悬移液压支架放顶煤开采技术.pdf

煤 炭 科 技 COAL S CI ENCE TECHNOL OGY MAGAZI NE 2 0 1 2年第 4期 No ． 4 2 01 2 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 2 0 4 0 0 5 4 0 3 悬移液压 支架放顶煤开采技术 刘东亮 ， 王本俊z 1 ．华润天能徐州煤电有限公司 ， 江苏 徐州2 2 1 0 0 6 ； 2 ． 华润天能徐州煤 电有限公司 永固煤矿， 安徽 宿州2 3 5 2 8 1 摘要 整体顶梁 悬移液压支 架在永 固煤矿 3 4 3 4工作 面的成功应用 ， 为悬移支架开采技 术 在 火成岩侵入 区特厚不稳定煤层 中推广 应用起 到 了积极的作用。重点分析 、 总结 了悬移液 压支 架放顶煤工作 面的开采 、 支护 、 顶板 、 安全效益等方 面的技 术及安全管理措施 ， 并针对 存在的问题提出了改进意见。 关键词 悬移液压支架； 放顶煤 ； 开采技术 ； 安全效益 中图分类号 T D 8 2 3 ． 4 9 3 文献标志码 B 1 工程概况 华润天能徐州煤电有限公司永 固煤矿原设计生 产能力 9 万 t ／ a ， 2 0 0 6 年核定生产能力 l 8 万 。矿 井开采二叠系下石盒子组 3 煤 ，为典型的火成岩侵 入区特厚不稳定煤层。3 4 3 4 工作面标高⋯ 4 0 5 4 7 8 m， 煤厚 2 ． 5～1 0 ． 5 m， 平均 6 ． 2 IT I 。煤层直接顶多为 火成岩 ， 厚 7～1 2 m， 硬度f _-7～8 ； 老顶为灰黑色细 砂岩 ， 厚 1 3～1 5 m， 硬度 ．厂 4～ 5 ； 煤层底板为灰黑 色泥岩 ， 厚 1 ． 56 ． 1 m， 硬度 ．厂 3～4 ； 老底为中粒 砂岩 ， 厚 82 4 i n ， 较坚硬。煤层倾角变化较大 ， 在 8 ～ 3 2 。 之 间。采面为仰斜开采 ，最大伪倾斜 角达到 2 6 。 。3 4 3 4工作面走 向长 3 0 0 m， 切眼长 1 0 0 m， 采用 放顶煤一次采全高 、区内后退式采煤方法 ， Z H 2 0 0 0 ／ 1 6 ／ 2 4 Z型整体顶梁组合悬移液压支架支护。 3 4 3 4采 煤工作面 自2 0 1 2 年 5 月 2 4号开始安装及试采， 每 天两小班生产 ， 日产量 7 5 0～8 4 8 t ， 取得 了较好的安 全生产效果。为了实现悬移支架在该工作面安全开 采 ，对较大倾角不稳定厚煤层放顶煤开采条件下开 采、 支护、 顶板管理等技术难题进行了研究 ， 并取得 了显著的安全经济效益。 2 悬移支架放顶煤开采工艺 2 ． 1 采煤 方法 根据采区地质报告及工作面运输巷道 、材料巷 及切眼的煤层揭露情况 ，煤层最大厚度 l 0 ． 5 m， 最 小 2 ． 5 Il l ， 平均 6 ． 2 m 。结合该矿当前的现有生产条 件 ， 确定该面采高为 2 ． 1 I n ， 采放 比为 1 2 。 2 ． 2 支护方式 Z H 2 0 0 0 ／ 1 6 ／ 2 4 Z型整体顶梁组合悬移液压支架 支护。 2 ． 3 落煤方式 根据该矿 3煤的煤层较为松软 、顶煤较厚极易 冒落的特性， 决定使用以风镐落煤为主、 手镐落煤为 辅的落煤工艺。 2 ． 4 配套设备 输送机为 S G B 6 2 0 ／ 4 0 Z型 ；乳化液泵站型号为 B R W1 2 5 ／ 3 1 ． 5 ， 流 量 1 2 5 l _ ／ m i n 、 额定供液 压力 3 1 ． 5 MP a ， 电动机功率 7 5 k W， 两泵一箱 。 2 ． 5 工 作面作业流 程 检修 风镐落煤一伸前探梁护顶 出煤一清理 移架一放顶煤一移刮板机 煤层注水 。 2 ． 6 支护强度计算 依照经验 ，通常工作面支架必须能够有效支撑 6～8倍采高岩石的重力 ， 所需的支护强度为 8 h r g4 8 9 ． 71 k N／ m 式中 h为工作面采高 ， 2 ． 4 m； r 为岩石的密度 ， 2 ． 6 m 3 ／ t ； g为重力加速度 ， 取 9 ． 8 1 m ／ s 。 2 ． 7 支架技术参数 工作面选用 Z H2 0 0 0 ／ 1 6 ／ 2 4 Z悬移支架 ，支架高 度为 1 ． 6～2 ． 4 m， 宽度 0 ． 9 6 i n ， 长度 2 ． 8 m； 行走步 2 0 1 2年第 4期 刘东 亮等 悬移液压支架放顶煤开采技术 5 5 距 0 ． 8 1 13 ， 支柱直径 1 2 5 mm； 支柱数量为 4根／ 架 ； 工 作阻力为 1 6 0 0k N；初撑力 2 0 0 0k N；支护强度 6 1 5 k N／ m 。 该支架支护强度 4 8 9 ． 7 1 k N ／ m z 。 2 ． 8 支护强度验证 支架支护强度大于工作面所需支护强度 ， 因此 ， Z H 2 0 0 0 ／ 1 6 ／ 2 4 Z型整体顶梁组合悬移液压架支护强 度能够满足工作面的支护要求。 3 存在 的问题及对策 悬移支架架型较轻， 拆装方便， 所有支架通过托 梁连接成一个整体， 增强了支架的稳定性、 抗压性。 与单体液压支柱铰接顶梁的支护方式相比，整体组 合梁悬移支架具备更高 的安全性 、 稳定性 、 经济性 ， 但在使用过程 中仍存在较多的现实问题 ，采取了以 下解决办法及措施 。 3 ． 1 采面片帮漏顶问题及对策 工作面推进过程中，煤壁及顶板经常出现片帮 和冒顶现象。 因此， 应对发生片帮或冒顶的区域进行 观测 ， 内容包括煤壁片帮情况 、 端面距 、 采 高及端面 顶板破碎、 冒落情况。 观测小组对检查出的问题经过 测量数据分析得知 3 4 3 4工作面煤壁容易片帮漏 顶。 采取的措施 工作面煤壁采用背板及笆片全封闭 及顶铺双抗网。 由于移架时交替迈步 ， 互为支撑点 ， 此过程均 由 支架注液缸伸缩并依托主 副 梁滑杆完成。当煤层 厚度变化较大时 ，工作面在推进过程 中容易 出现全 煤段推进快， 工作面夹矸较厚段推进慢的情况 ， 容易 造成开架， 顶煤易垮落， 造成流煤、 流矸 、 架上空顶 、 支架前梁高、 后立柱低、 支架管理困难。只有支架与 工作面垂直 ， 每架的推进速度相 同时， 移架步距才能 保证。采取的措施 切眼施工时， 尽量要求工作面与 两顺槽垂直 ； 安装时支架与工作面垂直 ； 工作面在推 进过程 中坚持高标准 。 3 ． 2 支架稳定性问题及对策 当工作面地质条件发生变化 ，煤层顶底板在走 向或倾 向起伏不平 、 煤层倾角较大时 ， 支架上仰或下 倾范围有限， 一般不能超过 0 ． 2 i n 。因为支架与支架 间由刚性托梁硬性连接成整体 ，单个支架不能随意 摆动，在较大坡度工作面使用时很容易造成滑架不 稳定等情况。 采取的措施 ① 根据现场实际操作情况， 工作 面支架与端头支架相互连接； ② 在两端支架的下部 用单体柱打设戗棚等特殊支护加 固支架。两端头连 接处间隙较大采用补打单体液压支柱； ③ 提前在支 架间隙中夹垫板； ④ 工作面伪斜布置； ⑤ 带压移架； ⑥ 严格控制采高， 适当加快推进速度。 3 ． 3 放煤安全问题及对策 特厚煤层放顶煤工作面在放煤过程中容易出现 顶板离层 、 倒抽等现象 ， 给采煤工作面造成隐患， 严 重威胁安全生产工作。采取的措施 ① 保持支柱初 撑力符合作业规程要求 。 放煤期 间， 加强柱压观测及 检查工作。② 保证注液系统正常运转， 及时做好二 次补液工作。 ③ 每天对煤层顶部打眼， 眼间距在 5 m 左右， 探明顶部煤层情况。如顶部煤层是否离层， 或 有悬煤未完全垮落现象 ，影响回采率及顶板安全管 理 ， 发现问题应及时采取措施。④ 严格控制放煤量 ， 及时封堵放煤 口，放煤 口挂牌管理 ，并做好详细记 录。⑤ 出现异常时， 改变放煤方式 顺序放煤、 间隔 放煤 、 选定点放煤、 二次放煤等 或停止工作面放煤 工作 ， 采取针对性安全措施 。 3 ． 4 初撑力、 工作阻力保障问题及对策 通过观测工作面组合液压支架的支护阻力来分 析确定工作面老顶 的初次来压 步距 和周期来压步 距 ， 进而掌握工作面矿山压力显现规律 、 组合液压支 架的承载特性和支护质量 ；检验组合液压支架支护 参数的可靠性和顶板控制的有效性；对工作面巷道 围岩的变形进行观测 ，进一步掌握 回采巷道受采动 影响时的矿压显现规律。 根据现场的实际情况 ，为了更好地观测组合液 压支架支柱的初撑力和工作阻力，采用矿用数字压 力表采集压力数据，对工作面液压支架支柱的初撑 力及工作阻力进行观测。沿工作面倾斜方向布置 3 个测 区， 共计 9条测线 ， 上部测线布置在 9 2 、 9 3 、 9 4 号组合液压支架所在位置 ， 中部测区布置在 4 7 、 4 8 、 4 9号组合液压支架所在位置 ， 下部测区布置在 2 、 3 、 4号液压支架位置 。 每条测线在组合液压支架上“ 前 支柱” 和“ 后支柱” 分别安装两台压力表 ， 每架 4 块 表 ， 共安装 3 6 块表。每班验收员对工作面支柱的初 撑力 、 工作阻力情况进行监测记录。经过长期观测 ， 工作 面其他支架 每 3架为一组每组安装两块柱压 表 ， 柱压不低于 1 8 ． 5 M P a ， 可满足工作 面支护强度 要求。 工作面超前支承压力观测 在工作面两巷超前 工作面 2 0 i n 外 ， 每 3 i n布置 1 块柱压表 ， 布置至工 作面超前 8 0 m处。 根据工作面推进情况安排观测工 煤 炭 科 技 5 6 COAL S CI ENCE TECHNOL OGY MAGAZI NE 2 0 1 2 年第 4期 No ． 4 2 01 2 文章 编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 2 0 4 0 0 5 6 0 2 锚 回嚷 构 中新 型复舍材 料 网 住 能试 劈 潘永刚 国投新集能源股份有限公司 设计研究院， 安徽 合肥2 3 0 0 3 1 摘要 对锚 网喷结构 中新型 的复合材料衬砌 网结构进行 室 内力 学性能试验 ， 研 究新型复 合 材料衬砌 网的力学性能。 结果表 明， 与常规用 网对 比， 新型复合材料 网适用 于软岩巷道支 护结构 。 关键词 复合材料 网； 软岩巷道 ； 力学性能 中圈分类号 T D 3 5 3 文献标志码 B 近年来，锚网喷支护在巷道支护中得到了广泛 应用 ， 因其能及时封闭围岩 ， 支护成本低 ， 适用性广。 然而，锚网喷支护也存在不能满足复杂多变的井下 地应力变化要求， 支护隐蔽性大， 容易造成大面积冒 顶事故等缺点。 传统的喷射混凝土常常开裂， 并逐渐 发展到剥落和掉块 ， 丧失对 围岩的封闭和支护作用 ， 更不能满足变形要求 。 因此 ， 深入研究支护材料是软 岩巷道支护迫切需要解决的技术难题 。 1 模型制作 1 ． 1 试块制作 为了研究锚网喷结构中新型复合材料网力学性 能 ，选取复合材料网架和常规钢筋网架衬砌结构进 行对比。确定试验模型所采用 的混凝土设计强度为 C 3 0 。混凝土的配 比为 水泥 砂子 石子 水 1 2 ． 5 9 3 ． 4 3 0 ． 7 1 ，水灰 比为 0 ． 4 8 。 试件 的厚度为 1 0 0 m m， 高 3 0 0 m m， 长 1 0 0 m m 。试件浇注好在实验 内进行养护， 同时浇注一组标准试块做强度试验 。 加 载测量试验在养护期满后进行。常规钢筋网用直径 为 6 mm的钢筋加工而成。复合材料 网如图 1 所示 ， 养护后的试块如图 2所示 。 图 1 复合材料网架 作。 当测点距工作面 5 0 m以外时， 每隔两天测一次 ， 5 0～ 3 0 m时每天观测一次， 3 0 m以内时每天早、 中 班分别观测一次。 数据分析结果 工作面两巷超前压 力影响在距工作面煤壁 2 0 m范围内 ， 压力峰值在距 工作面煤壁 4 ～8 m范围内，在距工作面煤壁 0～ 4 m 范围内压力相对较小 。 采取安全措施 ① 工作面两道超前支柱布置距 煤壁 0 ～ 2 0 m打双排， 2 0 4 0 m打单排；② 布置相 邻工作面巷道距采空区实茬距离为 3 m，巷道压力 显现较小 ，巷道变形量相对较小 ，减少巷道 的维修 率 。 4结语 使用悬移液压支架后 ，工作面的安全环境大大 改善 ， 安全系数进一步提高。 采用悬移液压支架放顶 煤采煤工艺降低 了工人劳动强度 ，同时提高了生产 效率。 3 4 3 4 工作面每月多产原煤 5 0 0 0 t ， 3 个月 7 9 月 共计生产原煤 6 ． 2万 t ， 直接经济效益 3 1 0 0多万 元 。 作者简介 刘东亮 1 9 6 5 一 ， 男， 江苏泰兴人，1 9 8 8年毕 业于 中国矿业大 学采矿工 程专业 ， 硕 士， 华润天 能徐州煤 电 有限公司高级工程师。 收稿 日期 2 0 1 2 0 8 2 9