復雜地質條件下綜采工作面設計優化技術研究

冀中能源股份有限公司東龐礦技術科 河北 邢臺 054201

0 前言

以東龐礦21105A工作面為試點進行了復雜地質條件下采煤技術綜合技術研究,通過該項研究,具有重要的指導意義,可以確保礦井安全生產和正常的采掘銜接;可加大邊角煤的回收力度;對提高資源利用率、降低開采成本、降低煤炭生產的事故率具有重要意義。

1 工作面概況

1.1 煤層賦存情況 工作面結構復雜,含有一層夾矸,煤層厚度變化較大。上層煤厚度為2.20～3.10m,平均為2.72m;下層煤厚度0.84～1.50m,平均為1.36m;夾矸為粉砂巖、細砂巖,厚度為0-0.9m,平均為0.39m;煤層總厚度3.14～5.7m,平均4.46m。煤層傾角為5～11°。

1.2 地質構造 該工作面地質構造復雜,主要表現為斷裂構造,其中北f209(SF3)、北f205(SF8)斷層落差較大,工作面位于兩個斷層之間,斷層的擺動及派生斷層對工作面掘進影響較大。

2 工作面設計優化

21105A綜采工作面受地質構造的影響,在一定程度上通過工程措施,將復雜條件分解為簡單的,使回采巷道盡可能沿構造的邊緣進行布置,經過這樣的施工,宏觀上看是復雜和不穩定的煤層,從被切割各個局部來看就是簡單和平穩的。

2.1 工作面機尾續架工藝 根據21105A工作面的實際情況,設計了不等長工作面布置方式,回采過程中邊采邊續支架。工作面初期最短,安裝ZY5000-25/50型掩護支架25臺,平推60m后,工作面平均每6.7m需增加一臺支架,工作面支架總數逐漸增加到91臺。

1)工作面續架原理

在針對工作面延長部分實施連續性回采作業的過程中,要依據其傾角度的大小并順著皮帶巷方向來調平行工作面的推進方向,確保支架及輸送機推進的水平性,防止輸送機頭偏離巷道的中心線,為工作面機尾再連接支架提供方便。

續接支架工作應在輸送設備尾部電機還有2m就達到軌道巷上邦的時候,就可以實施續接支架工作了,且每次續接支架只能是一架,同時,工作面的刮板輸送機也要跟隨支架數量增加而進行必要的延長。

2)工作面待續支架的放置要求

因為工作面回采過程中產生的采動壓力會影響巷道,嚴重時甚至會出現變形,進而也會給后續進架工作帶來許多困難。因此,在軌道巷內一次性把支架運進,并定位好等待輸送機尾部到指定位置后再進行續接。同時,在進過現場仔細勘察后,科學合理的設計和計算了巷道內支架的擺放位置及續接間距,確保了支架放置的準確性,也提高了回采續接支架工作的效率及質量。

3)工作面機尾續架安全技術措施

(1)延長續架前,應確保工作面上的支架、輸送機及煤壁保持直線,輸送機要平穩且沒有起伏現象,支架要與輸送機保持垂直。

(2)在工作面進行回采工作中,隨著持續推進,會增大機尾首臺支架上方和巷道上沿之間的距離,這種情況下應選擇長度是1米的鉸接頂梁和單體液壓支柱來實現配合,并達到良好的支護效果,且應遵循一梁一柱及單體距煤壁≤0.5m的原則。

(3)對支架的支護狀態依據實際情況進行實時調整,使得支架和輸送機始終保持垂直。在機尾三角區部位移動支架的時候,要在帶壓力的情況下進行擦頂移架,防止出現因支架反復支撐頂板而引起不必要的人為性頂板破壞現象。如果移動支架有難度的時候,可以選擇單體來對移架進行輔助,以有效防止頂板出現冒頂現象。

(4)對回采高度進行嚴格控制,保證割煤期間頂底板的平整性。落實敲幫問頂制度到實處,嚴禁空頂作業。

2.2 工作面調采 工作面采用不規則形狀布置,造成工作面回采過程中調斜回采,若調采工作中用的策略不合理,便會使得綜采整個工作面的生產能力無法充分發揮出來。21105A工作面回采推進過程中,先后進行了2次調采,調采角度分別為8°、13°,以調采角度13°時為例介紹調采技術要求及調采工藝要求。

1)調采技術要求

(1)調采期間,皮帶巷應前進46.2m,軌道巷應前進15.4m,調采的比例是機頭:機尾=3:1,依據每刀前進0.7m來計算,一個循環機頭需平均前進2.1m,機尾前進0.7m,總計應有22次循環過程。

(2)工作面自皮帶巷導線點E7以里28.1m開始調采,調至點E7以外18.4m處調采結束,需割66個機頭,22個機尾;調采開始前首先在工作面皮帶巷、軌道巷標明調采開始和調采結束位置。

2)調采工藝要求

(1)開始調采之前,要對支架進行全面的檢查和維修,提高支架的性能,尤其要保證頂梁、掩護梁及后連桿側護板等部位必須良好,增大支架調節的便利性,從而更好滿足溜子的變化要求。

(2)在調采開工之前,相關技術人員應把支架之間的距離調節好,并確保支架之間有足夠的活動空間,有效避免調采過程中出現咬架或擠架問題,便于移動支架。

(3)調采時,跟班及班組長要嚴格掌握機組拐點位置,確保溜子順直,不出現死彎、急彎。

(4)隨工作面推進及工作面溜子運行方向的變化,支架工應及時調整工作面支架,以適應工作面溜子的變化,防止支架出現咬架、擠架的發生,確保支架有良好的支護狀態。

(5)推移工作面溜子的過程中,支架工需使用好防滑設施。

(6)調采期間,每當機頭前進2.1m,就要對通刀進行一次割切;移架過程中也要合理調節支架,應遵循“一步三調”的原則。

(7)在調采機頭過程中,機尾推進距離短,要做到機尾段少動多調,在動中調,調中動,預防支架出現擠架、咬架的發生。

3 結論

(1)針對21105A工作面復雜地質條件,兩巷采取沿斷層邊緣布置,使工作面為不規則狀態,通過調采、不斷續架等特殊采煤工藝,以達到多回收煤炭資源的目的。

(2)總結了一套切實可行的綜采工作面資源回收率與煤質管理的現場考核機制。