炮采放頂煤采礦法在煤系硫鐵礦中的應用

楊周成

(貴州開陽白馬磷肥有限公司金沙縣三元硫鐵礦廠, 貴州金沙縣 550301)

炮采放頂煤采礦法在煤系硫鐵礦中的應用

楊周成

(貴州開陽白馬磷肥有限公司金沙縣三元硫鐵礦廠, 貴州金沙縣 550301)

在煤系硫鐵礦中,煤層、硫鐵礦層為直接頂底板關系,針對這一特殊情況,通過對厚礦層采礦方法的比較,結合炮采放頂煤的適用條件,開展煤、硫鐵礦層同采的實踐,并取得了較好的效果。介紹了同時開采煤層、硫鐵礦層的回采方案和技術。

煤系硫鐵礦;炮采放頂煤;回采工藝

貴州省金沙縣三元硫鐵礦床為煤、硫鐵礦伴生,且互為頂底板的關系,本礦的101首采工作面采用煤礦、硫鐵礦同采(以下稱煤、硫同采)的采礦方案,即炮采放頂煤采礦法(一次采全高),不僅保障了安全生產,而且還取得了顯著的經濟效益。

1 礦區地質概況

(1)礦層產狀。礦層傾角平均14°,為傾斜礦層。煤、硫鐵礦層平行共生,硫鐵礦層與共生的煤層是直接頂底板或互層的關系。礦區內無較大的地質構造,沒有大的斷層。可采煤層M12煤層,俗稱“7層煤”,平均厚度2.7m,為黑色的粉狀煤,含少量的黃鐵礦結核及顆粒,頂板為灰色、黑灰色中厚層炭質泥巖及灰泥灰巖,平均厚3.5m;底板為2.5m左右厚的粘土泥巖硫鐵礦,黃鐵礦呈聚晶團塊狀分布于灰色粘土泥巖中,灰色粘土泥巖下部是淺灰色中厚層灰巖,未見底。

(2)瓦斯。根據對臨近的天生橋、紅興煤礦的調查,該礦區瓦斯含量高(天生橋煤礦相對瓦斯涌出量為10.4m3/t左右,絕對涌出量為0.8m3/min左右),暫時應按高瓦斯礦區考慮,但在淺部開采過程中,工作面瓦斯涌出量很低,光學瓦斯檢定器實際檢測讀數為0.04%。根據相鄰煤礦“煤塵爆炸性鑒定報告”可知,本礦區煤塵無爆炸危險性,煤層自燃發火傾向為3類,為不易自燃煤層。

(3)水文地質。進行水文地質調查,但根據原煤層開采時的涌水量調查,預計礦山正常涌水量為100m3/h,最大涌水量為250m3/h,主要礦床充水因素為底板充水,礦床底板直接充水含水層為茅口灰巖巖溶裂隙含水層,出露于礦區中西部,出露面積較廣,富水性強。據生產地質報告,硫鐵礦層與茅口灰巖之間僅隔一層平均厚約2.5m的含硫鐵礦粘土巖,該巖組力學強度值低,水穩定性差,不具備隔水能力,如遇卡斯特突起面,硫鐵礦層直接和茅口灰巖直接接觸,因此,底板突水為礦床主要充水因素。

2 煤與硫鐵礦同采技術

煤、硫鐵礦同采利用炮采放頂煤采礦技術。

炮采放頂煤采礦法的實質就是沿礦層(或分段)底部布置一個采高2～3m的長壁工作面,用常規的放炮落礦方法進行回采,利用礦山壓力的作用或輔以人工松動方法,使單體液壓支柱上方的頂煤破碎成散體后由支柱后方放出,并用刮板輸送機運出工作面。本礦區礦層總厚度5.2m左右,礦層傾角平均14°,滿足炮采放頂煤采礦法的適用條件。

通過對工作面跟班總結,炮采放頂煤采礦法主要具有以下優點。

(1)開采強度大。

(2)單產高。工作面內具有多個出煤點,而且可實行分段平行作業,即在同地段采硫鐵礦的同時可預松動放煤(炮采工作面長度為45m),采用一采(1.5m深的硫鐵礦)一放(1.5m深的煤),一個循環可采出硫鐵礦573.75t(硫鐵礦容重:3.4t/m3),煤246.0375t(煤礦容重1.35t/m3),因而易于實現高產,相比之前一個循環單采煤(1.5m深的煤礦)246.0375t,提高了近3倍的礦石采出量。

(3)效率高。由于放頂煤工作面的一次采出厚度大(5.2m),生產集中,放煤工藝勞動量小,以及出煤點增多等原因,其生產效率和經濟效益大幅度提高。

(4)成本低。放頂煤采煤法比分層開采減少了分層數目和鋪網工序,由此節省了鋪網工時和鋪網費用。此外,其他材料、電力消耗、工資費用等也都會得到相應減少。

(5)巷道布置及生產系統簡單,巷道掘進量小。掘進1條運輸平巷,1條回風平巷,1條切眼,而分層開采則需掘進2條運輸平巷,2條回風平巷,2條切眼。故可減少掘進量和巷道維護費用,便于采掘接替。

但是炮采放頂煤采礦法(煤、硫同采)也有如下缺點。

(1)煤損多。在目前的技術水平條件下,放頂煤開采的工作面煤炭采出率一般比分層開采低10%左右,即使采用了無煤柱護巷技術,初采和末采損失和工藝損失仍將存在,留在采空側不能進入刮板輸送機的煤無法運出,故煤損較多。

(2)煤塵大。在放頂煤工作面,放炮落煤、支柱操作時的柱間漏煤及放煤工作均為粉塵的來源。因此除在放煤時需設噴霧裝置外,還可采用煤柱預注水濕潤煤層的方法,本礦采用了煤層注水、濕式打眼、水封爆破落煤、防塵水幕,以及在巷道轉載點處噴霧和對巷道周期性清、沖、刷等綜合防塵措施,實踐效果表明,該措施能夠有效地防治礦塵。

3 回采工藝簡述

3.1 放頂煤工作面概況

放頂煤開采的生產效率和煤炭的采出率一方面取決于頂煤的冒落是否充分,另一方面則取決于是否能將冒落下來的頂煤盡可能多的順利放出。因此可以說,在頂煤冒放性較好的條件下,頂煤的采出率及放頂煤效果取決于合理的放頂煤工藝參數的確定。由于礦井設計生產能力及普采工作面支護的限制,工作面長度選用了45m,放頂煤時分3段,每段15m。

3.2 放頂煤的運輸方式

放頂煤回采工作面采用鉆眼爆破法落礦,人工輔助裝礦,硫鐵礦礦壁一側刮板運輸機裝運硫鐵礦,采空區一側的刮板運輸機裝運煤炭,運輸順槽采用刮板運輸機將礦石或煤炭裝到1t固定礦車上,然后通過運輸順槽及主斜井提升至地面礦倉。

3.3 回采工藝方式

(1)落礦。要求工作面煤壁平直,不留頂礦和底礦,不破壞頂板,不崩倒支柱和不崩翻工作面輸送機,盡量降低炸藥和雷管消耗。

(2)裝礦。炮采工作面采用兩臺刮板輸送機運輸礦石,在單體液壓支柱及鉸接頂梁所構成的懸臂支架掩護下,輸送機貼近硫鐵礦壁,有利于爆破裝硫鐵礦,另一臺在預松動爆破下裝煤。運輸順槽采用刮板運輸機將硫鐵礦礦石或煤炭裝到1t固定礦車上運出。

(3)運礦。工作面運礦是炮采面實現唯一機械化的工序。輸送機移置器多為液壓式千斤頂,工作面內每6m設1臺千斤頂,輸送機機頭,機尾各設3臺千斤頂。移置輸送機時,應從工作面的一端向另一端依次推移,以防輸送機槽拱起而損壞。

(4)支護。落礦時,爆采深度應與鉸接頂梁長度相等。一梁一柱,正懸臂齊梁直線柱布置,及時掛梁和支設單體液壓支柱。為便于控制工作面頂板及便于頂煤的放出,用金屬網、荊芭和背木棍聯合護頂。當工作空間達到最大控頂距時,為了加強對放頂處頂板的支撐作用,回柱之前,結合本礦實際,采用了斜撐支柱、木垛作為特種支護。工作面正常回采時的布置如圖1所示。

圖1 工作面布置

(5)放煤。采取分段間隔分輪次放煤。工作面回柱放頂全部結束后,為防止頂板垮落對硫鐵礦工作面造成的威脅,推出切眼后及時放煤,這不僅有效提高了煤炭的采出率,而且對頂煤的冒落也比較有利。頂煤厚度較大,故采用“一采一放”。放煤步距1m,即開一道幫放一次煤。在空巷側從運輸機上沿起開始剪網,放煤口剪成工字形,寬0.4m。采取分段、間隔、分輪次放煤,放煤段保持10m以上的距離,放煤口最小間距為1.25m,每輪放煤量為1/3,分3輪將頂煤全部放完,放完煤后,放煤口重新補好網,頂煤放出率高。采取預松動爆破技術放煤效果不是很理想,為保證安全,端頭煤的采出率得不到提高,煤損在此處為最大。

4 結 語

本礦總結出了一套較成熟的普通支架炮采工作面放頂煤回采技術。相對而言,傾斜分層走向長壁下行垮落采礦法,初采期間巷道掘進量大,上下分層的采面分別有各自獨立的運輸巷道、回風巷道和切眼;另外,鋪設人工假頂的工作量大,工序復雜,由于不能空頂作業,須等待上分層頂板垮落且穩定后才可以開采下分層的硫鐵礦,這會給生產的組織管理工作增加很大的難度。炮采放頂煤采礦法(一次采全高)比分層回采巷道萬噸掘進率大幅度降低,回采材料消耗減少1/2,工效和工作面產量均提高近3倍。

由于分層回采受地質構造、生產工序等影響,難以布置工作面進行煤、硫鐵礦同采或只能局部分層回采,而炮采放頂煤只要斷層或褶曲的幅度不大于3.0m都可以布置工作面進行回采,因此炮采放頂煤回采提高了采區回采率。在今后的放頂煤實際中,還需要及時關注放煤效果的好壞和總結經驗,以便更加合理的確定出適合本礦的回采工藝參數。

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2009-08-15)

楊周成(1982-),男,貴州水城人,助理工程師,主要從事采掘技術管理工作,Email:yzc1698@163.com。