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复杂地质条件下高瓦斯煤层高产高效开采技术 第六图书馆 介绍了综合机械化大功率国产装备在高瓦斯、复杂地质条件煤层工作面的成功应用,实现了高产高效,创造了国内综采工作面单 产最高记录,取得了良好的经济和社会效益,对同类条件下工作面安全高效开采具有一定指导意义和借鉴价值。介绍了综合机械 化大功率国产装备在高瓦斯、复杂地质条件煤层工作面的成功应用,实现了高产高效,创造了国内综采工作面单产最高记录,取 得了良好的经济和社会效益,对同类条件下工作面安全高效开采具有一定指导意义和借鉴价值。高瓦斯 复杂地质条件煤层 高产高效 开采技术煤矿开采刘志扬淮南矿业集团张集煤矿,安徽淮南2321712007第六图书馆 第六图书馆 第 1 2卷 第4期 总第7 7期 2 0 0 7年 8月 煤矿 开采 C o a l Mi n i n g T e c h n o l o g y V o 1 ． 1 2 N o ． 4 S e r i e s N o ． 7 7 Au g u s t 2 0 0 7 复杂地质条件下高瓦斯煤层高产高效开采技术 刘志 扬 淮南矿业集 团 张集煤矿 ，安徽 淮南 2 3 2 1 7 1 [ 摘要] 介绍了综合机械化大功率国产装备在高瓦斯、复杂地质条件煤层工作面的成功应用， 实现了高产高效，创造了国内综采工作面单产最高记录，取得了良好的经济和社会效益，对同类条件 下工作面安全高效开采具有一定指导意义和借鉴价值。 [ 关键词] 高瓦斯；复杂地质条件煤层；高产高效；开采技术 [ 中图分类号]T D 8 2 3 ． 8 2 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 0 7 0 4 - 0 0 3 2 - 0 2 瑚g h P r o d u c t i o n a n d H i g h E t Mi n i n g T e c h n o l o g y o f C o a l S e a m w i t l l I I i g h Ga s Co n t e n t u n d e r Co mp l e x Ge o l o g i c a l Co n d i ti O I I S 张集煤矿投产以来矿井依靠管理创新、技术创 新，优化采区设计，建立可靠的地质保障体系，选 用先进、配套合理的综采设备，大采高综采支架一 次采全高 ，煤炭运输胶带化 ，主井提升 自动化 ，实 现高产高效。2 0 0 5年，张集矿综采一队利用完全 国产化装备创造了单面年产3 ． 6 3 6 M t 的全国同类综 采工作面单产最高记录 ，效果显著 ，被专家评为高 瓦斯复杂地质条件下开采效益最好矿井。 1 工作面开采技术条件 工作面倾 向长度 为 1 8 1 3 m，面长 2 0 0 m，煤厚 3 ． 3～ 4 ． 7 m，平均 4 ． 0 m，煤层倾角为 2～8 。，煤层 赋存稳定，结构简单，面内发育 l 4条小断层，对 回采有一定影响。 复合 型 顶 板 ，直 接 顶 为 泥 岩 ，厚 度 2 ． 5～ 1 0 ． 5 m，中夹一层煤线 ；基本顶为中细砂岩 ，厚 度 6 ． 6～1 9 ． 4 m；直接底为泥岩，厚度 0 ． 6～ 3 ． 8 m。 瓦斯相对 涌 出量 1 2 ． 3 m 。 ／ t ，开采 时瓦斯绝对 涌出量 3 6 m 。 ／ m i n ，属 高瓦斯 工作 面 ，煤层有爆 炸 危险性 ，有 自然发火危险 ，发火期为 1 ～ 3个月 。 采用后退式倾斜长壁一次采全高综合机械化俯 斜开采 ，回采工艺为端头斜切进刀一割煤一移架一 推溜一端头斜切进刀 ；采煤机双 向割煤 ，往返进两 刀，割煤步距为 0 ． 6 m。作业方式为两班采煤一班 准备，即夜、早班生产，中班检修。 2 安全生产保障技术 2 ． 1 地质保障技术 推广应用高分辨率数字勘探技术和无线电坑透 技术 ，探明综采工作面 内隐蔽断层及地质异常带 ， 以可靠的地质预测、先进的三维勘探信息技术为依 托 ，建立 了完善的高产高效地质保障体系 ，为工作 面安全高效回采提供了科学依据和可靠保证。 2 ． 2 工作面装备保障技术 为了提高工作面生产能力 ，实现安全高效 ，工 作面配备了国内先进的成套综采设备鸡西煤机厂 生产的 M G 4 0 0 ／ 9 2 0 一 WD大功率电牵引采煤机，张 家口煤矿机械厂生产的 S G Z 8 0 0 ／ 1 0 5 0大功率大运 量高强度 的刮板输送机 ，郑州煤矿机械厂生产的大 流量高工作阻力 的 Z Z 6 0 0 0 ／ 2 1 ／ 4 2液压支架 ，运输 巷装配了大功率大运量的张家口煤矿机械厂生产的 S Z Z 一 8 0 0 ／ 4 0 0自 移式转载机，大功率 P C M 2 5 0破碎 机和 兖 州 煤 矿 机 械 厂 生 产 的 大 功 率 大 运 量 S S J 1 2 0 0 ／ 2 0 02强力带式输送机；采用可靠 的 3 ． 3 k V电压 等级供 电。工作 面两巷辅 助运输选 用 S Q一 1 2 0 0连续 牵引绞 车 ，实现 长距 离快速 直达 运 输。工作面设备配套生产能力均达到 1 5 0 0 t ／ h以 上，为工作面的安全高效生产提供了设备保障。 2 ． 3 矿压监测 从工作面初采开始，建立完善的工作面矿压连 续监测系统 ，对采面及两巷进行矿压实时监测 。根 据所测支架前后立柱的初撑力、工作阻力和末阻力 等参数，分析工作面顶板压力大小、支架增阻状 况，测出初次来压和周期来压步距 ，验证支架选型 的合理性 ；对工作面上下巷围岩变形进行测试 ，得 出工作面采动超前支承压力大小及影响范围。通过 矿压监测掌 握工作面及两巷矿压 显现及其 变化规 律 ，采取针对性的工作面及两巷管理措施 ，确保 了 [ 收稿日期】2 0 0 7 0 4 2 9 [ 作者简介】刘志扬 1 9 7 8 一 ，男，安徽寿县人， 助理工程师，2 0 0 2年毕业于华北科技学院采矿工程专业 ， 现任张集矿调度室技术员。 3 2 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 刘志扬复杂地质条件下高瓦斯煤层高产高效开采技术 2 0 0 7年第4期 工作面安全高效生产。 2 ． 4 工作面及 两巷顶板控制 2 ． 4 ． 1工作面顶板控制 加强工作面煤壁、顶板控制。做到 “ 三直两 平一净两畅通 ” ，生 产过程 中采用追 机作 业方式 ， 割煤后及时伸出伸缩梁临时支护顶板，随后 l O m 拉移支架 ，移架时少降快拉 、带压擦顶移架 ，移架 后及时用护帮板护帮 ；泵 站压力保持在 3 0 MP a以 上，使支架有较高的初撑力，确保工作面良好的支 护质量 。 2 ． 4 ． 2端 头顶板控 制 综采工作面生产 中上下端头控制直接影响到两 个安全 出口的畅通和端头支架 的拉移 ，且上下端头 煤壁三角处因受两巷及工作面采动影响，支承压力 较大，易发生片帮掉顶 ，对此在上下端头煤壁三角 处架设斜跨棚和顺山棚，加强端头三角处的顶板控 制 ，确保 了上下端头的畅通。 2 ． 4 ． 3两巷顶板控制 工作面上下巷均采用先进的锚梁 网支护工艺 ， 从支护源头上保证了回采的快速推进，在跨工作面 机头 、机尾处采用 7 ． O m长 1 1 矿用工字 钢设 双排 挑棚 ，一梁四柱 ，随机头 、机尾交替迈步前移 ；上 下巷超前工作面 2 0 m用 4 ． 5 m长 1 1 矿用工字钢挑 四排挑棚 ，2 0～ 6 0 m挑双排挑棚加强支护 ，以减少 巷道顶板下沉量。 2 ． 5 两巷运输技术 两巷辅助运输采用 S Q 一 1 2 0 0巷道连续牵 引车， 设备运输能力大，可实现长距离快速直达运输 ，不 需 中转，具有 良好的运行可靠性 、运输安全性 ，大 幅度减少 了作业人员 数量 ，并 降低 了工 人劳动强 度，提高了运输效率。 2 ． 6 提高煤炭采 出率 为了提高煤炭采出率，工作面正常跟顶回采， 采高保持在 3 ． 8～ 4 ． O m，过地质异常带时 ，根据煤 层厚度合理调整采高。通过严格管理，工作面采出 率达到 9 7 ％ 以上 。 2 ． 7 瓦斯治理 1 3 1 煤层瓦斯含量高，涌出量大，采煤时绝 对涌出量最大达 4 0 m。 ／ mi n ，在总结开采 经验 的基 础上，对本面的瓦斯采用综合治理方法 1 掘高抽巷抽采瓦斯距煤层法距 2 0 m、 回风巷平距 2 0 m位 置施工 贯穿整个工作 面走 向的 高位抽排巷道，利用抽排巷抽采采空区上方采动裂 隙瓦斯， 最大抽采浓度达 3 0 ％ 以上，抽采纯量达 2 0 m。 ／ mi n 。 2 在工作面上下巷施工沿煤层抽采钻孔， 预抽煤体瓦斯，预抽时间长达 1 a ，预抽率达 2 0 ％。 3 采空区埋管抽采采空区瓦斯。在工作面上 隅角埋设抽采管路抽采上隅角瓦斯，确保上隅角瓦 斯稳定 。 通过 以上 治 理 手 段 ，再辅 以工 作 面不 小 于 3 0 0 0 m 。 ／ m i n的大风量及严格 的现场管理 ，确保 了 工作面瓦斯 的有效治理和安全生产。 3 技术经济效果 1 效率高 综采单 面最高 日产达 1 4 9 3 2 t ， 单面最高月产达 3 3 1 k t ，单面年产突破 3 ． 6 3 6 M t ， 创造了全国同类综采工作面单产最高记录。两巷采 用锚梁网支护 ，回采时减少两巷改棚工作量，有利 于工作面快速推进及提高劳动效率；工作面使用端 头支架、转载机使用自动拉移装置，确保工作面快 速推进 ，该面全年月产始终保持在 3 0 0 k t 以上 。 2 成本 低 加 强工 作 面煤壁 及顶 板控 制 ， 工作面保持快速推进 ，不需铺金属网 ，极大节省材 料费用 ，另外工作面推进速度快 ，也有利于采空区 防灭火管理，减少了向采空区注浆、注氮，降低了 成本 ；大功率综采设备过地质异常 区能力大 、适应 性强 ，有利于工作面过落差较大的断层和地质异常 区，节省工作面搬家费用。通过以上综合管理，使 矿井吨煤成本降低到 1 1 3 ． 6元 。 3 安全生产 使用配套成熟的国产大功率 机电设备 ，生产能力大 ，设备事故率低 ，确保 了工 作面的快速推进 ，减小了顶板压力对工作面 回采的 影响 ，避开 了超前压力峰值 区，有利于煤壁 、端头 的顶板控制 ；通过煤层顶板瓦斯抽排巷 、煤层顺层 钻孔预抽、上隅角预埋管等综合治理瓦斯，有效地 减少了高瓦斯对回采的影响，极大地提高了开采安 全系数 ，确保 了工作面安全生产。 4 有待进一步解决的问题 1 俯斜开采工 作面输送 机不平 ，有 与煤层 倾角一致 的俯角 ，其上的采煤机在 自重作用下 ，向 下产生分力 ，造成采煤机行走齿轮与齿轨之间有较 大的侧向作用力，容易损坏行走齿轮和齿轨，同时 增大采煤机行走阻力 ，增大采煤机负荷 。 2 工作面倾向布置，刮板输送机受 自重力 和抵车时向下分力的影响，较难控制，因此使工作 面工程质量管理难度增大。 3 俯斜 回采， 不利于采空区注浆防灭火管 下转3 7页 3 3 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 王秀夫等高瓦斯 易燃 复杂条件下工作面安全收作的实践 2 0 0 7年第4期 该工作面上风巷比工作面下机巷标高高，具备 采空区灌浆条件 。灌浆管路设置在上风巷进行采空 区埋管灌浆 ，保证工作面有足够的灌浆量 ，以工作 面下机巷不 出现溃浆为准 。 2 ． 4 收作期间采取注氮防灭火 氮气的防灭火机理 采空区注入高纯度的氮气 后 ，氧气浓度相对降低 ，氮气部分代替氧气与煤体 表面接触 ，煤对 氧的吸附能力 降低。采 空区注氮 后，静压提高，降低了漏人采空区的风量。氮气流 经煤体时 ，吸收煤氧化产生的部分热量 ，氮气与采 空区气体充分混合后，可燃、可爆混合气体的爆炸 范围逐渐减小。 注氮工艺 根 据采 空 区 自燃 “ 三 带” 理 论 ， 注氮管路 的出 口位置放在采空区的氧化带内，这样 可以缩短氧化带的宽度 ，降低采空区 自然发火的危 险程度。收作期间，可采用一班连续注氮 ，或根据 预测预报结果 ，发现上隅角和回风流中出现 C O以 及检测发现温度出现异常 ，则采取 2 4 h连续不问断 注氮，以防止采空 区自然发火。 2 ． 5 采空 区埋管抽放 在工作面上风巷埋放抽放管路 ，对采空区瓦斯 和工作面上 隅角瓦斯进行 抽放。抽 放管路 直径为 2 0 0 m m，配合型号为 2 B E 1 -4 2 0井下移动泵进行抽 放，同时要对上隅角超前半硐抹拐管理，上隅角要 用塘材配合塑料网封严背实，有孔洞的地方必须用 煤泥堵实 ，严防采空区瓦斯 向外涌出造成工作面回 风瓦斯超限。 2 ． 6 工作面采用套正规木棚收作 由于该工作面是 8煤层顶分层工作面，也是进 入二水平该采区的首采工作面 ，由于受地质构造影 响 ，丢顶煤达 2 m 以上 ，回采过程 中，瓦斯经常 出 现涌出异常， 若采用传统的满收满回方法难以保证 安全 ，主要是因为 工作面收作时 ，随着顶板大面 积的冒落 ，顶煤的瓦斯大量逸出，涌人工作面 ，造 成工作面回风瓦斯超 限 ；由于工作面受 断层影 响， 造成工作面丢顶煤 ，随着工作 面收作 、支架 回收 、 顶煤的冒放 ，也容易诱发煤与瓦斯突出。 为了保证工作面的安全收作 ，采用套正规木棚 全负压通风方式回收 叮 r 型钢梁和单体支柱。木梁 为 直 径 2 0 0 m m， 长 2 2 0 0 mm 的 半 圆 木 ，直 径 2 0 0 m m，长 2 0 0 0 mm的半 圆木作腿。在原铁棚间套 齐 “ 一梁三柱” 的木棚后 ，方可 自下而上 回收铁 棚。在整个工作面的铁棚 回收完毕后 ，拉垮工作面 上 、下出 口向里 5 m的支架 ，使其工作面断氧。另 外在工作面机 、风巷抬棚 口和溜煤上山及材料上 山 下 口分别打上封闭墙 。 3结论 1 高瓦斯复杂地质条件下工作面收作，采 用套正规木棚全负压通风方式配合工作面浅孔煤壁 注水 、煤壁打钻抽放瓦斯 、采空区埋管灌浆 、工作 面采空区注氮、上隅角埋管抽放的方法，打破了该 矿传统的工作面满收满回的收作工序 ，提高了工作 面收作时的安全性 ，有效地防止了工作 面收作时瓦 斯超限 、煤层 自然发火等现象 。 2 工作面收作前 ，要实行 “ 三封闭”管理 ， 特别是工作面顶板和采空区侧必须用塑料双抗网封 严 、封实 ，减少向工作面采空 区漏风 ，减少给采空 区煤炭二次供氧机会，煤炭自然发火的几率就会大 大降低。 3 工作面收作时要合理劳动组织，提高收 作进度 ，缩短工作面收作时间，缩短采空区煤炭缓 慢氧化时间。 4 由于工作 面收作时套正规木棚需要 投入 大量的人力 、物力 ，造成矿井的吨煤成本增加 ，影 响矿井 的经济效益 。 5 高瓦斯回采工作面在设计时，应尽量避 免收作线位置在断层及构造破碎带附近或构造应力 集中区，确保工作面安全收作。 。 [ 责任 编辑 崔德仁 ] 上接 3 3页 理 ，一旦工作面条件变差 ，推进度跟不上时 ，防灭 火工作难度增大。 4 工作面采用的大型国产设备的关键部件 质量有待进一步提高，生产中较容易发生损坏，影 响工作面安全高效生产。 [ 参考文献] [ 1 ]闫少宏 ．较 薄厚煤层综 放开采现状 与关键 技术 [ J ]．煤 炭科 学技术 ，2 O O O 1 2 - 5 ． [ 2 ]王金华 ．我国高效综采成套技术得发展现状 [ J ]． 煤炭科学 技术 ，2 0 0 3 1 5 - 8 ． [ 3 ]杨同敏，张宏 ． 国产设备条件下得高产高效实现初探 [ J ] ．矿山压力与顶板管理 ，2 0 0 4 2 1 7 1 8 ，2 1 ． [ 4 ]张纯宪 ．综采设备和高产高效 [ J ]． 煤矿开采， 2 0 0 5 3 8 4．6 3 ． [ 5 ] 何全洪，固明晨 ，等 ． 复杂条件下放顶煤开采技术 [ J ]．矿 山压力与顶板管理 ，2 0 0 5 1 2 1 - 2 3 ． [ 责任编辑邹正立】 3 7 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆