復(fù)雜地質(zhì)條件下提高煤炭回采率方法的研究與應(yīng)用

桑常青

(開灤集團(tuán)林南倉(cāng)礦業(yè)分公司綜一隊(duì)，河北 唐山 064106)

煤炭是一種可燃的固體有機(jī)巖，它是古代植物埋藏與地下并經(jīng)歷了復(fù)雜的物理化學(xué)變化以及生物化學(xué)變化而累積形成的固體可燃性礦物。煤炭是從上世紀(jì)十八世紀(jì)以來(lái)，人們使用的主要能源之一，它有工業(yè)的食糧的美譽(yù)。煤炭擁有非常廣泛的使用途徑，煤炭主要包括加氫液化用煤，低溫干餾用煤，氣化用煤等。按照煤炭的使用目的，將其用途分為煤化工用煤、煉焦煤、動(dòng)力煤。

作為現(xiàn)階段國(guó)家對(duì)煤炭行業(yè)的重要政策，應(yīng)充分利用不可再生的煤炭資源，提高煤炭的回采率，減小煤炭損失。為了確保正常生產(chǎn)的順利進(jìn)行，有效降低掘進(jìn)率，延長(zhǎng)、保持采取的開采期限和采煤工作面，減少井下火災(zāi)，防止每天的自然等現(xiàn)象和損失的發(fā)生，就必須提高煤炭的回采率，將煤炭損失最大程度地降低。尤其是在復(fù)雜地質(zhì)條件下，整個(gè)煤炭行業(yè)以及城郊煤礦已經(jīng)面臨迫不可待的問(wèn)題需要處理，那就是從根本上提高煤炭的回采率。

1 復(fù)雜地質(zhì)條件下礦井的概況以及地質(zhì)特征

以河北省開灤集團(tuán)林南倉(cāng)礦為例進(jìn)行說(shuō)明。該礦位于玉田縣林南倉(cāng)鎮(zhèn)境內(nèi)。井田東起白莊子，西至甫莊、黃莊子一帶，南起李三莊，北至后湖定府、岳莊附近，為薊玉煤田的一個(gè)獨(dú)立向形盆地，東西長(zhǎng)七千米，南北寬三千五百米，井田面積約二十五平方千米。

礦井采用了立井水平上下山開拓的方式。井田煤系地層為石炭二疊紀(jì)含煤地系，主要可采煤層有煤12、煤11、煤10、煤9、煤8、煤14等六層，平均總厚度二十一米，截止2012年底，礦井保有地質(zhì)儲(chǔ)量二億七千萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量一億零六百萬(wàn)噸。煤炭工業(yè)品牌為工業(yè)用Ⅰ、Ⅱ號(hào)氣煤。氣煤具有粘結(jié)性強(qiáng)，可單獨(dú)結(jié)焦，易碎，并有較多縱裂紋，抗碎和耐磨強(qiáng)度較差等特點(diǎn)。

井田的斷層多屬南北向，其中，中小斷層比較發(fā)育，伴生斷層和分支斷層在大斷層的附近較為常見，井田內(nèi)的斷層為五十四條，與工作面進(jìn)行斜交的斷層常見，并且，井田內(nèi)小波狀與小型褶曲起伏較為發(fā)育，有些分布于薄煤帶或無(wú)煤帶，多為斜向窄陡緊閉的狀態(tài)，這使得無(wú)法對(duì)工作面進(jìn)行合理劃分。這些地理?xiàng)l件都對(duì)高效、高產(chǎn)帶來(lái)不利的因素，使綜合采儲(chǔ)量減少，這是因?yàn)榫C采工作面距離斷層過(guò)近的緣故。在對(duì)工作面進(jìn)行布置時(shí)，斷層會(huì)限制到長(zhǎng)度。

2 解決方案

2.1 研究與應(yīng)用扇形旋轉(zhuǎn)回采

與正常回采的區(qū)別之處在于扇形旋轉(zhuǎn)回采的工作面其推進(jìn)度較不均衡，一側(cè)要不推進(jìn)或少采，而另一側(cè)則要多推進(jìn)。多采，這樣，多推進(jìn)的一側(cè)會(huì)產(chǎn)生支架與運(yùn)輸機(jī)不垂直、支架的咬架、支架和運(yùn)輸機(jī)的下滑上竄等問(wèn)題。在布置工作面時(shí)，正常的情況為工作面應(yīng)與兩巷垂直，但是，這樣就會(huì)造成五萬(wàn)噸的三角煤丟失。應(yīng)根據(jù)實(shí)際的情況，參考三角煤的旋轉(zhuǎn)角度以及其寬度，來(lái)對(duì)軌順掘進(jìn)成拆線狀或圓弧狀巷道來(lái)進(jìn)行確定，由此看來(lái)，采用扇形回采工藝，可使三角煤地帶的煤產(chǎn)量損失減少五萬(wàn)噸，效益可觀。我們來(lái)做一下理論計(jì)算，在推移運(yùn)輸機(jī)時(shí)，從機(jī)尾向機(jī)頭推移，推移的長(zhǎng)度為十五米，推移時(shí)允許的彎曲最大角度為五度，分段進(jìn)行運(yùn)輸機(jī)的推移，每推進(jìn)四個(gè)機(jī)尾則對(duì)一個(gè)機(jī)頭進(jìn)行推進(jìn)，推移下段運(yùn)輸機(jī)的上竄值為0.2米。每進(jìn)行一個(gè)完整的循環(huán)上竄量為0.2米，并采用長(zhǎng)短刀相結(jié)合的循環(huán)方式進(jìn)行推移。循環(huán)向機(jī)頭竄量約為: 0.22m=15－cos150×15=L，考慮到是參照2個(gè)與工作面垂直的巷道來(lái)進(jìn)行設(shè)備的上竄的，所以在正常回采時(shí)，運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾和機(jī)頭的情況應(yīng)根據(jù)機(jī)尾垂直推進(jìn)2.4米，機(jī)頭垂直煤壁推進(jìn)0.6米，而工作機(jī)上竄0.2米。為了達(dá)到扇形旋轉(zhuǎn)回采技術(shù)的要求，通過(guò)對(duì)運(yùn)輸機(jī)頭尾推進(jìn)度的變化以及工作面運(yùn)輸機(jī)的上下竄量的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不規(guī)則煤柱在綜采工作面方面的回收目的。該技術(shù)標(biāo)志著在不斷的創(chuàng)新與實(shí)踐中，煤礦綜采技術(shù)的管理水平正穩(wěn)步邁向成熟。該技術(shù)不僅僅有效地延長(zhǎng)了礦井的服務(wù)年限，還提高了回采率。

2.2 研究與應(yīng)用臺(tái)階狀多切眼回采

臺(tái)階回采方式其關(guān)鍵在于正確的支架對(duì)接位置與支架安裝數(shù)量。應(yīng)規(guī)定好各個(gè)切眼定位支架以及準(zhǔn)確無(wú)誤地計(jì)算巷道斜長(zhǎng)和坡度。為了在對(duì)接時(shí)給機(jī)尾和整體拖移中部槽打下良好基礎(chǔ)，對(duì)接處和對(duì)接工作面的機(jī)尾須留出六節(jié)不安裝的槽，且在采空區(qū)的一側(cè)要是支架尾部與其貼近，在對(duì)支架進(jìn)行安裝時(shí)，煤壁的一側(cè)應(yīng)預(yù)留寬度。對(duì)于里部工作面的回采時(shí)，調(diào)整支架的方法通常是要用絞車?yán)呀?jīng)安裝好的支架，首先對(duì)機(jī)尾進(jìn)行調(diào)整，再按照其順序調(diào)整到對(duì)接位置。里布工作面的回采應(yīng)在外部切眼對(duì)接之前做。上述施工也可以采用單體柱人工拔架的方式進(jìn)行。如果對(duì)正在生產(chǎn)中的支架進(jìn)行調(diào)整時(shí)，要確保將接觸支架的間隙控制在二百毫米以內(nèi)，使用單體柱強(qiáng)行進(jìn)行撥支架或使用調(diào)斜工作面進(jìn)度來(lái)進(jìn)行調(diào)整，就能夠完成正常對(duì)接。為了防止工作面對(duì)接時(shí)無(wú)法推過(guò)已經(jīng)安裝好的支架、工作面運(yùn)輸機(jī)尾的尺寸過(guò)長(zhǎng)的情況，須將對(duì)接切眼支架向工作面的外側(cè)移動(dòng)。對(duì)接時(shí)中部鏈條上下鏈分開，變線中部槽、過(guò)渡槽與運(yùn)輸機(jī)尾連成一體，對(duì)接時(shí)的切眼斷面的規(guī)格應(yīng)盡量大些。通常的情況下，對(duì)二段切眼對(duì)接位置的空缺進(jìn)行填補(bǔ)時(shí)，需要快速地采用整體拖移機(jī)尾的有效措施，注意不要因子道狹窄而造成設(shè)備的拖拉損壞，應(yīng)充分地做好準(zhǔn)備的工作。

2.3 布置不等長(zhǎng)綜采工作面

采用邊采邊延的方式來(lái)布置不等長(zhǎng)綜采工作面。可以利用泄水巷，一邊進(jìn)行回采一邊進(jìn)行縮面，將軌順外段斷層帶甩掉，采取穩(wěn)妥、積極的方法對(duì)不規(guī)則的煤柱進(jìn)行回采。如果我們不適用邊采邊延的方式，而繼續(xù)對(duì)泄水巷與軌順交叉點(diǎn)的三個(gè)斷層進(jìn)行回采，那么，會(huì)導(dǎo)致很多危險(xiǎn)因素的發(fā)生，頂板容易破碎，巷道的壓力也會(huì)增加。而且，要是直接拆除工作面，不回采的話，就會(huì)造成外側(cè)邊角煤柱儲(chǔ)量的嚴(yán)重?fù)p失。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析、研究基于復(fù)雜地質(zhì)條件下的工作面，得出文章介紹的方法具有很高的可行性結(jié)論。這些方法為設(shè)計(jì)礦井工作面的工作提供了一些參考，也為城郊煤礦的開采提供了實(shí)用的說(shuō)明。文章中介紹的方法可以有效提高復(fù)雜地質(zhì)條件下煤炭的回采率。

［1］于曉勇，張躍軍，楊瑞廣，尚贊娣.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法預(yù)測(cè)中國(guó)的煤炭投資需求［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011(4).