浅论煤矿大倾角薄煤层综合机械化开采技术

2020-07-06 18:43王庆峰
青年生活 2020年15期
关键词:煤矿开采技術

王庆峰

摘要:本文分析了薄煤层综采工作面的优化设计、采煤技术方法控制和开采过程中遇到问题的有效解决措施等,进而为大倾角薄煤层安全高效开采提供有力的理论和技术支撑。

关键词:煤矿开采;大倾角薄煤层;设备防倒防滑;技術

引言

煤矿随着开采的不断向前延伸,到了中后期薄煤层则是很多矿井所遇到的问题。但是,往往地质构造的原因,不仅是薄煤层,而且大多都伴随着倾角的加大。而在大倾角下回采这些薄煤层,所带来的困难就比较大,涉及到安全的一系列问题。全国就薄煤层而言,约占可采储量的一半以上。一般随着矿井可采储量的日益枯竭,薄煤层的开采就成了主要面对的问题了。因开采设备的原因,现1.3-1.5m的较薄煤层,开采机械化程度还是不高的,其生产效率也较低,严重制约着开采的速度,影响高产高效矿井建设。较薄煤层用大架型进行开采,不仅使开采成本增高,还对顶板经常被切割,使得煤炭灰分增高,甚至部分资源不能被采出。薄煤层综采技术,其机械化装备配套,在煤炭行业还很不成熟,正处于探索阶段,尤其是大倾角较薄煤层综采实践还比较少,理论研究薄弱。探索大倾角薄煤层机械化开采途径,还有待深入的进行研究。淮北矿业根据近几年的实践经验,在大倾角条件下开采薄煤层,设备的防倒防滑是关键,其次是根据现场情况及时调整液压支护方式,配合采煤机往返切割。

1 薄煤层综采工作面的优化设计

1)做好勘探设计。因综采工作面设备多,且重量大,搬运也比较困难,而对复杂的地质条件还适应性差。为了保证生产均衡稳定,并能取得最大的开采效果和经济效益,必须充分利用现有的安全高效的地质保障手段。如采用无线电坑透、直流电法测水,以及打钻探放水等综合手段探明回采区域内的地质构造,将其在设计中进行优化,以达到对工作面回采影响最小的效果。

2)做好巷道布置优化设计。为避免工作面内地质构造、断层等的影响,可在确定工作面的走向可采长度、倾斜长度上优化设计。比如保证工作面有效防治水两顺槽均为向回采方向5°下山布置等。

3)设备优化设计布置。工作面选用合适的薄煤层采煤机,以适应更薄煤层的开采需要。比如可将原有滚筒改小,配备合适的掩护式支架,有的可在架前加装伸缩式前探梁,以便能及时有效的支护顶板,并防止冒顶事故发生。同时,工作面支架安设有防倒防滑装置,头组支架安装有防倒千斤顶,工作面每10组支架安装一防滑设施等方法。

2 采煤技术方法控制

1)采高的控制。总的回采原则应为:沿顶板回采,煤较薄时(1.0-1.6m)可适当剎底;当煤层厚度小于1.0m时,就必须剎底挑顶,可使用采煤机与响震动炮相结合的方式进行落煤。不论哪种情况,都必须控制采高在1.6m以上。小于此厚度的煤层,如果煤层沉积稳定,无顶底板起伏、断层等任何构造影响,回采可继续进行。但煤层变薄时,就要降低采高;当煤层变厚或地质构造变化时,这就需要调整工作面,采高不够1.6m就行不通了,这就好比井下巷道在弯道时就要加宽的道理。因此薄煤层回采时,必须控制好采高,使支架有一定的仰角,随时能调整工作面状态进行提车或刹底问题。

2)回采时采煤机割煤与支架工移架密切配合好。薄煤层回采时采煤机必须与支架密切配合,不然会影响生产。割煤时,必须刀刀挑顶,割至与支架平齐,还要将煤壁侧浮煤扫干净。两边的操作工要密切配合。否则,支架拉过去梁头下栽,或运输机飘车,这都会造成下刀采煤机难以通过。移架时,梁头不能栽头,要保证支架有一定的仰角。移架时,必须等采煤机进刀,将顶板割平后方可移架。割过煤后,采取追机移架,距离不小于6m。移完支架后,再顺序抵车。

3)做好端头顶板控制。因工作面倾角大,有的顶板为泥岩夹矸,且裂隙发育极不稳定。为防止端头处夹矸顶板破碎,对端头支架不接顶导致的下滑,需要在工作面端头、出口处的顶板管理上做好控制。比如在工作面下端头短臂注浆技术,超前预留出口方式对下端头进行管理,以安全、可靠、有效的控制端头处的顶板。①安全出口的支护形式。在工作面上、下出口顶板,采用合适的液压支护。上、下出口直接顶泥岩因受超前压力和风化影响,破碎易冒落。可超前工作面支设至少2棵戗柱对泥岩进行支护。在工作面内采用放炮方式预留超前出口,单体支柱配合铰接顶梁进行支护。②端头的支护形式。下端头夹矸顶板受风化和超前压力影响,极易掉落,容易破碎掉落伤人。前期可采用菱形网搭接巷道支护网的方法进行,后期采用在工作面下端头进行超前注浆对围岩进行加固,配合原有菱形网支护效果较好。工作面端头使用单体液压支柱配合金属顶梁进行支护,单体液压支柱的间排距与超前支护单体液压支柱的间排距相同,金属顶梁与超前支护的金属顶梁铰接,非工作面侧则使用铰接顶梁。③工作面下端头注浆(水泥浆)超前支护。因顶板自重的影响,下端头的直接项极易跨落,以上不能完全控制顶板不松散掉落。可采用短臂注浆方法。顺槽巷道因受到矿压及围岩受到分化影响,巷道被破坏的范围并不大。注浆孔的眼深不能太深,过深的眼会造成材料的浪费;可在工作面超前影响范围内注射。在直接顶跨落前注水泥浆,则能有效利用岩石因矿压产生的裂纹将直接顶加固。

4)做好防止矸石伤人控制。受大倾角影响,回采时也易发生煤矸片帮下窜。此时输送机机头以上30m范围内,可在护栏与支架间全部使用双层防矸网,使该段刮板输送机处于封闭状态。工作面刮板输送机运输道内要每间隔15m安设一组防冲栏,当煤矸沿刮板输送机滑落时能有效减缓下滑速度,保证作业人员的安全。

5)做好工作面各种设备下滑控制。大倾角、坚硬湿滑底板的特殊条件,工作面液压支架、刮板输送机需运用综合措施防止下滑。可采取移架和推溜的顺序以及工作面的调采等方式进行,以有效防止工作面液压支架、刮板输送机因大倾角下滑。对液压支架的防倒、防滑:可在3架排头支架之间的顶梁前部装有1个调架千斤顶,以调整支架的架间距,使下滑的支架得以复位。对工作面可弯曲刮板输送机的防滑:主要利用安装于液压支架顶梁推溜杆下方的防滑千斤顶进行。当溜槽下滑时,可利用防滑千斤顶将推溜杆向上顶从而阻止溜槽下滑。

3 开采过程中遇到问题的有效解决措施

1)工作面支架防倒与防止输送机上窜下滑。支架防倒和输送机上窜下滑是最常见问题,也是影响安全生产的大事。由于支架与输送机互相制约,输送机下滑容易牵动支架,从而损坏支架推移装置。支架倾倒,架向不正会造成输送机下滑,导致机头不能与转载机搭接运煤。因此,大倾角综采工作面必须采取有效措施,防止此类事故发生。这可采取如下措施进行:①伪斜开采。即采用机头超前,伪倾斜回采,使推溜时输送机的上移量与下滑量相抵消,保证输送机沿走向推进。先假定一个煤层倾角α,当倾角为α时,工作面设备刚好不下滑。假设输送机、液压支架、采煤机等设备总质量伪M,而煤层底板对金属的摩擦系数为μ=0.35时(如图1所示),根据某实例计算,则有:M×sinα= M×cosα×μ;tanα=μ;α≈19°。即:当煤层倾角大于19?时,工作面输送机就会自动下滑。若考虑工作面淋水等条件降低摩擦系数,该角度就小于19?,那就要再计算。工作面应有的超前量计算:AB为工作面上风道、下运道落差;AC为工作面斜长;AD为工作面伪斜后实际斜长;BC为工作面平面投影时的切眼长度;DC输送机刚好下滑时下运应有的超前量;∠ADB为伪斜时工作面倾角;保证输送机不下滑,下运超前量DC为:AD=AB/sinα=27/sin19°≈82.8m;AC=81.5m;DC=≈14m。但是,当两顺槽的落差随地质条件变化而变化,超前量不是固定的,需要随落差变化而调整。②防倒防滑措施。在工作面调伪斜后,工作面支架架向控制难度加大,这必须每刀保证架向垂直于输送机,适当减小超前量并加以防滑设施综合控制输送机的下滑。

2)输送机机头与转载机要合理搭接。薄煤层工作面虽采高较低,其顺槽的高度不能低,尤其下顺槽。下运道采用锚网支护时,沿底板掘进就出现了输送机机头与转载机搭接过高的问题。输送机落下的煤形成抛物线落入转载机,这就要求工作面输送机机头与转载机在水平方向上不能搭接,要留有一定余量。处理好输送机机头与转载机搭接高度,控制好距离,方可便于接煤运输。

3)老空区排水问题。工作面的不断向前推进,老顶冒落,在老空区就容易出水聚集,且不易排出。工作面运输采用下拉方式,皮带顺槽相对轨道顺槽的水平标高较低,老空出水时需在平巷溜尾预留临时水仓进行排水。因此采用支柱沿空留巷方式,在沿空留巷段安设水泵排水,并制定留巷段的通风和配套安全措施,方可避免老空水的不受影响。

结束语

实现大倾角薄煤层综采工作面的安全顺利回采,需要摸索出一套适应此类工作面的一系列方法和技术措施,只有解决好安装、回采、回撤中所遇到的一些难题,才能确保矿井的安全和高产高效回采。其中大倾角薄煤层综合机械化回采中的設备防倒、防滑是关键。

参考文献

[1]辛海亭,王维.大倾角薄煤层坚硬湿滑底板综采技术研究与应用[J].中国高新技术企业,2012.05:141-142.

[2]张德军.大倾角薄煤层综合机械化采煤技术总结[J].广东科技,2012,23:189,130.

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