浅谈四台矿极近距离煤层采空区下开采方法.pdf

第 9卷 第 3期 总 第 6 O期 2 0 0 4年 9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 ． 9 N o ． 3 S e r i e s N o ． 6 0 S e p t e mb e r 2 0 0 4 浅谈 四 台矿 极 近 距 离煤层 采 空 区下开 采方 法 李福 大 同煤矿 集 团 四 台矿 ，山西 大同 0 3 7 0 0 0 [ 摘要] 介绍了四台矿 4 0 4盘区的巷道 布置 ，分析首采面 8 4 2 3工作面极近距离煤层采空区下 开采的难题 ，提 出了在开采过程 中采取的有效措施。形成 了一套完整的极近距离煤层采空 区下的开采 技 术 。 [ 关键词] 极近距离煤层；采空区下；巷道布置；开采技术 [ 中图分类号]T D 8 2 3 ． 8 1 [ 文献标识码 ]B [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 0 4 0 3 - 0 0 2 5 - 0 2 Supe r fic i a l di s c us s i ng of m i ni ng t e c hnique unde r c l o s e c o a l g o b 1 8 4 2 3首 采面的地质概 况 1 ． 1 层 间关系 从 切 眼 开 始 ，前 2 0 0 m 为 1 1 层 煤 层 ，煤 厚 2 ． 8 m左 右 ；2 0 0～1 2 0 0 m 为 1 1 与 1 2 1层 合 并 ，煤 厚 4 ． 2 m 左右 ；1 2 0 0 m 至 盘 区 回风 巷段 为 1 1 ，1 2 1 ，1 2 ． 2层合 并层 ，煤 厚 6 ． 6 8 m 左 右 。另 外 5 0 4～ 1 0 6 1 i n，共 5 5 7 m 上 覆 l O 层 8 4 2 3工 作 面采 空 区。 1 O 层 与 1 1 层 8 4 2 3工作 面层 间距见表 1 。 表 1 1 0 层与 1 1 层 8 4 2 3工作面层间距 m 1 ． 2 煤 层赋存状况 本工 作面地质条件 复杂 ，煤层产状 不稳定 ，煤 层倾 角 1～6 。 ，平 均 3 。 ，上 隅角 瓦 斯 涌 出 量 3～ 4 m ／ mi n ，煤尘爆 炸指数 3 7 ％ ，煤 的 自然发 火期 为 6个 月 。 在顺 槽掘进 中 ，共揭露 9条 断层 ，在工作 面推 进过 程 中揭露 6条 断层 ，其 中对工 作面开采影 响较 大 的有 4条 ，均 为顺 槽掘进 中揭露 。 2开采方 案 2 ． 1 盘 区巷 道布置 1 O 层 、1 1 层盘 区巷道 采用 联合 布置 方式 ，开 采 1 1 层时 ，利 用 现有 的开采 l O 层 已布置 的 3条 盘区巷 ，盘 区轨道 巷 、盘 区 回风 巷 布置 在 1 O 层 ， 盘区胶带 巷布置 在 1 1 层 。顺槽 巷倾 斜布 置 ，即东 西 向布置 。如图 1所示 。 图 1 盘 区巷 道 布置 2 ． 2上下顺槽 内错 距 的确定 1 O 层 采空 区及 层 间距 的影 响 ，根 据上 部 采空 区塌落稳定后 采空 区及 巷 间煤 柱 的压力 传递 范 围 ， 同时结合 同煤 集 团公 司王村 矿 近 距 离 煤 层 开采 经 验 ，选择 1 1 层工作 面与 1 O 工作面 内错式 布置。 根 据顺槽 平 巷 矿 山压 力显 现 规 律 ，1 1 层顺 槽 在其 与 1 O 层 层 间距 确定 的情 况下 ，应布 置 于压力 的传递 影响角 以外 。压力影 响角 与煤层 倾角 、层 间 岩石性 质有 关 ，一 般 情 况 下 当煤 层 倾 角 小 于 2 5 。 时 ，压力影响角 为 2 5～4 5 。 ，1 1 层 上覆 l O 层 煤层 倾角 一般为 0～8 。 ，所 以上下 顺槽 内错距 应按 水平 煤层 压力影响范 围公式计算 ， ≥ 日 t a n0 式 中 ，￡为上下顺 槽 内错 距 ，m；日 为 1 O ～1 1 层 间距 ，m，取 4 m；0为压力 影响角 ， 。 ，取 3 5 。 。 ￡≥ 日 t a n 02 ． 8 m 根据上式计 算及 四台矿 1 O 层 、1 1 层煤层层 间 距 及岩石性 质情况 ，以及 根据矿压 观测沿走 向上部 【 收稿 日期]2 0 0 4 0 4一 叭 [ 作者简介】李福 1 9 6 7一 ，男，山西大同人 ，工程师 ，毕业于山西矿业学院，现任矿长助理。 25 维普资讯 总 第 6 o期 煤 矿 开 采 2 0 0 4年 第 3期 l 0 层 实体煤对 I I 层巷道 布置的影响 ，最终 确定上 由面 ； 下顺槽净煤 柱为 4 m。如 图 2所示 6 顶煤 冒落 处若 支架 不 接顶 要 立 即用 道木 3采煤方法 图2上下 顺槽 内错 距 工作 面采用单一长 壁后退式综合机械 化开采方 法 ．全部垮落法辅 助人 工强制放顶煤 管理顶板。 工艺流程 为 单向割煤 ，尾部斜 切进 刀一 上行 割煤一 移架一 推溜 ，下 行清煤 。 采高选择 本 工作 面在 开采 上 覆实 体煤 段 时 ， 见顶 见底 ，采 高 3 ． 5 m；开采上 覆 采空 区段 时 ，见 底留顶 ，保证复合顶板 厚度 2 ． 5 m，采高 2 ． 5 m。 4开采过程 中压 力显现和采取 的措 施 4 ． 1 从 实体煤进 入采 空区下 8 4 2 3工作 面实体煤下 推进 时 ，支架 阻 力平稳 ， 安全 阀按 周期 来 压 步距 2 83 5 m 均 匀 开 启 ；当工 作 面推进 到上覆采空 区前 3 07 m 时 ，工作 面及 巷 道 片帮严 重 ，顶板 压力增 大 ，局部 顶板破 碎 冒落 ， 支架 阻力增 大 到 3 0 MP a左 右 ，安 全 阀开 启 率逐 渐 增加 ；当工作面推进至距 采空 区边 界 7 m 时 ，工 作 面进入煤 体的塑性变形 区 ，顶板压力变小 ，煤壁 片 帮现象减轻 ，但是工作 面的顶煤无法 留住 ；当工 作 面完 全推 进 至 采 空 区 下后 ，顶 板 压 力小 。煤 壁 平 直 ，煤质 坚硬 ，截齿牙 痕明显 ，支架阻力平 稳 ，安 全 阀很 少开启 ，两 巷压 力也减小 ；当工作 面推进 至 采空 区范围外 1 5 m 时 ，压力 显 现 与工 作 面进 入 采 空 区时相 似 ，强度稍弱 。 根据 矿压显现采取如下 措施 I 在 实体煤 与 采空 区分界 线 前后 2 0 m 范 围 内加 强支护 ； 2 两 巷 安 全 出 口处 ，支 设 抬棚 。并 与顺 槽 平行 ，抬棚 梁使用 6 m长 1 8 K钢轨 ，抬棚 腿使用单 体柱 ； 3 在端 头 支架 与顺 槽 煤 壁 间 。每 根 棚梁 支 设 2根单体柱 ； 4 工作 面 支架 采 用 及 时 超前 擦 顶 移 架 ，更 换大 护壁板 为短护壁板 5 向煤 体 打锚 杆 护 帮 ，防 止 片帮 。减少 自 26 刹 顶 。 4 ． 2采 空区下开采 工作 面在采空 区下 ，压力小 ，煤壁平整 ，煤质 坚硬 ，只在工作 面顶板 周期来压时 ，工作 面部分地 段 出现 片帮 。在超前 支护范 围内。两巷 的棚梁都 有 不同程 度 的 变 形。 变形 量 最 大 可 达 0 ． 5 m。为 此 ， 采取 以下措施 I 工作 面采 取 双 向割 煤来 缩 短工 作 面 的 空 顶 时间 ，加快工作面 的整 体推进 速度 ； 2 随着支架前移及 时伸出护壁板 ； 3 要 及时 调 整泵 站 的 压 力 ，不 仅 要使 支架 达 到初撑 力的要求 ，还要保证 顶板的完整性 ； 4 胶带顺 槽超前支护 3 0 m，安 全 出 口架 设 I 对两梁迈 步抬棚 ，并与顺槽 平行 ； 5 轨道顺槽超 前支护 6 0 m，安 全 出口架设 2 对 四梁迈 步抬棚 ，并与顺槽 平行 。 4 ． 3从采 空区下进 入实体煤 当工作 面推进 到实体 煤前 2 07 m 时 ，工 作 面 煤壁片帮 ，顶板压力增大 ，局部顶板破 碎 冒落 。支 架阻力增 大 到 3 9 MP a左 右 ，安 全 阀 开启 率逐 渐 增 加 ；但两巷 的棚梁无明显 的变形 。当推进 至实体煤 7 m时 ，工作 面的压力逐渐减弱 ，煤壁 片帮也变 小 ， 两巷无 明显 变形。此阶段 主要措施 I 必 须提 前 2 0 m，将 采 高 降至 2 ． 8 m 左 右 ， 1 5 m前必须检修工作 面所 有的设备 ，安全 阀打压必 须达到 2 9 ． 5 MP a以上 ，不合格 立即更换 ； 2 工作 面采 取 双 向 割煤 ，支 架 移架 采 取 超 前及时擦顶移架 ，以缩短空顶时 间，快速进人 实体 煤下 3 进人 实体煤 2 0 m 范 围 内，一次性 架 设 铁 道抬棚 ，抬棚 下支设 单体支柱 。 4 ． 4过断层采取 的措施 I 5 4 2 3巷 沿 工 作 面推 进 方 向距 断 层 1 2 m。 提前 进 行 起 底 ，起 底 长 度 3 2 m，起 底 量 1 ． 0一 I ． 5m ； 2 5 4 2 3巷起 底部 分 ，采 用架 无腿 棚 ，并 刹 顶 ，保证工作 面支架拉 到该段能接顶 ； 3 工作 面尾部沿 顶板显露的石头下穿过 ； 4 工作 面头部 采 用 放 炮 割 石 头 的方 法 。每 放一茬炮 ，割一刀 ，对 大块石头在刮板输送机上提 前打碎 ； 5 断层揭露处 ，采 取超前擦顶移架 ； ‘ 下转 3 0页 维普资讯 总第6 0期 煤 矿 开 采 2 0 0 4年第3期 表 7各 村 庄 附近 地表 移动 变 形最 大值 图2 地表下沉等值线图 对照 建筑物 、水体 、铁路及 主要井巷煤柱 留设与压煤开采规程 的规定可知河南省禹州 坤城煤 矿 采 用 条 带 开 采 时 ，地 表 变 形 最 大 值 1 ． 3 m m／ m，水 平 变 形 占 0 ． 6 mm／ m， 曲 率 k 0 ． 0 5 mm ／ m 。因此 ，地表砖石结构建筑 物受 影响程 度应 在 I 级 以内。说 明条带开 采参数 对各村庄下 压 煤 开采是合适 的。 3结 论 1 在理论 计 算 、地 表移 动 和 变 形 预计 分 析 的基础上 ，认 为坤 城煤矿各村庄下 压煤采用 条带法 开采是可行 的 ，本 文所提 出的条带开采设计参 数满 足 了条带开采 的技 术要求。尽管村庄 民房 的抗变形 能力较差 ，但 在正常情况下 ，条带 开采 以后地面各 村庄建筑物 的影 响程度总体可控制 在 I 级 以内。 2 给出了坤 城煤 矿条带 开采 方案及 其参 数 ， 采 出率加 权平 均达 到 5 3 ％ 。由于 坤 城煤 矿 村庄 压 煤量很 大 ，约 4 0 0多万 吨 ，占矿 井 总地 质 储 量 的 7 0 ％左右 。预计 可采 出村庄下 压煤 量约 2 2 0万 t 左 右 。解放这些村 庄建筑物下压煤 ，提高了矿井煤炭 资 源采 出率 ，延长 了矿井服务 年限。因此 ，可产生 巨大 的经济 和社会效益 。 [ 参考文献] [ 1 ]国家煤炭局 ．建筑物、水体、铁路及 主要井巷煤柱 留设与压 煤开采规程 [ M]．北京 煤炭工业出版社，2 0 0 0 ． [ 2 ]何国清，杨伦，凌赓娣 ，等．矿山开采沉陷学[ M]．徐州 中 国矿业 大 学出 版社 ，1 9 9 4 ． [ 3 ]吴立新 ，王金庄 ，刘延安，等 ．建 构筑物下压煤条带开 采理论与实践 [ M]．徐州中国矿业大学出版社，1 9 9 4 ． [ 4 ]张华兴 ，赵有星 ．条带开采研究现状及发展趋势[ J ]．煤矿 开采 ，2 0 0 0，5 3 5 - 7 ． [ 5 ]郭文兵，邓喀中，邹友峰 ．地表下沉系数计算的人工神经网 络方法研究[ J ]．岩土工程学报，2 0 0 3 ，2 5 2 2 1 2 2 1 5 ． [ 责任编辑邹正立] 上接 2 6页 6存在的 问题 5 “ 一通三 防” 综合管理 l l 层煤 8 4 2 3工作面为高 瓦斯工作 面 ，本煤 层 煤 体及 围岩 中瓦斯 含量较高 ，是 回采过程 中瓦斯涌 出的主 要 来 源 ；另 外 ，在 采 至 1 0 层 采 空 区 下 部 时 ，随顶板垮落 1 0 层采 空区 内的瓦斯也将 涌出。 由此 ，采取 了严 格 瓦 斯 管 理制 度 的执 行 和 落 实 ；加 强配风管理 ；尾 山角瓦斯处理使用抽 排风机 和尾 部打风 障措施进 行处理 ；在 回采过程 中打抽放 瓦斯钻 孔 ，施行边抽边 采等措施预 防瓦斯超 限。 在 回采过程 中还 采取综合 防灭火措施 i在工作 面构 筑均压 系统 ；封堵 漏 风通 道 ；对 l O 层 采 空 区 及 l l 层工作面进 行预 防性黄 泥灌 浆 ；在工 作 面进 风端 头设置氯化镁雾 化器 ，使汽雾 阻化剂 变为阻化 汽雾 以采空 区漏风 为载体转移到遗煤表面 ，从 而达 到阻化 防火作用 。 3 O 巷道在 采空 区下掘进时 的顶 板支护不能有效的 控制上 覆采 空的 冲击压力 ，支护破坏严 重 ，巷道二 次维 护工程量大 ，回采时钢棚 回收率低。 巷道在 掘进时底鼓严重 ，虽 然采取 了 向煤柱打 b l O 8 mm的钻 孔卸压 ，但效果不 明显 。 7结语 首采面开采技术研究获得成 功 ，并将为该盘 区 正常开采 总结出宝贵 的理论 和实践经验 ，同时将会 为本矿 下部 1 2 层 、1 4 层近距 离煤层开采提供一套 可靠 的采掘安全保障 系统 ，促进矿井安全生产 ，稳 产 高产 ，增 强 四台矿乃至用煤 集团生产后劲 ，将产 生 巨大的经济 、社会效益 。 [ 责任编 辑 邹正 立 ] 维普资讯