煤层综采工作面的标准尺寸为:工作面长度150m,顺槽可采长度1200m。按照这个尺寸计算综采的推进时间为11个月。掘进该尺寸的工作面需要的时间为10个月,掘进工作面设备安装回撤影响时间2个月,施工钻场、抽放孔影响时间2个月,综采设备安装、拆除影响时间2个月,全部完成需要16个月时间。实际采煤与掘进准备时间上相差5个月,将综采设备安装、拆除2个月时间让到采煤时间中,开采这样一个2#煤综采面最少需要13个月,能够解放的3#煤层可回收煤量大约为80万吨,这样13个月时间能够实现的2#煤和3#煤产量总和为100万吨,无法达到升级改造后一个采区两个采面(2#煤、3#煤各1个)年产量达到150万吨目标,这就是采掘机械化发展不平衡引发的采掘关系失衡的结果。
要形成一个采区年产150万吨的升级改造目标,就必须保证年解放的3#煤层可回收煤量不低于100万吨,按3#煤层开采条件计算,100万吨的综放工作面开采面积需要23万m2,这样面积的2#煤层工作面煤量大约为26万吨,加上掘进煤量,基本能够实现一个采区年产150万吨目标。
23万m2的采面,按照工作面长度150m计算,可采顺槽长度不得低于1530m,运输顺槽长度不得低于1600m,掘进该工作面需要的总进尺量大约为3950m;工作面长度按180m计算(工作面刮板机的最大运输能力),可采顺槽长度不得低于1280m,运输顺槽长度不得低于1350m,掘进该工作面需要的总进尺量大约为3480m;通过对比,切眼180m长的工作面要比150m的工作面少掘巷道470m。
23万m2的采面,工作面长度按180m计算,掘进该工作面需要的总进尺量大约3480m,若回采时采用沿空留巷支护技术,形成下一个回采工作面时就可以少掘一条1350m的巷道,这样准备一个2#煤层综采工作面需要掘进的进尺量大约为2130m,比第一个切眼长150m的工作面要少掘进尺1820m。
经过上述计算,23万m2的2#煤层综采工作面采用沿空留巷支护技术,工作面长度按180m设计,仅需2130m的进尺量就能形成,2130m的进尺量用一个综掘机来完成,除去4个月的影响时间,只能用8个月,必须保证月单进水平平均不低于266m才能完成。这样的一个2#煤综采工作面顺槽可采长度为1280m,按10个月的回采时间计算,需要月平均推进不低于130m。
总之,要实现一个采区年产量150万吨的升级改造目标,只有保证综掘单进水平不低于266m,综采月推进度不低于130m,才能保证2#煤工作面采掘关系不会出现失衡现象。
韩城矿业有限公司)
李元)