高瓦斯极软特厚煤层综采放顶煤回采经验

2005/12/16 14:59:38

乔庆煌, 高森林
(淮北矿业集团芦岭煤矿, 安徽宿州234113)
[摘　要] 　淮北矿业集团芦岭煤矿8煤层属高瓦斯极软特厚煤层, 高瓦斯极软煤层进行综采放顶煤开采存在瓦斯治理、端面维护等诸多管理难点。芦岭矿高瓦斯极软特厚煤层Ⅱ824 - 2工作面通过多方位瓦斯治理、煤壁浅孔高压注水、降低采高、精选设备等方法进行综采放顶煤回采取得成功, 改变了芦岭矿的生产格局, 也为同类型的矿井提供了可借鉴的经验。
[关键词] 　极软煤层; 综放开采; 煤体注水; 瓦斯治理
[中图分类号] TD82318　　[文献标识码] B　　[文章编号] 100626225 (2005) 0620042203
1　矿井概况
　　芦岭矿原年设计生产能力1150Mt, 1993年改扩建后生产能力为2140Mt。矿井采用竖井多水平分区式开拓方式, 分3 个水平开采, 采用采区前进、区内后退、跨越采区上山无煤柱开采方式。井田属石炭二叠纪煤系地层, 主采煤层共4层, 即7煤、8煤、9煤和10煤, 赋存于下石盒子组和山西组, 7, 9, 10 煤属中厚煤层, 采用单一走向长壁采煤法回采, 8煤属特厚煤层, 平均厚度达819m,曾采用分层开采和简易放顶煤开采。由于8 煤属“三软”煤层, 煤层硬度系数f = 013 ～015, 直接顶和直接底比压值为118MPa左右, 进行综采放顶煤回采, 煤壁和顶板管理难度大, 多年来, 一直未敢实行。2004年10 月份在Ⅱ824- 2工作面进行综采放顶煤开采试验, 取得成功。
　　芦岭矿属煤与瓦斯突出矿井, 矿井瓦斯涌出量大, 2003年矿井绝对瓦斯涌出量为83115 m3 /min,相对瓦斯涌出量为33141 m3 / t。建矿以来共发生煤与瓦斯突出19次, 绝大多数发生在8煤石门揭煤时, 建矿以来共发生自然发火21次, 自然发火期3～6个月。
2　开采工作面条件
　　Ⅱ824- 2工作面位于二水平二采区西延二区段,工作面标高- 408 ～ - 422m, 走向长580m, 倾斜长120m, 煤层厚度315 ～1117m, 平均为715m,倾角5 ～10°, 平均为8°, 煤层硬度系数f = 015。Ⅱ824- 2工作面基本顶为细砂岩, 厚415m, 直接顶为一分层再生假顶, 厚410 ～615m, 直接底为泥岩, 厚210～315m, 老底为9煤, 厚310～510m。
　　目前工作面回采期间底板起伏大, 仰俯采速度跟不上底板起伏, 造成回采破底或丢底次数多。本工作面水文地质条件简单, 对回采无安全威胁。本工作面瓦斯涌出量大, 绝对瓦斯涌出量为15m3 /min。Ⅱ824- 2工作面巷道布置形式为底板双岩巷集中布置, 通过平石门沟通煤层, 溜煤眼间距100m左右。Ⅱ824- 2工作面为二分层工作面, 机风巷及切眼沿底板施工, 采用综采放顶煤工艺回采, 由于运输环节多, 机巷链板机、胶带机和集中巷胶带机
运输能力与工作面生产能力不匹配, 限制了工作面单产的提高, 目前工作面单产在70kt/月左右。
3　回采工艺
311　支护形式及工作面设备配置
　　工作面基本支架为ZF3600 /16 /25型支撑掩护式低位放顶煤液压支架, 上下出口各安2架型号为ZFG4200 /16 /25过渡支架, 分别伸入机风巷015m;机风巷采用318m ×<22cm 圆木顺山棚, 棚距015m, 木梁下用DZ28225 /100 单体支柱配合HD2JA21000型铰接顶梁支设4排走向棚; 工作面前后部链板机为SGZ630 /2 ×132 型, 电机采用垂直布置, 放在机风巷内; 为便于移机头机尾和过渡支架, 在机巷电机上帮、风巷电机下帮用410mπ型钢配合单体支柱支设走向对棚, 2梁8柱; 工作面采煤机型号为MG160 /3752W, 双滚筒, 滚筒直径114m。
312　工艺流程
　　工艺流程: 割煤→伸伸缩前梁→移架→推前部
输送机→拉后部输送机→割煤(第2刀) →伸伸缩前梁→移架→推前部输送机→放顶煤→拉后部输送机。
　　割煤: 煤壁(包括上、下端头) 采用机组落煤, 沿底回采, 采高210m, 每刀进尺016m, 工作
面采用端头割三角煤斜切进刀方式, 进刀距离不小于20架。机组滚筒旋转截割煤的同时, 利用螺旋齿片和弧形挡煤板自动把煤装入输送机, 余煤由铲煤板随移溜铲入输送机。
　　移架: 工作面采用及时支护或超前支护, 带压擦顶移架。采煤机割煤后, 及时伸出伸缩前梁护顶, 滞后后滚筒3～5架追机顺序移架, 移架步距016m, 追机移架速度赶不上采煤机运行时, 必须停机移架或拉超前架。移架过程中应随时调整支架, 保持支架顶梁平直, 不出现低头或仰头情况,使其处于良好的受力状态。升架时, 应注意侧护板的伸出情况, 防止出现损坏侧护板或出现歪架、咬架等现象。推车后, 端面距大于0134m 时, 将该处支架提前移出。
　　推溜: 推前溜滞后采煤机10架左右进行, 沿移架方向逐架顺序推溜; 拉后溜由工作面一端向另一端顺序拉溜。移溜时, 弯曲段长度不小于20m,移溜步距保持在016m, 移溜要做到一次到位。移溜后, 要使输送机成一直线。拉机头、机尾要停车进行, 首先清理净浮煤、浮矸, 改好碍事的支柱,使用标准的连接装置, 沿巷道底板拉移, 防止飘起和刹底, 必要时, 配合小绞车拉移。
　　放顶煤: 采用2 刀放1 次, 放煤步距112m,由下向上低位双轮顺序放煤法, 利用采场压力、反复支撑和尾梁摆动、综合松动顶煤放煤, 放煤1次最多只可打开3个放煤口, 放煤时见到假顶或大量的碎矸时, 要立即用插板关闭放煤口, 停止放煤。考虑到两巷压力大, 两端头过渡架不放顶煤。
　　综放工作面落煤、装煤、运煤及支护全部机械作业, 大大减轻了工人的劳动强度。工作面支架为整体支架, 工作阻力高达3600kN, 稳定性强, 人员在架内操作, 一般情况下人员严禁进入煤壁侧,大大减少了顶板事故的发生; 虽然受运输环节的限制, 但工作面月产仍保持在70kt左右, 全员工效20 t/工, 煤炭采出率90%。
4　成功经验
　　芦岭矿8煤属高瓦斯极软煤层, 进行综采放顶煤回采管理难度特别大, 这次在Ⅱ824- 2工作面试采, 目前在安全、质量、效益方面都取得很好的成绩, 主要经验有以下几方面。
411　领导重视
　　为了搞好8煤综放开采工艺改革工作, 从集团公司到矿各级领导, 从行政领导到技术人员, 大家十分重视这次工艺改革工作。公司多次召集专家进行研讨, 并组织专家深入芦岭矿井下实地研究, 充分考虑存在的困难和影响因素, 矿也多次组织人员去外地地质条件相似的矿井进行考察, 经充分论证后, 决定在芦岭矿8煤II824- 2工作面进行综放试生产。
412　优化设计
　　充分考虑地压大的特点, 优化设计: 一是工作面长度适中, II824- 1 工作面采长190m, 如果II824- 2综放工作面也布置成190m, 虽然方便了工作面的布置, 但将给今后的管理带来一定的难度,综合考虑到人员素质, 正规循环、煤壁和顶板管理、自然发火等多种因素, 最后把工作面布置成120m长; 二是加强巷道支护, 为防止巷道变形严重, 机、风巷及切眼均采用高强度支护, 溜煤眼、材料眼、机巷使用马蹄形U29 型钢支护, 棚距500mm, 风巷使用全封闭U29 型钢支护, 棚距500mm, 切眼使用11kg/m对焊工字钢支护, 净宽514 /612m, 净高2135m, 通过加强支护, 确保了断面; 三是便于进架, 从上限轨道巷掘直通切眼上口的巷道作为进架通道, 支架可在轨道巷内组装,然后直接运到安装地点, 方便了工作面安装。
413　精选设备
　　II824- 2工作面设备选型方面体现了以下特点:一是能力高。采煤机功率为395kW, 过断层时,能有效切割顶底板岩石, 支架初撑力为3186kN,工作阻力3600kN, 能有效支护顶板, 链板机功率为2 ×132kW, 运煤能力达450 t/h, 高能力提高了设备的可靠性; 二是尺寸小, 芦岭矿巷道压力大,地质条件恶劣, 为方便设备的运输和工作面的管理, 设备选型时, 要在保证能力的前提下, 设备尺寸尽量小些。这次为减轻支架的重量, 支架顶梁采用高强度钢板铸造而成, 采煤机和电机的尺寸也很适合芦岭煤层的特点; 三是便于工作面的管理。工作面链板机电机采用垂直布置代替传统的平行布置, 这样采煤机能割透煤壁, 不用人工开缺口, 同时也利于端头管理, 考虑到底板软, 支架底座前端
比压小, 为0144～0170MPa, 同时设计了抬底座装置, 防止支架插底; 四是支架对顶板封闭效果好。支架侧护板为自动弹出式, 能有效封闭顶板, 前伸缩梁间缝隙亦减少到最小; 五是前探支护能力强。前探梁伸缩量达到800mm, 能有效控制片帮、掉顶。
414　严格现场管理
　　II824- 2工作面属“三软”煤层, 易片帮、漏顶、支架易插底, 两巷压力大, 对于这样的工作面现场管理尤为重要。主要手段有: 一是加强队伍建设, 采取精选人员、加强学习、培训等方法, 提高人员素质, 为搞好现场管理打下人力基础; 二是组织正规循环作业, 实行三八制作业, 二班半生产,半班检修, 每天2个循环, 正规循环作业有利于劳动组织; 三是按质量标准化要求进行质量管理, 工作面移架、推溜实行拉线作业, 进行严格的质量验收, 保证了工作面“三直两平两畅通, 安全完好浮煤净”; 四是在煤帮、顶板管理上, 采取提高支架初撑力, 防止顶板提前遭受破坏、下沉, 降低采高, 采高控制在210m以下, 减少了片帮, 针对两巷压力大的特点, 两巷抹帽采用318m ×<22cm圆木作梁支设顺山棚, 棚距015m, 梁下用DZ28 单体配合铰接顶梁架设4 排走向挑棚, 风巷电机下帮、机巷电机上帮各支设2架410m π型钢对棚,以保证两巷的断面。
415　煤壁浅孔注水
　　每天检修班对工作面煤壁注水1次, 必要时可加大注水频率, 注水为动压煤壁浅孔注水, 工作面注水孔为上仰单排孔, 即在工作面煤壁顶板以下400mm处布置1排注水孔, 上仰角20°, 与煤壁水平夹角成90°, 孔深610m, 孔间距410m, 要求循环间隔打眼。打眼用MZ212 型煤电钻, 钻头钻杆直径42mm, 封孔采用MZF220型煤层注水封孔器封孔, 人工配合注液枪注水, 注水压力控制在5～8MPa之间, 注水时间以煤壁挂汗或相邻孔出水为止。通过注水提高了煤体黏聚力, 增加了煤体的韧性, 防止了片帮和漏顶。
416　加强“一通三防”管理
　　II824- 2工作面瓦斯涌出量大, 煤尘有爆炸性,煤层有自然发火倾向。该面“一通三防”管理上,主要措施是建立稳定的通风系统, 工作面风量保持在1000m3 /min; 瓦斯管理, 采取高位巷抽排、上隅角压管抽排、顺层孔抽排, 进架通道作尾巷抽排等多种抽排方法并用。顶板高位巷布置在8煤顶板靠近工作面回风巷侧, 同时高位巷内布置2 个钻
场, 第1组6个孔在高位巷端头, 第2组5个孔,位于距高位巷端头10m处, 钻孔布置在高位巷底
板岩石中, 孔底距煤层5m; 工作面顺层钻孔用扇形交叉布置, 机巷顺层孔沿机巷每隔10m 一组,每组3个孔, 第1组距切眼15m; 风巷顺层孔沿风巷每隔10m一组, 每组3个孔。钻孔深度40m, 终孔间距7m。同时工作面监测设施齐全, 能有效实行超限断电闭锁, 通过这些措施, 工作面瓦斯浓度能有效控制在015%以下; 煤尘防治方面, 采取通风机载喷雾、架间喷雾、放煤口喷雾、转载点喷雾及机、风巷净化喷雾等多重喷雾, 有效扼制了煤尘飞扬, 同时浅孔注水亦起到防尘作用; 自然发火防治, 采用采空区灌浆和注氮相结合的方法, 建立注氮系统, 严格注氮管理制度, 同时搞好煤炭回收,防止自然发火的发生。
5　结束语
　　通过Ⅱ824- 2工作面的试采, 可以看出, 只要方法得当、管理到位, 高瓦斯极软煤层可以进行综采放顶煤回采。芦岭矿高瓦斯极软煤层综放开采的成功, 不仅将改变芦岭矿的生产格局, 也可给相似煤层的矿井工艺改革提供经验。

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