大倾角轻型液压支架放顶煤开采技术.pdf

2 0 1 1 年第 7 期 中州煤炭 总第 1 8 7 期 大倾角轻型 液压支架放顶煤 开采技术 张军 义 河 南煤 业化 工集 团 鹤 煤 公 司二 矿 ， 河 南 鹤 壁4 5 8 0 2 0 摘 要 鹤煤公司二矿于 1 9 9 9年 l 0月在 3 6 0 4工作 面进行 大倾 角轻型液压 支架放 顶煤开 采技术首采 试验 ， 通 过近 1 0 a的探索实践， 该矿总结 出了一套切实可行 、 操作 性强 的采 煤技 术。介绍 了大倾 角轻 型液压支 架在 大坡度 综放工作 面的应用情况 ， 尤其对在工作 面回采期 间所遇 问题采取 的措施和关键技术进行 了认真分析。 关键词 大倾角； 轻型液压支架 ； 放顶煤 中图分类号 T D 8 2 3 ． 9 7 1 文献标识 码 B 文章编 号 1 0 0 3～ 0 5 0 6 2 0 1 1 0 7 0 0 7 9 0 2 鹤煤公司二矿由于资源枯竭 ， 已进入合理退采 阶段 ， 所余储 量 均为各 类保 护煤柱 ， 目前 有整 体顶 梁 组合悬移支架炮采和轻型液压支架综放 2种采煤工 艺 。由于二 矿井 下地 质 条 件 复杂 ， 煤 层 倾 角 普遍 在 2 0 。 ～5 0 。 ， 平均 3 5 。 ， 如果 对 尺 寸 规则 地 区采 用炮 放 工艺 ， 既满足 不 了安 全 高效矿井 需要 ， 又 不适应 井下 客观 生产条件 的需 要 ， 故 对 几 何 尺寸 较 为 规则 的地 区采用 综放工 艺进行 回采 。 1 大倾 角轻型液压支架开采试验概况 鹤煤 公 司二矿 于 1 9 9 9年 1 0月 在 3 6 0 4工 作 面 进行大坡度轻放首采试验。该工作面属单斜构造 ， 煤 层倾 角 2 4 。 一 3 5 。 ， 平 均 3 0 。 ， 走 向长 5 0 0 m， 倾斜 平 均长度 9 2 m， 煤厚 6 ． 0 3 m， 可采 储量 3 4 ． 8万 t ， 该 工 作 面于 1 9 9 9年 9月 贯 通 ， 原 是 为采 用 炮 放 准 备 的 。 工作 面 于 2 0 0 0年 4月 1 8日安装 结 束 ， 4月 1 9 日试 采。4 7月 ， 产量很低 ， 还不及 一个普通炮采 队的 产量 。随着作业 人 员对 支 架 、 割 煤 机操 作 熟 练 程 度 的不断提高 ， 特别是对倒架 问题采取控制工作面采 高 、 擦 顶移架 等措施 后 ， 倒架 现 象 已 明显减 少 。从 8 月起 ， 轻型液压支架放顶煤产量有 了较 大提高 ， 1 0 月产量 更 是突 破 3万 t ， 达 到 3 0 6 1 8 t ， 1 1月 产量 达 到 3 5 1 9 8 t ， 达 到 了该 面 的最高产 量 。 2大倾 角轻放开采关键技术 问题 2 ． 1 防倒 、 防滑 支 架 、 前 后部 输送机 、 采煤 机 3 6 0 4工作 面 开 采初 期 ， 在 防 倒 、 防滑 经 验 不 足 的情况下 ， 曾经将 液 压支架 架 间连上 防倒 、 滑链 和千 收 稿 日期 2 0 1 1 0 41 4 作者简介 张军义 1 9 8 4 一 ， 男 ， 河南通许人 ， 助理工程 师， 2 0 0 9年 毕业于河南理工大学 ， 现从事安全生产技术管理工作 。 斤顶 。从理 论上 这种 防倒 、 滑设 施有 一定效 果 ， 但 在 实 际操作 过程 中效果 甚微 ， 而且 制约 着正 常推进 ， 各 种 附件易 发生 损坏 。通 过对 大 倾 角 工作 面 防倒 、 滑 的探讨 和实 践 ， 总结 出较完 善 的防倒 、 防滑 经验 。 i 切 眼安装 高度 不 能超 过 液 压支 架 的最 大 支 承高度 ， 最好 比液 压 支架最 大高度 低 1 0 0 m m。 2 每组 支架 到位后 ， 必须 升紧前后 立柱 ， 使 顶 、 底板 与 支架垂 直支撑 ， 且 达到液 压 支架规 定 的初 撑 力要 求 。 3 若顶板高度超高时 ， 必须在 顶梁上 背绞木 料 ， 使液 压支 架接顶 平 实 。 4 开采时， 应视煤墙和顶板的稳定性 ， 决定是 否采取扩棚初采。扩棚采取架设走 向棚 ， 使液压支 架 尽快进 人规 定高 度 的位置 。 5 开 采 时的移 架 是控 制 下滑 的基 本措 施 。顺 、 序采用 自下而上 ， 且先移 3 架 以上的支架， 最后移 1 --2 架 ， 使 1 架下的对棚梁与 1 架顶梁紧贴。 6 伪斜开采 磨斜 ， 使下端 头超前上端 3 ． 6 m左右 ， 是在正常推进中采取 的主要防倒、 滑措施。 7 前部 输 送 机 与 支 架 为硬 连 接 ， 只 要 控 制 好 支架不下滑 ， 前部槽就不可能下 滑。后部输送机与 支架采 用链 子软 连接 ， 在拉 移后部输 送 机时 ， 下滑 趋 势较 大 ， 后 部 防 滑每 隔 l O组安 装 1个 防滑 千 斤顶 ， 连接于支架座箱与后部输送机 之间， 拉移后部槽时 同时收缩千斤顶 ， 便可使后部输送机整体上移 ， 达到 防滑 目的 。 8 采 煤机 防滑靠 其 输 出轴 上 的液 压 制 动 闸防 滑 ， 停 电未进行 牵 引 时 ， 制 动 闸处 于 抱 闸状 态 ， 进 行 牵 引时制 动 阀解 闸 。 2 ． 2进 刀方式 根据大倾角工作面特点， 采用 中部进刀方式 比 较适宜 ， 割煤 时有 自下而上和 自上而下 2种方式。 7 9 2 0 1 1 年第 7 期 中州煤炭 总第 1 8 7 期 当需 防滑时采 用 自下 而 上方 式 ， 此 方 式是 正 规 作业 生产 中的主要 循环作 业方 式 。当工作 面有上窜 趋势 或 过构 造带 ， 有一定 下滑趋 势 时 ， 采用 自上而下 作业 方 式 。无 论何 种方 式 ， 其 进 刀长 度 必须 大 于 采煤 机 长 度 的 2 倍 。 2 ． 3推移 方式 拉移 方式 推移 方式 随割煤 方式 而定 ， 移 架时 ， 必须带 压擦 顶移架 ， 下降高度不得超过 1 5 0 mm， 移架后必须立 即升紧立 柱 。活动侧 护推 出 ， 使 支 架支 撑 宽 度达 到 规定 宽度 1 ． 2 5 m 0 ． 1 0 m ， 移 架 必 须 按 拉 线 移 架 ， 移后保 证支 架 呈一 条 直 线 。推前 部 输 送机 必 须 与割煤循环一致 ， 推机头、 机尾时， 必须是在停止运 转状 态下进 行 。前 部输 送机 推后必 须呈一 条直 线 。 拉移后部输送机始终采取 自下而上的方式。先 拉 机 头 ， 然 后 逐 节 拉 移 中部槽 ， 最 后 拉 移 机 尾 。机 头 、 机 尾在 拉移 时 ， 必 须 停 止运 转 ， 其 要 求 与前 部 输 送机 一样 。 2 ． 4放煤 与采 出率控制 放煤是整个回采工艺 中的最后一道工序。根据 大倾角工作面顶煤易流的特点 ， 为确保支架 的稳定 性和煤炭采出率以及保证后部输送机正常运转 ， 放 煤时首先将后部输送机向支架座箱位置拉移一定距 离， 保证尾梁落下后推出插板能护住后部输送机 ， 以 防大块 煤或 矸 流 出卡 住 放 煤 口或 拌 住 运 输 中 的 刮 板 。放 煤顺序 为 由上 向下 ， 先粗 放 、 后 细放逐 架放煤 的方法 ， 严禁 2组支架同时放煤 ， 以防因放煤量大影 响设备运转。放煤后必须落下尾梁， 推出插板 。 采出率的高低是衡量放顶煤工艺是否成功的一 个硬指标 。根据多年来放顶煤经验， 要提高采出率 ， 一 是要 不断完 善放 顶 工艺 ， 大坡 度 综采 放 顶 煤是 摆 动 后尾 梁 ， 并利 用安 装后尾 梁 的插 板来 控制放 煤量 ， 放 煤采取 由上 向下 ， 2轮循 环放 煤 ， 第 1 轮初 放 ， 第 2 轮 细放 ， 最后 逐架检 查 补 放 ， 既 坚 持把 煤 放 净 ， 又要 见矸停放 ， 以保证煤质； 二是要加强放顶煤控制， 矿 、 队制订 了严格 的采 出 率控 制 办 法 ， 并在 实 际 工作 中 认 真执行 ， 通过 经济 杠杆 ， 调 动 了职工搞 好采 出率 的 积 极性 ， 如 3 6 0 5工作 面 ， 全年 采 出率 达 9 6 ． 2 9 ％ ， 从 经济上提高了采出率 ， 从安全上 ， 避免了因丢煤发生 自燃事故 。 2 ． 5上 下端头 支护 近年来 ， 大倾角综放面上下端头支护方式均采 用 n型梁 与 单体 柱 配 合 ， 对 棚 “ 二 梁六 柱 ” 支 护 ， 棚 距 0 ． 6 m均 匀布置 。其特 点 是 ， 可 以随端 头 长短 变 80 化 增加 或减少 对棚数 量 。根 据经 验和所装 液压支 架 数 量可 知 ， 上 、 下端 头倾 向长均 在 4 i n时 ， 便 于操 作 和维护。若达不到规定长度而变短时， 为确保前 、 后 输 送机 与跟面槽 搭 接合 理 及 顺利 出煤 ， 必 须保 证 下 端头不少于 4 m。此时， 上端头势必减短， 甚至前 、 后部机尾将窜出工作面进入 回风巷 ， 顶住回风巷上 帮。 端头棚窜梁 前部上、 下端头采用迈步交替式 ， 后部 上 、 下端头 采用齐 头并进 式 。上 、 下安 全开采 长 度 ， 走 向控 制在 2 m 以内 ， 架设 “ 一梁三 柱” 顺 山棚 。 2 ． 6瓦斯 管理 瓦斯主要涌出点是滚筒割煤和移架放煤时 2个 位置 ， 此 2处 只要 工作面 配足风 量 ， 瓦斯 即可 易被稀 释且 不易积 聚 ； 上 隅角是 瓦斯积 聚 的主要地 点 ， 在上 端头吊挂挡风障 ， 使风流从上隅角通过 ， 是解决瓦斯 积聚的最有效措施。该方法使用以来 ， 上隅角瓦斯 超 限次数 明显下 降 ， 确保 了工作 面正 常生产 。 2 ． 7 防灭火 鹤煤公司二矿煤层 自然发火期 1 1 1 d 。要做好 防灭火工作 ， 需做到以下几点 ①必须提高煤炭采出 率， 减少采空 区内的煤炭积存 ； ②加快工作面推进 度； ③为防止往采空区漏风 ， 在下端头吊挂风障尽可 能减少风流流入采空区； ④每推进 3 0 m在下端头自 1 架 向下到运输巷下帮 ， 由采空区侧垒煤袋墙形成 隔离带 ， 隔绝漏 风流 人采 空区 。 2 ． 8 防尘管理 产生煤尘的主要源头是割煤 、 移架和放煤 3个 环 节 。加强煤 壁注水 是减少 割煤 、 移架 、 放煤时煤 尘 飞扬的最好手段。根据该矿几个综放面煤壁注水效 果 看 ， 每 天在煤 壁 上注 水 1次 每个 注 水 孔 深 5 n i ， 仰 角 4 0 。 一 5 0 。 ， 每 5 m一 个 注水孔 ， 即可 达 到 比较 好 的效果 。再 加上 合理 使 用 采煤 机 内外 喷雾 、 液 压 支架上的顶梁和尾梁上 的喷雾， 能够将煤尘降低到 最 小限度 。 2 ． 9过 拐点和 煤仓及 老巷 由于地质条件所限， 鹤煤公司二矿大倾角综放 工作 面均 有拐 点 ， 多数 拐点是 处在仰 俯角 交汇处 ， 而 且下端拐点均不是对称位置 ， 这些都给过拐点工作 带来 很 大困难 。过拐点 的重要 工作 就是 实现工作 面 调向， 其主要方法是进行伪斜开采， 利用调整上 、 下 端推进度的方法控制工作面设备上窜下滑 ； 完成调 向工作后 ， 必须 达到理 想 的工作 状态 ， 下端超 前上端 3 ． 6 m左右 ， 在正常推进 中 下转第 l 1 6页 2 0 1 1 年第7 期 中州煤炭 总第 1 8 7 期 分布相对密集 的区间， 表示相应深度注浆钻孔所处 区域出水点较多 ， 富水性强 ， 裂 隙比较发育 ， 相应深 度基本对应于 L 6 灰岩和 L ， 灰岩层位 ； 相对“ 空 白” 的区间， 表示相应深度基本不存在出水现象 ， 基本对 应于 L ， 灰岩底板砂质泥岩层位 ， 表明该层砂质泥岩 能够起到隔水层的作用。 2 在煤层底板 L ， 灰岩含水层实施钻孔疏放 工程 。通过 疏 放 水 ， L 灰 岩 含 水 层 水 压 由原 来 的 0 ． 7 MP a下降 至 0 MP a ， 单孔 涌水 量 由开 始 的 3 0 m ／ h下降到 2 m ／ h ， 回采工作面涌水量 由原来 的 4 3 m ／ h下降到 6 m ／ h 。以上疏放水工程相关数据 表明， 灰岩含水层疏放水工程是 比较成功的， 为 工作面防排水工程优化设计奠定了基础。 3 留设 赵寨 正 断层 防 隔水煤 柱 。 根据经 验 公 式 L0 ． 5 K M p ／ K 计 算 赵寨 正 断 层 防 隔水 煤 岩 柱 。 煤 的抗 拉 强 度 取 0 ． 5 0 MP a时 ， L 6 4 ． 6 9 m； K 取 1 ． 0 MP a时 ， L 2 4 5 ． 7 4 m。因 而 认 为赵 寨正 断 层 防隔 水 煤 岩 柱 留设 5 0 m 是 合 理 的 ， 也 是安全 的 。 4 布置工作面防排水系统 。东 2 1 1 4 1工作面 属于东 2 l 采区最下部一个工作面， 出水无法流进采 区水仓 。根据 煤矿安全规程 要求 ， 该工作面应当 设计相对独立的疏水巷和水仓 ， 配备排放水能力 ≥ 9 0 m’ ／ h的水泵 2台 ， 疏水 巷 工程 量 3 6 0 m， 水 仓 容 量 94 8 0 m 。 5效益分析 1 经济效益。①按照正常的断层防隔水煤柱 计算方法 ， 结果显示赵寨正断层防隔水煤柱 L 需 要留设 6 5 m。通过对防隔水煤柱 的注浆加固工程， 煤柱岩层的抗拉强度显著提高， 少留设防隔水煤柱 1 5 m， 增加工作面可采储量 8 4 3 0 t 。按照 9 3 ％采出 率计算 ， 多回收煤炭资源 7 8 3 9 ． 9 t ， 实现产值4 6 8万 元 、 利税 7 9 ． 6万元。②工作面底板疏放水后 ， 涌水 量 由原来 的 6 0 m ／ h下 降到 8 m ／ h以下 ， 为 优化 工 作面排放水系统创造了良好条件 ， 减少泄水巷掘进 工 程量 3 6 0 i n ， 节约工程 费用 1 0 8万元 以上 。 2 社 会效 益 。通 过 对 煤层 底 板 的 注 浆加 固 ， 工作面涌水量显著降低 ， 避免 了回采过程中拉水煤 现象， 作业环境得到明显改善 ， 为实现“ 精采细 回” 和安全生产创造了有利条件 ， 资源采 出率提高， 吨煤 成本 降低 ， 社会效 益显 著 。 6 结语 通过东 2 1 1 4 1工作 面防治水工作 的研究 与实 践 ， 顺利实现了该工作面的安全回采 ， 取得了比较显 著的技术 、 经济和社会效益。 1 在开展东 2 1 1 4 1工作面防治水工作之初 ， 首先确 立 了相应 的指 导 思想 、 防治 水 原则 和技术 路 线 ， 确 保 了该 项 目有 条不 紊地 开展 。 2 实现 了特殊水害威胁条件下防治水工作中 物探 、 钻探 、 疏放水 、 注浆加 固处理、 防水煤柱隔离强 含水体 含水 、 导水断层 以及排放水等多种技术手 段和方法的综合应用 ， 实践验证了采用物探先行、 钻 探验证 、 疏堵 结合 的 防治 水理 论 在 矿井 防治 水工 作 中不可替代的指导意义和应用价值 ， 在注浆加固方 面使用 了多种注浆 材 料 和工 艺 ； 在 排 放水 方 面 为避 免煤水混合 ， 采取了搪瓷管装水和铁皮水槽排水等 方法 ， 确保了该项工作的顺利实施 ， 标志着芦沟煤矿 乃至集 团公 司综合 防治水 技术 的极大 提升 。 责任编辑 梁郁鑫 I 坐j ● ■} j| }，| }簟 誓}蠹 ， | } j 坐 业 ● I j ‘ } 船 k 船 坐j ■ }1 ● k ■‘ 上接第8 0页 不发生上窜下滑。 过煤仓在缓倾斜 坡度较小的工作面 2 O 。 以下 工作面没有先例 ， 3 6煤仓位于 3 6 0 5 南 工作面下 端位置 ， 该煤仓 4 m， 深 2 0 m。工作面将有 4组液 压支架从煤仓正上方通过 ， 在揭露煤时 ， 首先对煤仓 内 已填 满煤 进行注水 ， 增加煤仓壁 与煤 的结合 力 ； 在煤仓上口加铺木料和工字钢 ， 使煤层底板与所 铺木料 、 工字钢形成一体 ， 确保了液压支架、 前 、 后部 输送机和采煤机安全顺利通过煤仓 ， 该施工方案填 补 了大倾 角综 放面过煤 仓 的一项 空 白。 ． 1 1 6 3 结 论 在 3 6 0 4工作面放煤取得成功后 ， 该技术又在 3 4 0 5 、 3 8 0 4 南 、 3 6 0 2 南 、 3 8 0 2 、 3 8 1 煤柱等工作面 得 到推广 。生产 实 践证 明 ， 轻 型 液压 支架 对 广 大 的 中、 小煤矿 以及大、 中型矿井小块段及边 、 角煤 回收 具有较强的适应性 ， 为提升中、 小煤矿的装备和生产 工艺水平 ， 实现安全高效、 提高工作面采出率提供了 有力保障。 责任编辑 刘光 雨