大傾角綜采薄煤層工作面回采實踐

王玉武,渾寶炬

(1.河北聯合大學資源與環境學院,河北唐山063009;2.開灤東歡坨礦,河北 唐山064002)

0 引 言

開灤東歡坨礦業公司位于河北省豐潤縣境內,屬于開平煤田車軸山向斜,為沖積平原地形,地面標高+20m,現礦井含經濟可采煤層4個,分別是8、9、11、12-1。礦井目前年生產能力為300萬噸/年。幾年來,公司是按照集團公司制定發展方向,逐步由基建型礦井轉向生產經營型礦井。礦井回采工藝由比較落后的炮采工藝,被技術水平較高的綜采機械化回采工藝所取代,充分發揮了機械化的優勢。在11,12-1薄煤層中應用薄煤層綜采配套設備的回采實踐中,通過現場實踐與理論相結合,在東歡坨大傾角薄煤層綜采方面取得了一些回采經驗和方法,使大傾角薄煤層綜采技術在生產過程中廣泛應用,發揮了明顯的技術優勢和經濟效益[1-3]。

1 概況

1.1 地質條件

東歡坨礦薄煤層回采工作面的主要布置11、121煤層,兩煤層均為穩定可采煤層,煤層厚度在1.2～2.3m之間,結構簡單平均傾角在23°～25°之間,局部在回采過程中達到過28°以上,工作面在回采過程中主要受煤5頂板強含水層影響和奧灰水影響。此外,工作面內的斷層、褶曲構造也是影響回采的主要問題,表1。

表1 11煤層頂底板特性

1.2 工作面設備配套情況

支架:ZY 2800-10/23型支架;

支架初撐力:1784～2180kN;

支架工作阻力:2800～2288kN;

工作面運輸機:SGD730/264中雙鏈刮板輸送機;

采煤機:MG200/500-AWD型雙滾筒采煤機,如圖1。

圖1 薄煤層綜采三機配套

1.3 工作面回采狀況

通過該套設備目前在礦北一、中央采區已回采薄煤層工作面12個,充分發揮了設備的優越性,設備問題較少,維護量小。

2 工作面運輸系統設備管理

2.1 運輸設備管理

綜采工作面運輸設備是生產正常進行的重要環節,其中任意一環出了問題,整個生產系統都將停頓,所以說把好運輸系統是工作重點。

2.1.1 綜采工作面必須有完善、嚴格的檢修制度,真正落實“包機制”,做到真正的檢修到位,把主動養護設備作為設備完好使用的基礎工作。

2.1.2 綜采工作面運輸設備的“以雙保單”工作要落實到實際當中去,備品備件要充足到位,是減少生產班機電事故處理時間較長的有效手段。

2.1.3 加強生產班運輸人員的管理和培訓,提高他們發現問題,解決問題的能力。

2.2 機電技術人員的培養

3.2.1 建立完善的機電檢修技術人員的培養工作,真正做到一專多能。

3.2.2 現場管理人員要懂得基本的機電知識和機電事故的處理方法。

3 工作面液壓系統的管理

3.1 抓好乳化液泵的管理,根據實際選擇配套的乳化液泵,保證工作面支護設備能夠達到額定的工作壓力;乳化液泵的使用嚴格按規章制度進行運轉、保養和檢修。

3.2 供液管路要清潔、安全可靠,各種液壓閥片和閥組要杜絕跑冒滴漏的問題,供液要實行閉式回路,增設過濾裝置,減少各種雜質混入。各種液壓備件建賬統一管理和使用。

3.3 工作面液壓設備要有充足的備件,特別是易損件的配備要齊全。

4 工作面的防治水

東歡坨礦采用薄煤層回采工藝所采的工作面在回采過程中,基本都來出現了不同程度上的工作面涌水,包括頂板水,也包括底板水,給生產帶來一定影響。

4.1 工作涌水的基本特征

4.1.1 工作面涌水基本是隨工作面頂板初次垮落時產生的,一般頂板垮落為8～12m左右,即工作面推出切眼達到此距離后,工作面涌水必然下來。

4.1.2 工作面涌水在采區水平投產的首個工作面,涌水比較大,瞬時達到3.5 m3/min,在向上連續布置的工作面,涌水逐漸向穩定階段過渡,至近回風水平階段工作面主要以淋水為主,對工作面不會形成威脅。

4.2 工作面涌水的防治

4.2.1 工作面在初采開始前要布置好排水設備,排水設備的工作能力要根據地質水文預測的最大涌水量來布置,并考慮一定的安全系數,設備布置要考慮巷道長度、高差等方面的內容,必須采用雙回路的排水電源。

4.2.2 工作面設備要調整至機頭超前機尾一定量,以達到工作面涌水從老塘主流的目的,減少工作面涌水沖涮支架架腳,造成倒架,於埋排水設備。

4.2.3 在必要時可以在工作面轉載機與皮帶之間加鋪中部槽帶眼或漏篩的輸送機,以達到水煤無法直接到皮帶,減少皮帶拉水煤,造成跑偏、斷帶事故的發生。

5 工作面回采調整和控制

5.1 工作面的割煤方法

工作面割煤的方法有多種,但針對不同煤層特點和采面地質條件,選擇合適的割煤方法是非常必要的。

5.1.1 單向下行割煤

我們在針對11、12-1煤質中硬性脆的特點上,基本采用端部斜切進刀雙向割煤和單向下行割煤的混合式割煤方法,在不斷實踐中,在頂板不穩定,煤體松軟條件下,通過必要的單向下行割煤,其優點是:

1)解決了大傾角條件下向上割煤時,煤塊易滾落傷及機組司機的問題。

2)減少支架間浮煤,降低了支架工勞動強度。

3)提高了煤炭的送裝率和回采率。

4)有利于工作面保證規格質量。

5.1.2 雙向割煤

在我們回采的初期雙向割煤采用了很長時間,但從工作面的質量管理的保持方面,對于大傾角工作面不如單向割煤,但雙向割煤有利于提高工作面設備實際運轉效率,減少機組返空刀的時間,有利于提高工作面產量。

5.2 支架與溜子的柔性聯接

在工作面的回采中,對支架與輸送機采用適當的柔性聯接,對回采起了很好的促進作用,工作面進行較長距離調斜時,有利于支架間進行調量,防止支架傾倒。

5.3 工作面支架的防倒防滑

大傾角工作面支架的防倒在傳統的操作方法中有很多種,如防倒千斤頂、斜拉裝置等,東歡坨礦平常回采過程中主要通過控制機頭超前量,及時調整架向及端頭支架逼架板的使用,基本保證了工作面支架不發生傾倒。對于回采過程中的特殊條件下,如工作面傾角達到了26°以上時,必須采取傳統的防倒措施,增設端頭斜拉防倒和架間防倒裝置,同時要保證支架有足夠的初撐力,對工作面頂底板產生足夠的壓力,使支架充分接實頂底板。

5.4 工作面輸送機的控制

大傾角工作面輸送機下滑是回采的主要問題,通過合理的調整手段是解決問題的有效途徑。

5.4.1 工作面偽斜開采

工作面進行適當的偽斜開采,通常工作面長度在120 m以內,工作面保持機頭超前機尾5～7 m是保持工作面輸送機不下滑的基本條件,但在特殊情況下(如巷道起伏,傾角變化等),要根據工作面具體情況進行適當調整。一般情況下可采用如下公式計算面溜下滑力大小:

式中 F——下滑力,kN;

α——煤層傾角;

f——摩擦系數;

G1——輸送機自重,kG;

G2——采煤機自重,kG;

G3——輸送機存煤量重量,KG。

再根據公式,可計算出抵消下滑力時,支架與工作面走向夾角θ,

式中 n——支架數目;

p——千斤頂推力,kN;

d——千斤頂缸徑,mm;

b——溜槽之間影響系數,一般取0.1;

θ——支架與走向產生的夾角;

β——輸送機槽可彎曲角度。

5.4.2 工作面采用斜拉千斤頂,根據工作面長度每隔10～15組支架增設一個防滑千斤頂,隨回采視運輸機機頭長短,隨時整體牽拉運輸機防止下滑。

5.4.3 通過工作面單向向上或向下順序移溜與偽斜開采配合,保證運輸機合理位置。

5.5 工作面調斜

5.5.1 工作面機尾調斜

1)首先確定工作面機尾調斜距離長度,調整好機頭與機尾的調斜比例,并在實際中進行適當調整。

2)確定工作面機頭基本定位位置,并預留調整距離,保證機尾加斜時架間調量,防止擠架。

3)工作面支架與面溜在加斜后期,可將機頭與機尾硬聯接,向上和向下適當摘改為柔性聯接,以保證架間調量和支架與面溜相對位置合理。

5.5.2 工作面機頭調斜

1)首先確定工作面機頭調斜距離長度,調整好機頭與機尾的調斜比例,并在實際中進行適當調整。

2)確定工作面面溜加槽位置和數量。

3)工作面支架與面溜在加斜后期,可將機頭與面溜硬聯接,向上適當摘改為柔性聯接,以保證架間調量和支架與面溜相對位置合理。

5.6 工作面仰、俯采

5.6.1 確定好工作面仰、俯采角度,備好足夠方子料和吊溜千斤頂。

5.6.2 工作面機組割煤時,預留機道臺階,防止面溜上漂或下剎過大。

5.6.3 仰采時要加強煤壁控制,俯采時要加強架前頂板控制。

6 工作面過復雜地質構造

薄煤層工作面過復雜地質構造,是工作面遇到的難題,這一方面主要集中在過斷層方面和應力集中頂板破碎帶及老巷,為適應各種復雜地質條件,采取了一些有效的相關措施。

6.1 工作面加鋪金屬頂網,用于封閉頂板,便于回采時架前窩板、逼幫,超前支護頂板和護幫。

6.2 工作面支架下加打點柱,用單體柱,亦可用木柱,防止支架被壓死。

6.3 調整工作面回采方向與構造之間的角度,盡可能的減小頂板暴露面積,保持帶壓移架和支架足夠的初撐力[4]。

6.4 頂板及煤壁易冒、易劈時,必要時采用人工旱做,刷隔斷方式,逐段進行。

7 工作面如何提高回采率

7.1 單向下行割煤,提高煤的送裝率。

7.2 由于煤層厚度平均在3.5～4.0m左右,通常情況下采用單輪順序自下而上放煤,煤層較厚時采用多輪放煤。

7.3 保證支架的初撐力,使支架支撐力能夠有效的起到對頂煤頂煤的預裂作用,保證支架頂煤能夠在支架尾梁處充分碎裂,能夠有效放煤。

7.4 工作面設專職放煤工,保證煤能夠放凈,盡量減少支架脊背煤損失。

7.5 實現工作面正規循環作業,保證工程進度,在合理工作時間內完成當班循環工作量。

8 經濟效益

8.1 工作面直接工效由炮采20噸/工,到綜采直接工效35～45噸/工,生產效率提高了75%～125%,月產量由炮采21000噸,上升到48200噸。

8.2 生產原煤材料直接成本由炮采的8.56元/噸,下降到薄煤層綜采時的2.15元/噸。

9 結 論

實踐表明,在大傾角較薄煤層中應用綜采配套設備,是最佳的支護方式,拓寬了綜采技術適用范圍,取得了非常好的經濟效益,薄煤層設備的大力應用,通過消除生產中設備問題,管理問題,復雜地質條件下的合理應用技術,對東歡坨礦高產高效的發展有著巨大的推動作用,實踐中的生產技術對大傾角薄煤層綜采管理有指導作用。

[1] 伍永平,東風.大傾角綜采支架穩定性控制[J].礦山壓力與頂板管理,1999(3～4).

[2] 陳炎光,錢鳴高.中國煤礦采場圍巖控制[M].江蘇徐州:中國礦業大學出版社,1994.

[3] 徐永圻.采礦學[M].徐州:中國礦業大學出版社.2003:15-18.

[4] 李建民.開灤復雜煤層綜合機械化開采技術[M].北京:煤炭工業出版社.2007:35～38.