堅硬頂板條件下的大采高工藝

1、概況

厚煤層( 大于 3.5米)具有儲量優(yōu)勢，也是實現(xiàn)工作面、礦井高產(chǎn)高效的基本條件，然而目前世界各國在厚煤層開采方面大都沿用傳統(tǒng)的分層開采方法，沒有將厚煤層的儲量優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量和效益優(yōu)勢，為了大力發(fā)展厚煤層的儲量優(yōu)勢，大同煤礦集團(tuán)公司2002年上馬一套以國產(chǎn)為主，關(guān)鍵設(shè)備引進(jìn)的大采高綜采設(shè)備。

大同礦區(qū)5米厚煤層儲量豐富，僅大同煤礦集團(tuán)公司所采區(qū)域的可采儲量就達(dá)1.75億噸，因此通過技術(shù)創(chuàng)新研究探索該類煤層的開采方法，進(jìn)行一次采全高技術(shù)裝備與配套工藝攻關(guān)，實現(xiàn)這一厚煤層的高產(chǎn)高效，高資源回收率的開采，成為大同煤礦集團(tuán)公司函待解決的技術(shù)難題。

2、地質(zhì)情況

2.1　盤區(qū)概括

四老溝礦14#層404盤區(qū)位于井田西北部,煤層厚3.5～8.84米,盤區(qū)采用雙翼布置,走向長2400米,傾向長度1804～2334米,平均20676米,蓋山厚度214～387米,平均320米。

2.2　煤層條件

據(jù)已掘14#層404盤區(qū)巷道實測見煤點及盤區(qū)21個鉆孔資料分析,盤區(qū)巷東部煤層厚度3.5～8.84米,厚度變化大,煤層結(jié)構(gòu)單一;西部煤層厚度3.57～5.41米,平均4.59米。14#層為暗煤、亮煤為主。原煤灰分8.79%,屬低灰煤;硫分含量平均都低于1%、為0.89%;發(fā)熱量6333千卡/公斤,煤種為二號弱粘煤。

2.3　地質(zhì)構(gòu)造

該盤區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單,地層傾角平緩,一般3～5°,盤區(qū)內(nèi)共有斷層4條,落差大于5米1條,落差1～2米3條,其中最大一條斷層在14#層404盤區(qū)東翼,落差2.0～6.8米。本區(qū)地質(zhì)大同向斜軸影響,有褶曲構(gòu)造,對開采影響不大。盤區(qū)西翼有火成巖墻出露,對其兩側(cè)煤層有烘烤現(xiàn)象,但對煤層開采影響不大。

2.4　頂?shù)装迩闆r

偽頂為灰色粉砂巖,厚0.35米;直接頂以灰白色細(xì)耱巖及中粗巖為主,層厚0.79～6.8米,平均6.68米;老頂為深灰色粉耱巖互層,層厚12.8米以上;直接頂為灰褐色粉耱巖,層厚0.95～9.87米,平均2.76米。

2.5　上覆下浮采掘情況

盤區(qū)西部小窯正開采11#層,北部城區(qū)達(dá)子溝開采11#層和14#層。本盤區(qū)除2#、11#、層工采外,其余大部分煤層厚度小于0.8未采,2#層距本層間距192米,11#層距本層間距28.5米左右。

2.6　水文地質(zhì)條件

地表屬里河水系,本層及上覆11#層頂?shù)装鍘r石中無含水層,低沼氣煤層,煤層爆炸指數(shù)40%。

2.7　儲量

2000年底核實確定14#層盤區(qū)工業(yè)儲量2941.0萬噸,可采儲量1711.2萬噸。404盤區(qū)工業(yè)儲量1295.3萬噸,可采儲量753.7萬噸。404東盤區(qū)工業(yè)儲量1646.7萬噸,可采儲量957.5萬噸。

3、采煤工藝

3.1　設(shè)備選型

采煤機(jī)使用德國艾柯夫生產(chǎn)的SL-500型雙滾筒搖臂式。支架使用ZZ9900/29.5/50支撐掩護(hù)式,由北京煤機(jī)廠和鄭州煤機(jī)廠生產(chǎn)。刮板輸送機(jī)使用SGZ1000/1050型轉(zhuǎn)載機(jī)使用SZZ1000/375型。皮帶自移尾裝置ZY2700型均由張家口煤機(jī)廠生產(chǎn)。皮帶使用SSJ1200/3×250G由廣東石龍煤機(jī)廠生產(chǎn)。

3.2　采煤工藝

采煤機(jī)割煤采用雙向割煤法,前滾筒割頂煤,后滾筒割底煤，采高一般控制在4.8米左右,大于4.8米煤層留頂煤開采,小于4.8米見頂見底。工作面采用正循環(huán)作業(yè)方式，采煤機(jī)進(jìn)刀采用在工作面頭、尾割三角煤的斜切進(jìn)刀方式，其工藝過程為：頭、尾部斜切進(jìn)刀-正常割煤-移架-移溜。

3.3　巷道布置

工作面采用雙巷布置方式,巷道沿傾向布置,切眼沿走向布置。機(jī)軌合一巷 寬×高=5.0×3.5,用于出煤、進(jìn)風(fēng)蒹存放設(shè)備列車。軌道巷道 寬×高=4.3×3.5,用于運料、回風(fēng)。切眼寬×高=8.4×4.0,一次成巷。巷道采用錨栓、錨索聯(lián)合支護(hù)方式，另加金屬網(wǎng)和護(hù)幫網(wǎng)，錨索長度6.3米,錨栓長度2.0米。

4、頂板管理

工作面高度增大以后，工作面的礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律以及對開采工藝的影響有其特殊性。

4.1　工作面來壓規(guī)律觀察

　首采工作面8402當(dāng)工作面推進(jìn)20米時,古塘偽頂全部垮落,同時直接頂開始垮落,推進(jìn)至30米時,工作面中部30#-86#架古塘直接頂基本垮落,結(jié)合切巷的支護(hù)情況判斷直接頂初次垮落步距在22-36米,平均為25米。

當(dāng)工作面推進(jìn)至53-57米時工作面老頂初次來壓，基本頂初次來壓時來壓預(yù)兆不大明顯，壓力顯現(xiàn)時工作面中部較尾部明顯，尾部較頭部明顯動載系數(shù)為：中部1.21,尾部1.16,頭部1.08。來壓后，中部有個別支架安全閥開啟，根據(jù)老頂分級指標(biāo)結(jié)合老頂初次來壓步距為54.5米，判斷在工作面老頂屬于Ⅱ級來壓明顯。

工作在開采800米段過程中，進(jìn)行了全面的礦壓觀察，從觀察結(jié)果來看，本工作面周期來壓始終基本頂中部來壓次數(shù)多且強(qiáng)度大，頭、尾部來壓次數(shù)少且強(qiáng)度小，來壓強(qiáng)度的平均為1.26,周期來壓步距在15-28米之間,平均16.5米。）

4.2 采空區(qū)頂板管理

工作面開采采空區(qū)頂板管理方法為自然垮落結(jié)合人工強(qiáng)制放頂,初次放頂步距為28米,步距放頂為20米。

初次放頂步距參數(shù)表

4.3 頂板管理技術(shù)措施

兩順槽及切巷防護(hù)措施：超前支護(hù)由原20米,增加到50米,雙排單體支柱,對上方煤柱地段進(jìn)行加固,架設(shè)工字鋼棚或錨索帶工字鋼梁。

機(jī)道頂板護(hù)幫：因本工作面見頂見底，割平頂板底板，頂板破碎時實行超前移架，擦頂移架等方法，盡可能確保機(jī)道頂板完整。

工作面內(nèi)特殊地段機(jī)道過渡段落的頂板管理，由于兩順槽沿底留頂，掘巷高度3.5米，工作面采高4.8米有一段高差，所以工作面頂板要以一定的角度緩慢過渡到兩順槽頂板，即從順槽頂板起2°起坡緩慢過渡到工作面采高，頭尾過渡段一定要保持坡度平緩，避免突變臺階，保證支架頂梁接頂效果。

過上層煤柱安全技術(shù)措施：上覆11#層距本層間距平均30米，上部有兩條20～30米的煤柱，在開采過程中，過煤柱壓力顯現(xiàn)特別明顯，片幫深度最大達(dá)到2米，安全閥80%開啟，采取調(diào)斜工作面，打開二級護(hù)壁板，提高初撐力等措施。

5、經(jīng)濟(jì)效益評價

①由于采高增大,大大提高了現(xiàn)有區(qū)段煤炭開采率,以14^#層404盤區(qū)

煤層厚3.5～8.84米,原設(shè)備開采3.2～3.3米,對于平均煤厚5.1米煤層,損失1.8米,厚度損失占35.3%,按此計算,盤區(qū)僅煤厚損失就達(dá)600萬噸,采用于4.8米一次采全高,僅煤厚度的回收就可提高30%,并與回收可采原煤513萬噸。

②根據(jù)8402工作面生產(chǎn)情況,因受全礦環(huán)節(jié)能力影響,大采高日產(chǎn)可達(dá)8000噸/日。

經(jīng)濟(jì)效益:設(shè)備投資回收期短,投資利潤高;設(shè)備投資1.1億元,按全

礦成本80元/噸計算噸煤銷價110元,全年效益200×30=6000萬元,投資利潤率6000/11000=54.5%。工效:81噸/（工、天）。

6、結(jié)論

實踐表明,大采高一次采全高工作面取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果,一般情況下,其主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要優(yōu)于分層綜采工作面,大采高綜采工作面的單產(chǎn)要比同一煤層條件下的分層綜采工作面提高2.6～4倍,而開采工效則要高16倍,堅硬頂板條件下的一次采全高,已在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上體現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿?并為降低掘進(jìn)率、緩和采掘關(guān)系、簡化生產(chǎn)環(huán)節(jié)和安全生產(chǎn)提供了條件。因此,在大同礦區(qū)“兩硬”條件下進(jìn)行采高5米的開采具有示范和推廣意義。