東榮二礦煤層變厚液壓支架換型與協(xié)同開采技術(shù)

劉洪泉 黃金鑫 譚善存

(黑龍江龍煤集團雙鴨山礦業(yè)有限責任公司 東榮二礦，黑龍江 雙鴨山 155100)

1 礦井概況與工作面開采條件

1.1 礦井概況

東榮二礦位于雙鴨山市集賢縣境內(nèi)，屬雙鴨山礦區(qū)東北部。礦井北部與東榮三礦接壤，南部與東榮一礦相鄰，東部為無煤區(qū)，生產(chǎn)能力為150萬噸/年。

1.2 工作面開采條件與液壓支架布置

南二下-630十六層右一工作面位于東榮二礦南二下采區(qū)，煤層頂?shù)装迩闆r見表1。工作面采用俯斜開采。工作面開采以-500m水平標高為界分為2個開采階段，其中-500m以上煤層厚度為1.5 m～2.2 m，工作面長度179m，傾向長度450m，布置的支架型號為ZY4000/10/23；-500m以下煤層厚度為2.2 m～2.63 m，工作面長度173m，傾向長度為307m，選擇ZY6800/14/32液壓支架作為換型支架。為提高煤炭回收率，綜合考慮工作面布置方式的經(jīng)濟和社會效益，將薄厚煤層布置在同一工作面中進行回采，即在工作面薄煤層段安裝薄煤層液壓支架，厚煤層段安裝厚煤層液壓支架進行協(xié)同開采。

表1 工作面煤層頂?shù)装迩闆r

工作面進入-500m以下后，由于煤層厚度的變化，使得目前使用的支架不能滿足正常開采的技術(shù)要求，需要調(diào)整并更換與-500m以下煤層厚度相適應(yīng)的支架，調(diào)整支架涉及到舊支架的回撤與新支架的安裝。更換支架同時，采煤系統(tǒng)調(diào)整，原運煤、下料、通風、供電、供液等系統(tǒng)由-500m更改到-690m，運煤系統(tǒng)更換轉(zhuǎn)載機、皮帶，供電串車位置由-500m變更為-690m石門。

2 液壓支架換架方案優(yōu)化

2.1 液壓支架換架方案

工作面煤層厚度變化較大時，一般情況下采用留煤柱，重新開切眼，更換設(shè)備的方法，以適應(yīng)煤層厚度變化，這一方法存在工期長、煤柱損失煤量、設(shè)備投入大等缺點。

根據(jù)煤層厚度變化實際情況，該工作面采取無煤柱方式進行支架更換，適應(yīng)煤層厚度變化。在工作面開采前方預定位置掘進換架收尾巷，收尾巷斷面及參數(shù)見圖1。

圖1 收尾巷斷面及支護形式

工作面開采與收尾巷聯(lián)通后進行換架。確定了適合本工作面的安裝、回撤交替進行的換架施工方案。

采面割透原回撤空間后，對回撤空間巷道進行采煤機割三角煤方式進行開幫，回撤一部ZY4000/10/23支架，安裝ZY6800/14/32支架一部，用回撤與安裝交替進行的方式完成工作面支架換型。

2.2 液壓支架換架施工步驟

安裝交替換架施工步驟如下：

2.2 .1 步驟1-準備階段：收尾空間內(nèi)超前維護，距硬幫0.8 m處打設(shè)1排單體，間距1.0 m，剩余9個循環(huán)與收尾空間割透時，超前掛網(wǎng)，掛網(wǎng)長度預計8.0 m，如圖2a）所示。

2.2 .2 步驟2-聯(lián)通階段：剩余1個循環(huán)與收尾空間割透時，準備打設(shè)錨桿支護，間距1.0 m，如圖2b）所示。

2.2 .3 步驟3-支護階段：與收尾空間割透時，打設(shè)錨桿支護，間距1.0 m，如圖2c）所示。

2.2 .4 步驟4-清理階段：與收尾空間割透后，刮板輸送機下臺，支架前腳至巖臺邊緣，打設(shè)架下單體，清理浮貨，準備開幫，如圖2d）所示。

2.2 .5 步驟5-擴幫階段：先開幫4個循環(huán)，具備支架出列空間條件，打設(shè)3排錨桿支護，間排距1.0 m×1.0 m，打設(shè)1排錨索，間距2.0 m，隨著開幫，翻打收尾空間內(nèi)單體，鋪設(shè)軌道，安裝裝車平臺。如圖2e）所示。

2.2 .6 步驟6-回撤階段：回撤支架，回撤與安裝交替進行，如圖2f）所示。

圖2 換架施工步驟

2.2.7 步驟7-安裝階段：安裝支架，安裝與回撤交替進行，如圖2（g）所示。該方案支架的安裝、回撤交替進行，現(xiàn)場施工時回撤和安裝的支架均通過裝車平臺裝卸車，作業(yè)時隨著回撤，裝車平臺不斷前移；工作面每回撤1部支架、安裝一部支架，待出列的支架與安裝完畢的支架間，有約2部支架的范圍為收尾空間內(nèi)的錨網(wǎng)支護，在實際作業(yè)時，根據(jù)頂板情況，可能需要打設(shè)單體，并在支架出列調(diào)向、安裝入列調(diào)向時，進行翻打，每班作業(yè)的零散工序相對多；工作面的最大控頂距為步驟5時約8.1 m，步驟6號時局部控頂距約7.7 m。支架安裝回撤交替進行工作面示意圖見圖3。

圖3 支架安裝回撤交替進行工作面示意圖

3 換架效果與效益分析

3.1 換架后開采效果分析

采用該方案總工期實際為35天，較計劃節(jié)省安撤工期30天。月份產(chǎn)量較年初規(guī)劃超產(chǎn)5.2 萬噸，多回收煤柱1.56 萬噸，節(jié)省采煤安裝隊一個月的工作量，實現(xiàn)了安全換架和安全生產(chǎn)。

3.2 經(jīng)濟效益分析

直接經(jīng)濟效益4000余萬元。直接經(jīng)濟效益包括提前生產(chǎn)5.2 萬噸帶來的礦井當月超額完成的經(jīng)濟效益；無煤柱產(chǎn)出的經(jīng)濟效益；采高加大增加產(chǎn)出煤炭所出的經(jīng)濟效益；縮短安裝回撤工期的經(jīng)濟效益；減少設(shè)備租賃費的效益等直接創(chuàng)造的經(jīng)濟效益。間接經(jīng)濟效益主要是減少了設(shè)備的檢修費及材料費用，以及減少災害治理投入創(chuàng)造的經(jīng)濟、安全效益。

3.2 .1 直接經(jīng)濟效益:1）3月份超額經(jīng)營效益：全月超產(chǎn)5.2萬噸，經(jīng)濟效益2012.4 萬元。2）無煤柱產(chǎn)出的經(jīng)濟效益：可多產(chǎn)煤1.56 萬噸，實現(xiàn)經(jīng)濟效益603.72 萬元。3）增加采高后，多回收煤量3.35 萬噸，經(jīng)濟效益1296.45 萬元。4）安裝、回撤工期的經(jīng)濟效益：減少了30天的工期。節(jié)省人工費64.98 萬元。5）減少設(shè)備租賃費用投入：減少當月投入設(shè)備租賃費29.33 萬元。

3.2 .2 間接經(jīng)濟效益:1）減少設(shè)備搬家、檢修的費用。本次支架換型只更換了工作面支架，工作面刮板輸送就、采煤機、破碎機未更換，減少了設(shè)備的檢修費及材料費用。（2）支架換型方案大大降低了留設(shè)煤柱造成煤層自燃及沖擊地壓發(fā)生的危險，同時減少了災害治理監(jiān)測設(shè)施的投入。

4 結(jié)論

4.1 提出了在同一工作面的薄煤層段和厚煤層段換裝不同液壓支架適應(yīng)變厚煤層的方法，工作面換架采用了安裝回撤交替進行的優(yōu)化方案，實現(xiàn)了變厚煤層不同液壓支架同面協(xié)同開采，保證了安全換架和安全、高效生產(chǎn)。

4.2 應(yīng)用工作面換架方法，提高了液壓支架對煤層厚度變化的適應(yīng)性，減少了工作面搬家倒面的次數(shù)，提高了煤炭回收率，減少了煤炭資源的損失，降低了掘進率，實現(xiàn)了工作面的連續(xù)生產(chǎn)。

4.3 這一技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)濟效益顯著，增加煤炭產(chǎn)量約5.2 萬噸，回收煤柱1.56 萬噸，多采出煤炭3.35 萬噸，直接經(jīng)濟效益4000余萬元，同時對防治沖擊地壓和工作面防滅火具有積極作用。