厚煤层不规则块段连续采煤机短壁开采技术_苗彦平.pdf

厚煤层不规则块段连续采煤机短壁开采技术 苗彦平1， 2，杜涛3，王碧清2，石晓光3 1. 西安科技大学 建筑与土木工程学院，陕西 西安 710054;2. 陕煤集团神木张家峁矿业有限公司 生产技术部，陕西 榆林 719300; 3. 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西 太原 030006 ［ 摘 要］基于陕煤神木张家峁矿 5 －2 煤北部残留不规则块段煤层厚、埋深浅、顶板稳定不易垮 落的特点，从巷道布置、设备配置、回采工艺、工作面通风等几方面，详细介绍了连续采煤机短壁开 采技术在厚煤层不规则块段回采中的应用。回采过程中，针对顶板不易垮落形成采空区大面积悬顶的 安全隐患，通过分段爆破强制放顶的方法，有效避免了顶板大面积垮落;通过构建区段边界回风通 道，改善工作面作业环境。现场实践表明，连续采煤机短壁开采技术适用于稳定顶板条件下厚煤层不 规则块段的开采，安全、高效地完成了 5 －2 煤北部残留不规则块段的回采。 ［ 关键词］连续采煤机;短壁开采;厚煤层;强制放顶;边界回风通道 ［ 中图分类号］ TD823. 5［ 文献标识码］ A［ 文章编号］ 1006- 6225 201505- 0023- 04 Short- wall Mining Technology of Anomalous Section in Thick Coal- seam with Continuous Miner MIAO Yan- ping1， 2，DU Tao3，WANG Bi- qing2，SHI Xiao- guang3 1. Architecture ＆ Civil Engineering School，Xi＇an University of Science ＆ Technology，Xi＇an 710054，China; 2. Mining Technology Department，Shenmu Zhangjiamao Mining Co. ，Ltd. ，Shanxi Coal Group，Yulin 719300，China; 3. Taiyuan Research Institute Co. ，Ltd. ，China Coal Technology Engineering Group，Taiyuan 030006，China AbstractFor the characteristic of thick coalseam，shallow buried depth，unstable roof，this paper introduced application of continu- ous miner in anomalous section of thick coalseam from roadway arrangement，equipment configuration，mining technique and ventila- tion. In mining，the of subsection blasting for forced roof caving was applied to avoiding roof large- area caving. By constructing boundary air- return way，mining operation environment was improved. Filed practice showed that continuous miner was adaptable for a- nomalous section of thick coalseam under stable roof and residual 5- 2 coal northern anomalous section was mined safely and high effi- ciently. Keywordscontinuous miner;short- wall mining;thick coalseam;forced roof caving;boundary air- return way ［ 收稿日期］ 2015－03－27［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2015. 05. 006 ［ 基金项目］ 山西省青年科技研究基金项目 2012021022－2 ;陕煤集团神木张家峁矿业有限公司自立科技项目 SMZJFH 2014－015 ［ 作者简介］ 苗彦平 1984－ ，男，陕西神木人，采矿工程师，硕士研究生，现任生产技术部主任工程师，主要从事浅埋煤层开采、多煤 层配采等技术研究。 ［ 引用格式］ 苗彦平，杜涛，王碧清，等 . 厚煤层不规则块段连续采煤机短壁开采技术 ［J］ . 煤矿开采，2015，20 5 23－26. 陕煤神木张家峁矿地处陕北神府矿区，矿井存 在大量不规则边角煤块段，尤其是 5 －2 煤范围内煤 层厚度大，储量约 3. 33Mt。这些块段分布不规则， 无法布置正规的综合机械化开采工作面。目前采用 传统旺格维利开采工艺对该部分资源回收，但面临 着工作面采用局部通风机供风、作业环境差，采空 区顶板难以垮落容易形成大面积冒落隐患等问 题 ［1 ］。针对上述问题， 采用连续采煤机短壁开采工 艺， 通过构建边界回风通道、 爆破强制放顶等方式， 以期安全高效地对矿井不规则块段资源进行回收。 1工作面概况 5 －2 煤北连采工作面位于 5 －2 煤 3 条大巷以北， N15203 综采面以南，对应地表位于东伙盘之北， 李家沟之南。煤层赋存稳定，呈黑色，块状，以暗 煤为主，亮煤次之，沥青光泽。埋藏深度为 57. 4 ～156. 5m，煤层倾角 1 ～ 2，厚度变化幅度较小， 煤层的两极厚度为 5. 2～6. 0m，平均厚度为 5. 5m。 直接顶板为泥岩，上部浅灰色，底部深灰色，团块 状，中夹薄层粉砂岩，厚 13. 08m;基本顶为浅灰 色粉砂岩，厚 20. 27m。5 －2 煤层属自燃煤层，自然 发火期 35d。煤尘均具有爆炸危险性，爆炸性指数 为 33. 35。工作面范围内水文地质条件简单，已 掘进巷道中涌水量最大为 5～30m3/h，基本不影响 生产，工作面地温及地压均属正常。 2连续采煤机短壁开采技术 2. 1巷道布置 依据高回采效率、高资源采出率、低巷道掘进 32 第 20 卷 第 5 期 总第 126 期 2015 年 10 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 20No. 5 Series No. 126 October2015 ChaoXing 率的原则，根据生产系统需求，在块段中部布置区 段主辅运巷道，其北翼直接布置支巷进行回采，由 于南翼区段面积较大，因此先在区段中部布置采区 主辅运巷道，而后在主辅运巷道两侧分别布置支巷 进行回采。块段划分为 3 个采区，支巷长度以不超 过 80m 为准，回采按照一采区→二采区→三采区 的顺序进行。采区边界布置回风通道并与块段主辅 运巷道相接。工作面巷道布置如图 1 所示。 图 1工作面巷道布置 2. 2设备配套 根据工作面地质状况，依据 “低投入高产出” 的原则，结合工作面采、落、装、运、支生产工序 需求，选用连续采煤机短壁机械化开采装备，具体 设备配备情况如表 1 所示。 表 1回采工作面主要设备配备 设备名称型号数量用途备注 连续采煤机LC5201 台截煤 履带式行走液压支架XZ9000/25. 5/502 台支护 胶带输送机DTL100/63/275S 1 部运输 刮板运输机SGW620/401 台运输 对旋轴流式风机255kW2 台通风 一用一备 防爆装载机2 台一用一备 液压锚杆机MQY－1303 部支护 无轨胶轮车4 台 2. 3巷道掘进 采用 LC520 连采机进行掘进，激光指向仪定 向，二次切割成巷，无轨胶轮车、刮板输送机、胶 带输送机联合运煤;液压锚杆钻机钻孔，安装锚杆 完成掘进巷道的支护工作。 巷道掘进工艺流程为交接班→开工前安全质 量设备检查 敲帮问顶、瓦斯、工程质量、探头、 设备等检查→开机前准备→割煤→装煤→运煤 →清理浮煤→支护。 掘进 时 循 环 进 度 为 5. 0m，最 大 空 顶 距 为 6. 0m，最小空顶距为 1. 0m。 2. 4回采工艺 工作面采用双翼进刀后退式回采工艺对煤柱进 行回收，由里向外依次进行，先采右煤房再采左煤 房，回采进刀方向与支巷均成 45夹角 ［2－3 ］。每刀 完成后，支架顺序迈步式交替前移至相应位置，进 行下一个循环。连采机与履带式行走液压支架配合 回采煤房工艺流程为置液压支架于支巷末端→采 右翼煤房→清理浮煤→移右翼支架→采左翼煤房→ 清理浮煤→移左翼支架，如此类推，将支巷内所有 采硐回采完毕。 以二、三、四、五号支巷为例说明连采机与液 压支架配合回采的施工顺序，如图 2 所示。 图 2工作面回采工序 1将编号为 A，B 的液压支架置于二号支巷 末端，并将支撑强度升到 7200kN;将编号为 C，D 的液压支架置于三号支巷末端，并将支撑强度升到 7200kN。 2调整连采机在距二号支巷末端 12. 0m 处 作为右翼煤房的进刀点，深度为 12. 5m，然后清理 浮煤，退机。遥控前移右翼 A 支架 5. 5m 以后每 次前移 6. 0m后将支撑强度升到 7200kN。 3调整连采机距支巷末端 14. 5m 处作为左 翼煤房的进刀点，深度 11. 5m，然后清理浮煤，退 机。遥控前移左翼 B 支架 8. 0m 以后每次前移 6. 0m后将支撑强度升到 7200kN。 4依次回采二号支巷煤房，直至二号支巷 右翼煤房回收完，左翼煤房剩 1 个时，将 A，B 支 架支撑强度升到设计要求，将连采机退出二号支 巷。 5调整连采机进入三号支巷，以相同工艺 回采三号支巷煤房，直至三号支巷左翼煤房回收 完，右翼煤房剩 1 个时，调整 C，D 液压支架至胶 运巷 1，2 号煤房西侧，并将支撑强度升到设计要 求，按照顺序回采胶运巷 1，2，3，4，5 号煤房， 最后将 C，D 液压支架置于五号支巷末端，并将支 42 总第 126 期煤矿开采2015 年第 5 期 ChaoXing 撑强度升到设计要求。 6调整 A，B 支架至辅运巷 6，7 号煤房西 侧，并将支撑强度升到设计要求，调整连采机至 6，7 号煤房处，按照顺序回采 6，7，8，9，10， 11 号煤房，最后将 A，B 液压支架置于四号支巷末 端。 2. 5通风方式 工作面采用全风压结合局部通风机增强供风进 行通风，工作面主运巷为进风巷，辅运巷为回风 巷，新鲜风流经支巷、工作面，再经边界回风通道 进入主运巷，最终汇入回风大巷 ［4－5 ］。工作面按最 多作业人员数量、瓦斯涌出量、巷道要求最低风速 确定配风量为 616m3/min。选用一组型号为 FBD №7. 1/245 型对旋轴流压入式局部通风机进行供 风，防止边界回风通道垮塌时工作面风量不足，提 高工作面供风可靠性。风筒采用直径 1000mm 的柔 性胶质风筒，局部通风机技术特征见表 2。 表 2风机技术特征 型 号功率/kW 转速/ rmin －1 全风 压/Pa 风量/ m3/min －1 FBD№7. 1/24524528001200～6800800～500 2. 6运输方式 工作面采用 4 台胶轮车与刮板输送机、胶带输 送机联合运煤，装载机辅助装煤，胶轮车装煤后将 煤卸载至刮板输送机上，经刮板机转载于胶带输送 机最终进入主运输胶带，装载机辅助将工作面洒煤 运至刮板输送机。胶轮车卸煤后沿块段主辅运巷道 联巷调头返回工作面接煤。运输过程中重载车辆与 空载车辆分别沿不同路线进出支巷，避免交叉运行 干扰。 3顶板控制技术 根据工作面地质条件及连续采煤机开采工艺要 求，工作面主辅运巷道、支巷及联巷通常采用 “锚网带索”联合支护技术进行支护，地质 条件较好时支巷两帮不支护，条件较差及片帮严重 时两帮采用树脂锚杆进行支护［6 ］。顶板条件较差 时，巷道交叉区及采硐开口处应力集中区采用梯子 梁或工字钢并补打锚索加强支护，如图 3 所示。 连续采煤机回采过程中，采用行走式液压支架 跟机支护实现采硐口三角区的支护，该支架能够有 效支护三角区顶板，控制顶板垮落，隔离采空区， 防止采空区冒落矸石对人员、设备的破坏 ［7 ］。由 于 5 －2 煤顶板完整性较好，回采过程中无法实现随 采随冒，容易形成大面积悬顶，而采用留煤柱管理 图 3支巷支护方式 顶板时为保证顶板安全不得不留设大量煤柱，极大 地影响了煤炭资源的回收。同时，留设的煤柱经顶 板长时间作用后容易压酥失稳，失去支撑作用，从 而造成采空区顶板大面积冒落形成飓风威胁邻近工 作面安全 ［8 ］，另外，采空区内大量的压酥煤柱也 为采空区发火提供了条件。 为此，采用局部爆破强制放顶技术实现分段完 全垮落法控制顶板。 3. 1爆破位置的确定 根据前期回采顶板来压规律及离层监测数据， 结合本煤层邻近工作面回采经验，工作面回采极限 垮落面积为 10000m2，为保证安全，工作面每回采 4 条支巷 采空区面积约 8000m2后如若顶板未 垮落即进行爆破强制放顶。炮眼呈 “Γ”型布置在 支巷口、主辅运输巷道及联络巷内，炮眼中心线距 巷道中心线 1m 靠采空区侧 。支巷口及主辅运 巷道内炮眼孔距为 2m，联络巷内炮眼孔距为 5m。 支巷口炮眼钻孔呈扇形布置，夹角 30，联巷内炮 眼钻孔平行于主辅运巷道中心线，如图 4 所示。 图 4爆破强制放顶 3. 2爆破参数设计 爆破后爆落矸石应能充满炮眼下方空区，根据 工作面地质条件，结合施工队组现有施工技术设 备，爆破参数设计如下［9 ］ 1 炮眼参数本工作面平均采高 h 为 5. 5m，顶板垮落厚度为 h1，顶板的岩石碎胀系数 k 52 苗彦平等厚煤层不规则块段连续采煤机短壁开采技术2015 年第 5 期 ChaoXing 为 1. 32，为保证冒落顶板能完全充填采空区，计 算 h1h/ k－1 17. 2m，现场取炮眼垂深 18m。 炮眼仰角确定为 30，则炮眼长度为 36m。张家峁 煤矿现有钻机为 MYZ－150 型全液压坑道钻机，钻 头采用 94mm 合金钢钻头，成孔直径 100mm。 2炸药选择采用矿用水胶炸药， 药包规格 为 70mm500mm，每包重 1. 8kg，雷管采用矿用 毫秒延期雷管，装药系数为 0. 6，炮眼装药量为 3. 6kg/m， 炮泥填装系数为 0. 4， 炮泥采用黄泥制作。 3装药炮眼采用连续耦合方式装药，并 采用双雷管双导爆索引爆，其中 1 根导爆索延伸至 炮眼底部，另一根导爆索与外侧第一个药包连 接 ［10 ］，每一根导爆索均采用电雷管起爆，2 个雷 管在孔口采用并联连接。 爆破操作时，先引爆边界炮眼以改变原有顶板 力学参数，中部炮眼延期引爆，增强对顶板的破 坏。爆破后，爆破区爆落矸石将空区充满，空区剩 余部分顶板整体性受到破坏，随着时间的推移逐步 冒落，避免了大面积垮落对工作面的冲击影响。 4应用效果 张家峁矿 5 －2 煤北连采工作面采用连续采煤机 短壁开采技术以来，支巷日掘进量 30～40m，日回 采采硐 8 ～ 10 个，月均产量 65kt，工作面采出率 75。采用边界回风通道后，工作面实测粉尘浓度 低于 3mg/m3，作业环境大大得到改善。局部爆破 强制放顶后 10 ～ 15d，采空区对应地表出现裂隙， 裂隙落差最大 100mm，宽 10～30mm，验证了爆破 对采空区悬顶的改善作用，同时，工作面回采期间 未出现来压冲击，保证了工作面的安全生产。 5结论 1张家峁煤矿 5 －2 煤层不规则块段采用连续 采煤机短壁开采技术，结合构建边界回风通道和爆 破强制放顶技术实现了安全高效回采，为矿井类似 条件煤炭资源的回收提供了切实可行的解决途径。 2连续采煤机短壁回采时通过构建边界回 风通道，利用矿井全风压结合局部通风机增强供 风，不仅保证了生产需求，也有效地改善了作业环 境，为生产人员的健康提供了保障。 3工作面达到极限悬顶面积之前进行局部 爆破强制放顶，能够使顶板逐步垮落，有效避免采 空区大面积悬顶突然冒落对工作面造成冲击，保证 安全生产。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 徐永圻，王悦汉 . 短壁开采技术 ［M］ . 徐州中国矿业大学 出版社，1987. ［ 2］ 王天亮 . 旺格维利采煤法在上湾煤矿的应用 ［ J］ . 煤炭工程， 2003 12 35－37. ［ 3］ 伊茂森 . 短壁机械化开采工艺在神东矿区的实践与工艺研究 ［ A］ . 中国煤炭学会首届短壁机械化开采专业委员会学术研 讨会 ［ C］ . 2003. ［ 4］ 杜涛，周茂普 . 连采机短壁开采工作面通风现状与优化 ［ J］ . 煤矿安全，2014，45 4 166－168. ［ 5］ 高云峰，杜涛，毕建国，等 . 连续采煤机块段式开采工作 面通风系统优化研究 ［J］ . 山西煤炭，2015 1 1－3. ［ 6］ 周爱平 . 旺格维力采煤法顶板控制技术 ［J］ . 煤炭科学技术， 2006，34 7 46－49. ［ 7］ 李浩荡 . 液压支架护顶旺格维力采煤法在大柳塔矿的应用 ［ J］ . 煤炭科学技术，2008，36 8 15－17. ［ 8］ 王世栋 . 短壁连采工作面顶板运动规律研究 ［J］ . 煤炭科学 技术，2014，42 3 121－124. ［ 9］ 庄学安，臧传伟，庄威 . 短壁工作面采场坚硬顶板强制放 顶技术 ［J］ . 煤炭科学技术，2014，42 11 14－16，4. ［ 10］ 李慧平 . 神东矿区厚基岩顶板强制放顶初探 ［J］ . 陕西煤 炭，2005 2 33－34. ［责任编辑邹正立］ 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 上接 76 页 ［ 参考文献］ ［ 1］ 秦波涛，鲁义，殷少举，等 . 近距离煤层综放面瓦斯与煤 自燃复合灾害防治技术研究 ［J］ . 采矿与安全工程学报， 2013，30 2 311－316. ［ 2］ 程远平，俞启香，周红星，等 . 煤矿瓦斯治理 “先抽后采” 的实际与作用 ［ J］. 采矿与安全工程学报，2006，23 4 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