陕北坚硬煤层放顶煤开采技术.pdf

粱均成王朝阳陕北坚硬煤层放顶煤开采技术 2 0 0 9 年 陕北坚硬煤层放顶煤开采技术 梁均成1 ，王朝阳2 1 ．神树畔煤矿筹建公司，陕西榆林7 1 9 0 0 0 ；2 ．中国华电集团陕西安康电厂筹建处，陕西西安 7 1 0 0 6 5 摘要针对陕北侏罗纪煤层特征和现用采煤方法的不足，提出放顶煤开采时顶煤及顶板岩层下落 的理想状态、利用爆破强迫项煤及顶板岩层破碎下落的办法、分析矿压特征，以促进采煤技术进步、 采煤工作面安全生产和在不同煤厚条件下提高资源回收率。 关键词坚硬煤层；放顶煤；深孔爆破；矿压特征 中图分类号T D 8 2 3 ．4 9 文献标识码i B 文章编号1 6 7 1 - 7 4 9 X 2 0 0 9J 0 1 - 0 0 6 8 0 2 0 引言 陕北、内蒙中部侏罗纪煤层一般厚度大，煤的坚 固性系数伶4 ，煤质坚硬；煤层的上覆岩层一般以 各类砂岩为主、呈整合或假整合接触，很少受后期地 质力的作用，岩层完整、坚硬。现井工开采矿井的工 作面顶板难以垮落；瓦斯多属二氧化碳氮气带， 沼气含量小，均属于低瓦斯矿井；煤层有自燃发火倾 向；煤尘具爆炸性，但开采时顶板岩层淋水可以抑制 矿尘；水文地质一般简单。长壁开采工作面在采高 与煤厚不能匹配时，用房柱式采煤方法均层厚损失 大、资源回收率低、安全保障性差。选用放顶煤技术 时，因顶煤和顶板岩层难以破碎下落，困绕着采用放 顶煤采煤方法和提高资源回收率。 1 现行采煤方法存在的主要问题 大型矿井采煤方法多为单一长壁或极少分层长 壁开采；小型矿井多沿用房柱式采煤方法。现采煤 方法存在的主要问题是资源回收率低，矿井圆采率 最高的为6 8 ．7 ％，最低的2 9 ．3 ％⋯。 1 ．1 煤层厚度的影响 当煤层厚度4 6m 、采用单一长壁一次采全高 开采时，采高大、支架支撑高度大。在采煤机割煤或 炮采爆破，由于落煤震动，形成片帮威胁。在采用 收穰日期2 0 0 8 1 l 一∞ 作者简介梁均成 1 9 5 1 一 ．男，陕西蒲城人，1 9 7 5 年毕业于西安矿 业学院采煤专业。高级工程师，总工程师，一直从事复杂地质条件下 的采煤和放顶煤采煤法的研究和实践。 大于3 0 0m 长的工作面时，依托国外设备技术，成本 投入剧增。采高与煤厚不能匹配时，开采造成层厚 损失，且回采工作面的初、周期极限垮落时的大块顶 煤无法回收，长期存在于采空区，造成自燃灾害威 胁。当煤厚大于4 ～6m ，设计分层长壁开采时，开 采上分层和下部各分层的支护设备不一，需增购下 分层开采的支护设备材料，增加成本投入。 1 ．2 分层开采的影响 开采上分层后，同一区域再次布置下一分层工 作面，再次送巷回采，环节复杂，增加管理难度。且 经上分层开采的矿压作用，破裂的煤体和遗煤也易 于自燃。 1 ．3 工作面安全的影响 坚硬的顶板难以垮落，造成老塘大面积悬顶，一 旦垮落，大空间瞬时缩小，形成巨大风流冲击，易于 破坏设备和造成人员伤亡。 2 坚硬煤层放顶煤采煤法及矿压分析 2 ．1 坚硬煤层放顶煤采煤法 放顶煤采煤方法可解决单一长壁采高与煤厚不 相匹配，厚、特厚煤层一次采全高的问题。 放顶煤开采时，顶煤及顶板岩层下落的理想状 态①顶煤能够达到在支架移设后随时破碎落下， 下落的顶煤块直径小，容易到达后部运输机；②顶板 岩层垮落，能够在顶煤下落并被回收后，在上覆岩层 压力和岩石自重力的作用下，自行垮落，其松散体高 度能够充填采空区空间。 强迫坚硬顶煤和完整顶板破裂下落放顶煤开 万方数据 第1 期粱均成王朝阳陕北坚硬煤层放顶煤开采技术 采的工作面，能够促使顶煤破裂下落的力有两种，① 随着回采工作面的推采前移，回采老塘区的空间越 来越大而形成的超前支承压力，作用于顶板岩层之 下、工作面煤壁区附近的顶煤层体上；②由于采煤机 割煤，将已改变了原始应力状态的顶煤由煤壁支承 而卸载，改为支架支承，且在切割裸露后至支架尾 部，要经过支架长度与割煤进度之比的次数的反复 支撑与卸载，对顶煤层体形成破坏。 在煤体及围岩较松软条件下或较坚硬、干燥的 煤岩层中注水软化B J 上述两种力足以使顶煤和顶 板岩层破碎下落。但陕北坚硬煤体和顶板岩层，在 开采时，顶板淋水足以使煤体湿润，还不能破碎下 落。因此①借用炸药在煤岩体中爆破，促使其软 化、改变矿山压力作用范围和显现特征，使其自重下 落；②在使用液压支架的工作面，隔架使用特殊型液 压支架。此支架架体内设有破煤器，以液压为动力， 对顶煤支撑，促使顶煤板层破裂、破碎下落。 巷道布置沿底送巷、回采，回采上方送爆破巷 道。其巷道条数、间距以两侧凿爆破炮眼的深度和 工作面长度计算，并设上部回风巷。 回采工艺可采用综采或炮采。 采放比合理的采放比，既可促进顶煤垮落，又 可在深孔爆破时减少爆破盲区，提高回采率。以煤 厚和爆破技术确定，在煤厚小于6 ～8l e t ，应选择l 1 - 2 ；煤厚大于8m ，应选择1 1 ．5 2 较合适。 项板管理全部陷落法，强迫垮落。 顶煤爆破以爆破为主，使其达到破碎下落的目 的。其炮眼布置，火药，封孔炮泥长度及爆破全部工 序执行煤矿安全规程爆破的规定，爆破宜在回采 工作面支架前方2 ～3m 以外至以远。 顶板岩层爆破依据工作面长度，在自开切眼回 采1 2 ～1 8m 时，应当进行顶板爆破工作，强迫其垮 落。爆破参数依据顶板岩体分层岩性、厚度来确定。 爆破前，顶板爆破区域内的顶煤层已爆破回收，爆破 时要留有高于工作面支架高度的顶煤不予回收。顶 板利用爆破巷作业。，炮眼布置，火药，电雷管等，应 根据顶板完整岩层层数、岩性、厚度等决定。 2 ．2 矿压分析 放顶煤工作面矿山压力显现特征主要表现在 围岩一支架受力体系改变口J 。一般条件下，这一受 力体系刚度降低，矿山压力转移；周期来压步距减 小，强度减弱。坚硬煤层、完整顶板条件下，切眼巷 道两侧煤体及围岩集聚的支承压力，随着自开切眼 回采、推移，工作面沿推进方向的空间不断加大，煤 壁区和其之上的顶煤体应力不断加大，还能够抵御 上覆岩层的巨大压力，到放煤区时，达不到破裂下落 的程度。采取爆破手段，首先对在支承压力区域的 顶煤体利用爆破时形成的破碎区、裂隙区的弱面和 震动区软化，与此同时，支承压力的区域向工作面前 方和两侧延伸。因此，①支承压力区前伸后，有利于 爆裂的顶煤破碎下落和顶板破裂；②支承压力区面 积加大、放煤区顶煤软化流失，工作面支架之上顶板 恒压的周期性作用强度减弱，有利于减小支架受力。 顶板岩层垮落的影响在确定的范围内进行顶 板爆破，强迫完整岩层破裂落下，使其顶板跨落岩石 运动的距离和砌体梁区、裂隙区的高度随之增大，化 解了恒定矿压对工作面支架及其之上顶煤的作用 力，部分地移至工作面前方以远和后方的采空区，有 利于减小恒压周期性作用力对工作面安全的威胁。 但垮落时的岩石冲击，威胁工作面安全。对顶煤和 顶板岩层爆破，说明了坚硬煤层因顶煤软化，比单一 层开采时上覆岩层压力直接作用于支架而成为作用 于围岩、顶煤及支架等这一受力体系，对支架的作用 力依然减小了；因顶板爆破和放顶煤，垮落岩石运动 距离的加大，对工作面安全有威胁。 3 应重视的问题及预期效果 引以重视的问题①回采层位和爆破层位之间 应当留有回采假顶层，有利于支架支护和工作面安 全管理，其厚度约为回采高度的1 ／3 左右；②顶煤和 顶板岩层的爆破，必须遵照煤矿安全规程之规 定；③工作面支架选型，要注重满足稳定性；④顶煤 爆破于工作面前方，并根据回采推进速度确定爆破 步距吻合于矿山压力作用，和保证爆破效果，使顶煤 充分下落。必要时，借用特殊型支架的卸载与支撑 或使用破煤器促使预留层破碎下落，便于回收；⑤在 基本顶恒压的作用下形成初、周期来压和对顶板爆 破强迫下落时，暂停回收顶煤，并落下顶煤的高度必 须大于支架支撑高度，御矿山压力和大块岩石冲击 力的作用于回采高度之上。待顶板垮落释放压能、 充填了采空区空间后，再开始回收；⑥工作面安全出 口的超前加强支护长度应加长。 预期效果①工作面回采率，以减去顶煤爆破松 散体与后部输送机槽的上沿相平难 上转第6 7 页 万方数据 第1 期李债秀张奋轩曾新领复杂地区野外数据采集方法研究 图5 深井炸药激发时间剖面 图6 可控震源激发所得时间剖面 震源激发所获剖面，表现在地震反射波能连续性增 强，频度较高，而可控震源时间剖面由于反射波间相 互干涉，连续性稍差，易形成复合波。但采用炸药震 源，深井激发，勘探成本大大增加，效率非常低。综 合考虑，在不影响解释精度及有效波特性的情况下， 可控震源激发在成本及效率方面具有很大的优势。 3 结论 在复杂地区进行地震勘探，采用可控震源激发， 通过改变震源内在的参数，达到增加能量的目的，节 约了勘探成本，提高了效率。但并不是所有的地区 都适合采用可控震源激发，当续至波不发育或续至 波与有效波时差较大时，一般可以采用可控震源激 发，但当续至波与有效波时差较小或二者发生干涉 时，一般不易采用可控震源激发。勘探区是否适合 采用可控震源激发，在实际生产中必须通过试验，根 据勘探区的实际情况确定。 参考文献 [ 1 ] 张爱敏．采区高分辨率三维地震勘探[ M ] ．北 京中国矿业大学出版社，1 9 9 7 ． [ 2 ] 唐建益，方正．煤矿采区实用地震勘探技术 [ M ] ．北京煤炭工业出版社，1 9 9 8 ． [ 3 ]王双明．煤田地质与可持续发展研究【M ] ．西 安陕西科学技术出版社，2 0 0 2 ． [ 4 ]程建远．三维地震资料微机解释性处理技术 [ M ] ．北京石油工业出版社，2 0 0 2 ． [ 5 ] 周锦明，熊煮．地震数据精细处理[ M ] ．北京 石油工业出版社，2 0 0 3 ．． - ．．- 卜 _ 斗 - - 卜 - 卜卜啊 - 卜●- 卜 - - 卜一卜● ．．卜 ●- 卜●●d 卜- ■p - - 卜- ●- 卜 叫●H ■- ．．- ●一 下接第6 9 页 回收、顶板岩块随顶煤下落掺入煤 中影响煤质时不再回收和顶板爆破时预留未回收的 顶煤量等3 部分，计算顶煤回收率在8 0 ％以上，工 作面回采率应在9 0 ％左右；②特厚煤层由于放顶煤 开采，工作面主要做业空间的高度可降低，减少了护 邦的难度；③放顶煤工作面增加了整层煤的资源回 收高度，可克服单一长壁工作面为提高产量而不断 加大工作面长度，减少设备投入；④工作面一次送 巷、一次回采，无需分层开采。减少搬家次数、降低 不同设备投入、降低了成本，还降低煤层自燃发火的 管理难度，增加了安全保障。 参考文献 [ 1 ] 范立民，蒋泽泉，郭维森．陕北煤炭资源回采率 现状与对策研究[ J ] ．国土资源科技管理，2 0 0 6 ， 3 ． [ 2 ]樊志斌．厚煤层低位放顶煤如何提高回收率 [ J ] ．陕西煤炭，2 0 0 4 ，2 3 2 4 5 4 6 ． [ 3 ] 梁均成，马晓燕．复杂地质条件下的放顶煤开采 技术[ J ] ．煤炭科学技术，2 0 0 3 ， 6 3 9 4 0 ． - _ 一．．．叫 _ - 卜- - ．．扣 卜斗_ 斗斗- ■ - 斗- _ ． ■_ ．．．叫 斗_ ．_ ■ - _ ． - ．．- - ．- 1 p 卜_ ‘ - ■_ - ●_ 下接第7 7 页 注三相泡沫、凝胶、黄泥浆和氮气， 防治浮煤氧化。 4 以三相泡沫和凝胶为主的综合防灭火技术 在4 0 1 0 4 工作面的实施，保证了该工作面安全、正常 的生产，表明该技术防灭火效果显著，为高瓦斯易自 燃大工作面防止煤炭自燃治理提供了新的技术手段 和宝贵经验。 参考文献 [ 1 ] 任万兴，王德明，等．应用三相泡沫技术防治大 倾角俯采综放工作面煤炭自燃[ J ] ．煤矿安全， 2 0 0 6 ， 2 1 1 1 3 ． [ 2 ]马汉鹏，三相泡沫流动及防灭火特性与应用研究 [ D ] ．博士学位论文，徐州中国矿业大学，2 0 0 6 ． 万方数据 陕北坚硬煤层放顶煤开采技术陕北坚硬煤层放顶煤开采技术 作者梁均成， 王朝阳， LIANG Jun-cheng， WANG Chao-yang 作者单位梁均成,LIANG Jun-cheng神树畔煤矿筹建公司,陕西,榆林,719000， 王朝阳,WANG Chao- yang中国华电集团陕西安康电厂筹建处,陕西,西安,710065 刊名 陕西煤炭 英文刊名SHAANXI MEITAN 年，卷期2009，281 引用次数0次 参考文献3条参考文献3条 1.范立民.蒋泽泉.郭维森 陕北煤炭资源回采率现状与对策研究[期刊论文]-国土资源科技管理 20063 2.樊志斌 厚煤层低位放顶煤如何提高回收率[期刊论文]-陕西煤炭 20042 3.梁均成.马晓燕 复杂地质条件下的放顶煤开采技术[期刊论文]-煤炭科学技术 20036 相似文献9条相似文献9条 1.会议论文 田胜荣.童永生.李向红 北泉煤矿特厚硬煤层放顶煤开采技术问题及其对策 2000 特厚坚硬煤层放顶煤开采技术具有不同于一般厚煤层放顶开采技术的特殊性。该文根据北泉煤矿开采的实践经验，针对放顶煤开采中的出现的回采 率低，自燃发火、瓦斯防治等问题，提出了具体的技术措施，使放顶煤开采这一高产高效采煤技术在特厚坚硬煤层中得到的应用。 2.期刊论文 章永久.ZHANG Yong-jiu 特厚坚硬煤层综合机械化放顶煤开采技术 -矿山压力与顶板管理2005,221 系统地介绍了煤层特厚、坚硬、顶板坚固、高瓦斯和浅埋深等条件下综合机械化放顶煤的关键技术及其在白芨沟矿的应用实践. 3.期刊论文 刘耀明.仇安东.谢飞鸿.刘京学 急倾斜坚硬煤层预弱化放顶煤技术 -煤矿开采2009,142 针对急倾斜综放面煤体坚硬、节理裂隙不发育、煤层厚度大及顶板比较坚硬的实际状况,提出了在顶煤中布置1条专用于预爆破的工艺巷,在工艺巷内 向上部顶煤布置钻孔,进行深孔爆破,以此改变顶煤的整体力学性能,使顶煤弱化,达到了提高顶煤采出率的目的. 4.期刊论文 李祥.LI Xiang 特厚坚硬煤层综放开采技术及其应用研究 -煤炭科学技术2006,342 以宁夏煤业集团公司白芨沟矿2321-4分层为例,系统地介绍了特厚、坚硬煤层在顶板坚硬、瓦斯含量高和埋深浅等条件下综合机械化放顶煤的若干关 键技术,该技术对类似条件下实施综合机械化放顶煤开采技术有借鉴意义. 5.会议论文 解景全.田利军 大同“两硬”条件放顶煤开采的现状与前景 2000 大同属侏罗纪煤层，顶板坚硬难冒，煤体坚硬完整，给厚煤层综放开采带来了困难。为了推进高产高效矿井建设和集约化生产，大同煤矿已成功地 开发应用了2种不同形式的厚煤层综放开采方法及配套技术。实现了“两硬”条件厚煤层放安全开采，工作面回收率和产量达到了新的水平。文章介绍 2种放顶煤开采方式，并进行了对比分析，展望了大同煤矿综放开采的前景。 6.期刊论文 王洪忠.焦士荣.柳俊仓.彭立正.诸葛祥华 大采深综采放顶煤技术的应用 -矿山压力与顶板管理 2005,224 对古城煤矿大采深条件下采用综采放顶煤技术进行了研究,2105面的实践证明,大采深坚硬厚煤层应用综采放顶煤技术是完全可行的,取得了很好的社 会经济效益. 7.期刊论文 尹忠昌.樊克恭.刘进晓.YIN Zhong-chang.FAN Ke-gong.LIU Jin-xiao 康家滩煤矿8煤层顶煤顶板运 移规律研究 -煤矿开采2007,125 为了研究康家滩煤矿8煤层坚硬顶煤的冒放性,对88203工作面坚硬顶煤顶板的破断、运移规律进行了现场观测和分析研究.利用深基点观测方法,在 88203综采工作面回风巷内设置矿压观测站,对工作面顶煤顶板的不同层位进行深基点观测;利用LB数字摄像仪观测方法监测了顶煤的破坏发展过程.观测 结果表明,顶煤距煤壁前方15m以内开始移动,顶板岩层移动距离煤壁前方都在18.5m以内,顶板滞后于顶煤的运移,且顶煤冒落时位移量较大;采动超前支承 压力超前作用距离为10～13 m,产生压裂破坏和新裂隙,说明支承压力对顶煤有预裂作用.88203工作面顶煤不能随采随冒,顶板也不能及时垮落,因此,如果 采用放顶煤工艺需对顶煤顶板采取人工处理措施. 8.学位论文 魏锦平 坚硬顶板、坚硬煤层综放采场煤岩组合冒放结构及控制研究 1998 该文运用矿压观测、相似材料模拟试验、计算机辅助实验和理论分析等研究方法,对坚硬顶板、坚硬煤层条件下综采放顶煤采场的煤岩组合结构及其 控制进行了系统的研究. 9.会议论文 吴克福.陈虎.周发堂.李文宝 坚硬特厚煤层综放开采顶煤弱化技术 2004 介绍了靖远煤业公司红会一矿在坚硬特厚、节理裂隙不发育煤层中，采用一次采全高综采放顶煤采煤法中预先综合弱化顶煤的主要技术和有关经验 。 本文链接 下载时间2009年12月3日