大倾角综放.ppt

铁法矿区大倾角综放工作面开采技术实践,铁法能源公司生产技术部韩复生,摘要,【摘要】铁能集团大兴煤矿在大倾角综采放顶煤开采过程中，创新了一套在复杂条件下，大倾角放顶煤工作面设备安装、顶板管理、设备防倒、防滑、放顶煤工艺及瓦斯、防火综合管理经验，对铁法矿区的可持续发展具有重要的意义。【关键词】复杂条件大倾角综放开采技术,铁法能源公司生产技术部,目前，综放工作面适用于煤层赋存稳定，地质构造简单，煤层倾角15以下，在采取综合瓦斯抽放措施和防灭火措施能够有效治理瓦斯和防治自燃发火的煤层。近年来，铁法矿区随着开采年限和开采强度的增加，浅部缓倾斜煤层逐渐枯竭，复杂条件的大倾角煤层开采量逐年增加。复杂条件下，大倾角综放工作面安全、高效开采技术成为发展的方向和主攻目标之一。2010年11月大兴矿N2706大倾角综放工作面安装投产，并于2011年7月回采完成，标志着首套大倾角综放工作面在铁法矿区试采成功，为铁能集团大倾角煤层开采积累了宝贵经验，对铁能集团合理开发利用煤炭资源及可持续发展具有深远的意义。,铁法能源公司生产技术部,前言,1,大倾角煤层一般指煤层倾角在25-55的煤层，大倾角工作面因煤层倾角增大带来矿压显现的特殊性，同时增加了开采上的困难。大倾角综放工作面技术研究主要集中在五个方面一是大吨位综放支架等设备的安装；二是运输机防滑、支架防滑防倒；三是顶板管理；四是生产工艺、放煤工艺；五是通风、瓦斯及防火管理。,铁法能源公司生产技术部,前言,1,铁能集团大兴煤矿位于铁法煤田西南部，设计生产能力300万吨，核定能力400万吨，2010年末，矿井剩余储量3.68亿吨，是铁能集团主力矿井之一。井田共有10个可采煤层，煤厚在2.012米不等，煤层倾角一般在0-8，西南部煤层倾角20-40。大兴煤矿煤炭储量中煤层倾角在25以上的约有三千万吨，约占矿井总储量的十分之一。近年来，大兴矿随着开采深度的增加，倾斜煤层所占开采比重不断加大，从2007年开始大倾角煤层开采，先后完成了N2406综采面、N2706综放面、N2203综采面，共计回采煤量240万吨，最大倾角达到42，工作面最高月产28万吨，取得了理想的效果。,铁法能源公司生产技术部,前言,1,2,煤层地质及生产技术条件,N2706工作面位于大兴矿N2采区中部，工作面中部受火成岩影响，分成里段和外段。里段走向长348米，倾斜长180米，外段走向长437米，倾斜长165米。工作面地质构造复杂，火成岩侵入严重，并有三条断层，落差分别是14米、4米、3米，对工作面影响较大。煤层厚度5.49-12.01米，平均9.0米，垂直节理发育，煤层结构复杂，夹岩4-15层，平均厚度1.51米。煤层倾角042平均30.老顶粗砂岩为主，厚度21.20米，直接顶粉砂岩为主，厚度14.21米。煤层瓦斯绝对涌出量53.5m3/min，受火成岩影响瓦斯含量较高并且有突出危险。自然发火期1-3个月，容易自燃，属于复杂难采煤层。,铁法能源公司生产技术部,2.1,工作面煤层赋存条件,铁法能源公司生产技术部,2,煤层地质及生产技术条件,N2706综放工作面设备情况表,本工作面设备沿用了缓倾斜放顶煤工作面成套设备，端头支架采用ZTF25000-20/32S大吨位端头支架两组，迈步式前进，充分起到稳固作用，有效防止过渡架的倾倒。,2.2,工作面设备配套,铁法能源公司生产技术部,3,大倾角工作面支架安装工艺,N2706工作面外段切眼最大坡度26，放顶煤支架吨位30吨以上，传统支架安装工艺，使用平板车装车运输、调向，支架的运输、调向等作业环节操作难度大，经常发生掉道、翻车伤人事故，安全风险高，生产效率低。针对这种情况，为了适应大倾角工作面的安装，设计了液压叉车和十字交叉道，探索出大倾角工作面安装新工艺。,3.1,液压叉车安装支架工作原理及调运过程,工作面回顺常规0.6米轨距的轨道和切眼3.3米轨距轨道，在回顺后三角点平台处交汇，两种轨道垂直布置形成十字交叉道换车平台。用调度绞车将装支架的平板车拉至换车平台，用液压叉车叉起支架，用调度绞车下放叉车，到达地点停车，用叉车平稳卸车支架就位完成，叉车返回完成了支架调运循环。如图一所示。,铁法能源公司生产技术部,3,大倾角工作面支架安装工艺,工作面液压叉车装运液压支架示意图,,铁法能源公司生产技术部,3,大倾角工作面支架安装工艺,3.2,液压叉车在大倾角工作面安装的优点,一是切眼采用3.3米轨距液压叉车配合调度绞车运输支架，稳定性大大提高了，基本上消除了掉道、翻车事故。二是取消了支架调向环节，简化了装、卸车操作难度，大大降低了支架起吊、调向的安全风险。,实践证明，采用液压叉车在大倾角工作面安装支架与以往缓倾斜工作面支架安装相比，具有安全、可靠、操作性强、劳动强度低、效率高等优点，并创出日安装17组支架的最好记录，今后大倾角工作面安装作业积累了经验。,铁法能源公司生产技术部,4,大倾角工作面矿压显现特点及顶板控制,煤层倾角的增大带来矿压显现的特殊性和开采的难度。工作面开采后的上覆岩层形成“煤壁支架采空区冒落矸石”半拱式支撑体系，直接顶是回采直接维护的对象，直接顶冒落充填的情况对老顶间接产生影响，本工作面直接顶厚度∑h14.21米，岩性泥质粉砂岩为主，碎涨系数Kp1.5，平均采高M9.0米，则,⊿M-∑hKp-19.0-14.211.5-11.9,铁法能源公司生产技术部,4,大倾角工作面矿压显现特点及顶板控制,当⊿＞0，说明直接顶冒落后不能充满采空区，采空区冒落矸石的自然安息角为35，当煤层倾角大于35时，采空区冒落的矸石会向下滑（滚）移，形成采空区下部填满，而上部“悬空”的不均匀充填特征。从而导致了采场上覆岩石的运动和破坏呈不对称形式，工作面支承压力分布也明显不对称，工作面上部压力显现明显大于下部。大倾角煤层在工作面上侧煤体的顶板会普遍产生一个剪切滑移区，形成倾斜方向的动载荷。另外，工作面底板稍有扰动，矸石就很容易失稳，一旦破坏了矸石的自然安息角，底板也会向下滑移，而且破坏滑移区可能向上蔓延，造成工作面设备向下滑移。因此，大倾角工作面在支架-围岩系统中，围岩对支护稳定性的要求更加明显。,铁法能源公司生产技术部,4,大倾角工作面矿压显现特点及顶板控制,在N2706工作面回采过程中，证明了上述大倾角工作面矿压显现的特点，工作面60到机尾坡度大，煤壁片帮、顶板抽条冒落现象经常发生，回顺巷道顶板下沉，底鼓，两帮移近量明显增大，来压期间支架容易倾倒、歪斜。对大倾角工作面顶板治理，我们突出一个“超前预防，综合治理”的理念，以工作面上部片帮情况做为工作面周期来压的标志。工作面周期来压步距为25米，在周期来压前一个小班开始，采取综合措施，加强工作面帮顶管理一是对60到120支架区间补打树脂帮锚杆护帮，防止片帮。二是采用超前支护形式，带压擦顶拉架，拉超前架，减小控顶距。加强工程质量管理，严格控制支架的初撑力，及时处理跑冒滴漏。三是合理控制放煤量，确保支架上方不出现悬顶。四是加强后三角点及回顺的超前支护强度，及时开帮拉底。五是进行后三角点充填，即可控制自燃发火又大大减缓了压力显现。通过以上措施，有效控制了顶板事故的发生，为今后大倾角工作面顶板管理积累了宝贵的经验。,铁法能源公司生产技术部,5,大倾角综放面回采工艺,5.1,本工作面采用走向长壁综采放顶煤全部跨落法的采煤方法。由于煤层倾角的限制，大倾角综放工作面的回采工艺与缓倾斜综放工作面相比有一定的特殊性，合理选着回采工艺方式对大倾角工作面设备的工作状态和防倒防滑具有重要的作用。,根据N2706工作面回采实践经验总结出“两单、两上”的回采工艺特点，即单向下行割煤，单向上行推溜，分段上行拉架，分段上行放煤。,回采工艺,铁法能源公司生产技术部,5,大倾角综放面回采工艺,5.1.1,当工作面倾角大于25时，采用单向割煤，即采煤机在机尾割三角煤斜切进刀，从机尾向机头下行割煤，到头后找底刀空刀返回。采用单向割煤工艺减轻了采煤机上行阻力和防止下行时冲击下滑危害。,割煤,5.1.2,推溜,采煤机下行割煤时不推溜，当采煤机空刀返回时，跟机推溜，并保证有10-15米过渡段。根据工作面坡度的变化适当减少过渡段长度，防止采煤机下滑。工作面采用小角度伪倾斜开采，始终采用上行单向推溜，使推溜力有一个向上的分力，能较好的控制运输机的下滑。,铁法能源公司生产技术部,5,大倾角综放面回采工艺,5.1.3,采用工作面分段拉架，段内自下向上顺序上行拉架。端头支架迈步拉架，先拉端2架，再拉端1架。机头前三组支架，先2后1再3的顺序，并且机头三组支架不放煤，保证机头三组支架稳固不滑、不到。拉架时要采用带压擦顶拉架并及时打出侧护板，调整支架状态，保证不挤架、不咬架、不别推移杆。采用上行拉架有效防止顶板冒落矸石滚落砸支架尾梁造成支架失稳。,拉架,5.1.4,推溜,本工作面采用上行多轮顺序放煤方法。煤层厚度平均为9.0m,采高为2.6m,放煤高度为6.4m,采放比为12.46。,铁法能源公司生产技术部,5,大倾角综放面回采工艺,5.2,根据N2706工作面回采实践经验总结出“两单、两上”的回采工艺特点，即单向下行割煤，单向上行推溜，分段上行拉架，分段上行放煤。,放煤工艺的探讨,铁法能源公司生产技术部,5,大倾角综放面回采工艺,5.2.1,顶煤冒放性的影响因素,影响顶煤冒放性的因素有很多，主要有一是煤层强度是影响顶煤冒放性的关键因素，煤层强度普氏系数f≥3，则不利于放煤。大兴矿N2采区7层煤层强度普氏系数f2.5属中硬煤，为半圆拱式冒落，椭球体放出，顶煤跨落角67。二是煤层稳定夹矸层大于300mm且硬度大于5则不易放煤。本工作面煤层夹矸总厚度1.51米，属泥岩较软，不影响放煤。三是顶煤的节理裂隙越发育越易放煤。本工作面煤层垂直节理较发育，易于顶煤垮落。四是顶板条件，直接顶对顶煤的压裂无直接的影响，但是直接顶能够随采随落，能充满采空区防止老顶冲击来压，并促使顶煤放出。直接顶具有一定的厚度是顶煤顺利放出的基本条件。本工作面直接顶厚度为14.21米，不能完全充满采空区，对冒放性有一定的影响。工作面倾角大造成破碎的顶煤及矸石向下方剪切滑动，致使放煤漏斗的形态发生变化，是一个非对称的椭球体。因此煤层倾角的的增大对放煤工艺有较大的影响。,铁法能源公司生产技术部,5,大倾角综放面回采工艺,5.2.2,放煤步距选择,放煤步距是决定工作面采出率和含矸率的重要因素。放煤步距过大和过小都将造成煤损过多和含矸率过高。步距过大造成顶板方向的矸石先于采空区方向的煤到达放煤口，丢失采空区方向的顶煤；步距过小造成采空区方向的矸石将先于上部顶煤到达放煤口，丢失上部顶煤。放煤步距取决于顶煤的跨落步距和放煤形式。放煤步距应与顶煤的垮落步距一致。顶煤随支架的前移表现为周期性的破碎、跨落。顶煤的垮落步距取决于顶煤强度、节理发育程度、夹矸岩性厚度和采动压力的影响。大倾角工作面上覆岩层的运动和破坏呈不对称，支承压力也就不对称，下部明显小于上部。上覆顶板活动对顶煤产生的压裂和破碎明显呈现出上部大于下部的特征。另外，本工作面煤层夹矸厚度下部要厚于上部。根据实际观测得出，工作面上部顶煤的跨落步距小于下部，垮落步距在0.8-1.4米之间。当工作面采用低位放煤形式时，放煤步距应稍大于或等于放煤口水平投影的宽度，且是移架步距的整数倍。本工作面ZFS7200放顶煤支架，低位放煤，放煤口投影距离0.8米。经过理论分析和反复试验论证，不断优化了放煤步距参数，最终确定放煤步距为工作面60支架到机头两采一放，放煤步距为1.6米，60到机尾一采一放，放煤步距0.8米。生产证明采用分段放煤步距的方法取得了较好的放煤效果。,铁法能源公司生产技术部,5,大倾角综放面回采工艺,5.2.3,放煤方式的选择,在大倾角条件下，顶煤与冒落的矸石会向倾斜下方运动，如果采用下行放煤的顺序，就会使上部放完的支架尾梁上方堆积的矸石冲向下部支架的放煤口，造成煤损和增加含矸率。采用上行多轮顺序放煤法，即从下至上，逐架等量放煤，每次放出约1/3的煤量，反复三次，见矸插板。在放煤过程中，使顶煤均匀下降，减少矸石的下滑冲入放煤漏斗的混入量。经生产数据总结表明，本工作面采用如上放煤工艺大大提高回收率，达到90，含矸率下降8（与普通综放面比较）。,铁法能源公司生产技术部,6,大倾角综放工作面设备的防滑、防倒,运输机的防滑、支架的防倒、防滑是大倾角工作面管理和技术难点，是大倾角综放（综采）顺利回采的关键。防滑理念以控制运输机下滑来带动支架不下滑，并用侧护板和防滑缸调整支架不倾倒、不挤架，形成稳定的系统为主线，从而形成了回采工艺防滑措施和辅助设施防滑相辅相成的综合防滑技术管理体系。实践证明任何单方面的防滑措施都无法满足大倾角工作面的防滑要求。只有采用综合防滑措施才能保证大倾角工作面的正常回采。,铁法能源公司生产技术部,6,6.1,从缓倾斜综采工作面运输机防滑的经验表明，采用伪倾斜开采能够有效防止运输机下滑。但是，大倾角工作面伪倾斜角度过大（运顺或回顺超前量过大）带来诸多困难，无法实现伪倾斜防滑的目的一是工作面斜长增加，一旦坡度变化，会出现运输机顶帮或机头、尾割不透问题。二是运输机与转载机夹角增大出货困难，端头设备布置困难，增大了运顺巷道的断面造成端头顶板维护困难。三是支架与运输机夹角增大，造成推溜、拉架困难，支架台阶错差大，容易挤架、咬架、倾倒，顶板难以管理并不利放煤。本工作面采用了运输机防滑缸强制运输机下滑措施为主，小角度伪倾斜开采、单向上行推溜、上行拉架为辅的措施，较理想的控制了运输机的下滑和支架的下滑。运输机防滑缸布置如图二所示,运输机防滑,大倾角综放工作面设备的防滑、防倒,铁法能源公司生产技术部,6,工作面刮板运输机防滑千斤顶连接示意图,大倾角综放工作面设备的防滑、防倒,,,铁法能源公司生产技术部,6,大倾角综放工作面设备的防滑、防倒,,,防滑缸强制防滑措施工作面每10架设1个液压缸，活塞直径120mm，内径200mm，共11个。防滑缸一端固定在液压支架的龙门上，一端固定在运输机中部槽耳板上，用∮2690运输机链和连接头连接。防滑缸拉力验算F11π（R2-r2）P113.14（0.120.062）30102663.08吨P泵站压力30Mpa刮板输送机及采煤机总重450吨因F＞G，防滑缸能够拉动刮板输送机。,铁法能源公司生产技术部,6,大倾角综放工作面设备的防滑、防倒,,,拉刮板输送机的操作程序采煤机做完第二遍机尾后停在机尾，运输机直线状态，液压支架推移杆推出，此时每人控制一个液压缸，同时收缸拉运输送机。每次移动0～0.1m。强制运输机上移，并将液压支架推移杆调正，从而为液压支架防倒创造了较好的基础条件。经过实践，当工作面倾角在30-35，原班进尺4米拉运输机2到3次即可防止运输机下滑。另外，在工作面安装前，我们将运输机中部板底封板补焊防滑钢条，增加了摩擦力，抑制运输机下滑。生产期间当工作面倾角达到42时亦有效的控制了运输机的下滑。超前量始终控制在5-8米（夹角约1），保证了工作面正常回采。,铁法能源公司生产技术部,6,6.2,为防止生产过程中液压支架倾倒安设了防倒千斤顶，即每三组支架在支架四连杆上安设一个防倒千斤顶。工作面单号支架首位相连，成为一个整体，增加了支架的稳定性。具体如图三所示在拉架时，要随时使用侧护板调整支架的状态，保证支架垂直顶底板，边坡处支架圆滑过渡，迎山角不能大于3，确保支架有足够的初撑力和达到最大工作阻力。这样才能保证支架不滑不倒，才能有效管控顶板，避免顶板事故发生。,支架防滑、防倒,大倾角综放工作面设备的防滑、防倒,铁法能源公司生产技术部,6,工作面液压支架防滑千斤顶连接示意图,大倾角综放工作面设备的防滑、防倒,,铁法能源公司生产技术部,6,6.3,采煤机上增设了电液控制滞动闸，工作原理制动闸控制采煤机牵引一轴，开机时，启动采煤机通过电磁阀使液压缸伸出开启制动闸；当采煤机下坡牵引超速时，变频器过载保护，主控器停止电磁阀工作，弹簧弹出，制动闸使牵引一轴停止运转；未开机时，制动闸液压缸不工作，弹簧弹出禁止一轴转动。为保证制动可靠，应加强检修维护，及时更换摩擦片。采煤机采用四象限变频器，增加了大功率回馈单元。能把采煤机下行时惯性冲击，过载产生的多余能量反馈到电磁阀进行释放，防止制动电阻及引线烧断，有效进行电机制动。,采煤机防滑,大倾角综放工作面设备的防滑、防倒,铁法能源公司生产技术部,6,6.4,大倾角工作面采煤机的拖缆在运行过程中易出现滑移、出槽、跑撞现象，在分析了原因及其发生的力学过程后采取在每个电缆槽内的关键部位安设胶皮卡块，使电缆夹与电缆槽间的摩擦阻力增大，有效抑制了电缆夹的滑移，避免了电缆夹出槽、跑撞问题的发生。同时在电缆槽底托架内的固定电缆加防跑夹板有效防止固定电缆滑动。具体如图四所示。,采煤机托缆防滑,大倾角综放工作面设备的防滑、防倒,铁法能源公司生产技术部,6,工作面采煤机托缆防滑平、剖面图,大倾角综放工作面设备的防滑、防倒,,铁法能源公司生产技术部,7,大倾角综放工作面瓦斯和防火管理,,N2706工作面煤层瓦斯绝对涌出量53.5m3/min，受火成岩影响和采高大，造成瓦斯涌出量较大。放顶煤工作面推进速度慢，采空区浮煤多易自然发火，一通三防管理难度较大。,铁法能源公司生产技术部,7.1,N2706里段采用“一面五巷”方法布置巷道（运、回顺槽、顶板瓦斯道、中位瓦斯道和底板瓦斯道）。N2706外段采用“一面三巷”及两条横向消火道方法布置巷道（运、回顺槽、顶板低位瓦斯道、横向一条20米、一条70米顶板消火道）。N2706综放工作面瓦斯治理本着“抽采为主、风排为辅”的原则。采取的瓦斯抽采方法有采前顺层和穿层钻孔预抽煤层瓦斯、采中顶板中低位瓦斯道和回顺上向斜交钻孔抽采本层和上邻近层卸压瓦斯、采中底板瓦斯道和下向斜交钻孔抽采下邻近层卸压瓦斯、采中顶板横向消火道近水平长钻孔抽采本层和上邻近层卸压瓦斯、地面立孔抽采、入风顺槽向邻近采空区施工导入钻孔抽采邻近采空区瓦斯、施工工作面浅钻孔抽采岩石段局部瓦斯富集区瓦斯、大流量移动抽采泵抽采上隅角局部瓦斯。N2706工作面在钻孔抽采上也采取了“空间立体”多元化的抽采方式，针对不同的瓦斯来源施工钻孔。通过这些抽采手段，提高了抽采率、降低了工作面风量，达到了抽采与配风、瓦斯治理与防治自然发火的平衡。除采用瓦斯道、钻孔抽采外，N2706工作面还采用了地面立孔抽采法、回顺上隅角明管、骨架风筒抽采法、工作面浅孔抽采等作为补充，防止了局部瓦斯积聚现象的发生。,N706综放工作面通风及瓦斯抽采治理,7,大倾角综放工作面瓦斯和防火管理,2,铁法能源公司生产技术部,7.2,N2706工作面为综放开采，采取了综合防治自然发火措施一是采空区充填河沙，通过上下隅角预先埋管充填河沙，工作面平均每推进30米，运、回顺充填1次，同时在工作面上、下隅角构筑永久封堵墙来减小采空区漏风。二是采空区注氮，通过下隅角埋管连续注氮，注氮出口选择在氧化带，埋管采用间隔循环埋设方式保证至少2趟管路同时注氮。三是上下隅角封堵，每原班在上下隅角砌筑临时封堵墙，每推进10-15米砌筑永久性封堵墙。四是合理配风，该工作面初采配风1800m3/min，顶板初次冒落后风量一直在1100～12003m/min，低配风保证了采空区最少漏风量。五是工作面顶板预放部分煤炭受超前压力影响产生裂隙，发生提前氧化，主要通过运回顺钻场、消火道钻孔、低位瓦斯道预留管路进行注水，湿润煤体防止高温煤炭进入采空区。同时，煤体超前注水还对防尘和防突出起到了至关重要的作用。两顺顶板及煤柱由于受采动压力影响产生松动圈煤炭氧化，这部分煤炭也产生高温，在顶板及煤柱施工钻孔进行注水、注泥方法进行降温，防止高温煤炭进入采空区。,工作面自然发火防治,7,大倾角综放工作面瓦斯和防火管理,铁法能源公司生产技术部,8,结论,大兴矿通过N2706大倾角综放工作面的生产实践，成功解决了复杂条件下大倾角综放工作面顶板管理，形成了大倾角综放设备防滑、防倒综合技术管理体系，探索出大倾角放顶煤回采新工艺，破解了高瓦斯、突出危险煤层放顶煤回采工作面瓦斯、防火治理难题，实现了工作面高产、高效的总体目标，是对大倾角煤层高效开采的大胆而有益的探索。这些经验和技术对铁法矿区大倾角煤层开采工作面具有参考和借鉴的作用，对进一步深入开展大倾角煤层综合机械化开采的技术研究具有深远的意义。,铁法能源公司生产技术部,作者简历,作者韩复生工作单位铁能集团生产技术部生产处联系电话024-76835754手机号码13841061457E-mailtmhfsh传真024-76835754个人简历1998年毕业于辽宁工程技术大学采矿工程系采矿工程专业，高级工程师。毕业后分配到铁煤集团晓明矿先后在掘进、采煤、安监处、生产科从事技术和生产管理工作。先后担任技术员、主任工、副科长、队长等职务。现单位集团公司生产处采煤科科长，负责集团公司采煤技术与生产管理。在担任综采队长期间先后组织完成了东北地区首套1.4米薄煤层综合机械化成套设备的回采试验；成功完成了国产“三一”刨煤机成套设备工业性试验开采。,谢谢观赏THANKS,