易自燃厚煤层超长综放面长度的确定及布置

     义马煤田属侏罗纪中统下段义马组2-1，2-2，2-3煤层，主采2-3煤层，长焰煤种，该煤层单斜构造，比较稳定，走向110°～130°，倾向SW，倾角平均12.5°，平均煤厚15.5m，顶底板为泥岩、砂岩。煤层极易自燃，自然发火期7～30 d，具有爆炸性，煤尘爆炸指数为47.29％～48.33％，属低瓦斯井田。

　　1 设备生产能力分析

　　为保证超长综放面的正常生产和安全回采，对综放设备的选型及技术参数要求见表1。

表1 综放设备型号及技术参数

　　1）采煤及放顶煤能力。MG20/490-W采煤机生产能力按50％计算，生产能力应保证在600 t/h，根据液压支架实测放顶煤量不低于700 t/h，实际生产能力应不低于1 300 t/h。

　　2）前后刮板输送机（简称刮板机）能力。前后刮板机运输能力每部1 500 t/h，超过带式输送机（简称胶带机）能力1 00 t/h。

　　3）转载机、胶带机输送能力。转载机输送能力1 500 t/h，胶带机输送能力1 00 t/h，胶带机输送能力是生产能力中的最薄弱环节。

　　2 综放面倾斜长度的确定

　　由于胶带机输送能力最薄弱，因此取其输送能力作为综放面的综合能力，其能力必须保证每月推进度不低于60 m，即每日不低于2 m，根据公式：

　　 L<=K1*K2*Q*T(K3*H*B*N)

　　式中 L——工作面倾向长度，m；
　　　　 Q——胶带机运输能力，取1 000 t/h；
　　　　 K₁——胶带机动力系数，取0.8；
　　　　 K₂——工作时间系数，考虑到检修、交接班、准备等环节的影响，K₂取0.6；
　　　　 K₃——煤体容重，取1.4 t/m³；
　　　　 T——每日胶带机正常工作时间，按“二九一六”作业制，减去6 h检修时间，2 h交接班准备时间，为16 h；
　　　　 H——综放面一次采全高的煤层厚度，平均15.5 m；
　　　　 B——推进度，2 m/d；
　　　　 N——回采率，80％。

　　计算得L=221 m。

　　3 综放面走向长度的确定

　　由于综放设备是一个完整的配套工作系统，在正常生产条件下必须协调运转，才能发挥其最大效能。在主要设备配套性中，液压支架以使用时间来衡量大修周期，刮板机以过煤量来衡量大修周期，采煤机以连续割煤量来衡量大修周期，因此，根据实际生产经验及设备配套选型的有关技术规范对整套设备的大修周期进行确定：以采煤机连续割煤100万t作为整套设备的大修周期。根据公式：

Q^{′ >=K3*L*L′*H}
　　

　　式中 Q^′——采煤机切割煤量，100万t；
　　　　 L^′——工作面走向长度，m；
　　　　 H^′——采煤机割煤高度，H^′=2.6 m。

　　计算得 L^′=1 243 m

　　4 矿压观测及支架支护强度

　　4.1 矿压观测分析

　　根据常村矿21072综放面（走向长1 122 m，倾斜长度220 m，采高8.5 m）、千秋矿21181综放面（走向长1 037 m，倾斜长101 m，一次采全高21.8 m）的顶板管理经验和耿村矿1301综放实验工作面（走向长1 000 m，倾斜长102 m，一次采全高，9.8 m）的矿压观测情况看，当工作面推进到15 m左右时，直接顶全部垮落，垮落期间工作面矿压显现较明显，液压支架工作阻力在3 000~4 000 kN的占绝大多数，局部出现煤壁片帮现象，当工作面推进到50 m左右时，老顶垮落，工作面全面来压，液压支架工作阻力在4 000～5 000 kN的占绝大多数，煤壁片帮范围增大。随着工作面的继续推进，老顶来压呈现周期性，垮落步距25 m左右。

　　从煤壁及支架压力分布特点看，支承压力峰值在煤壁前方15 m左右，前柱工作阻力普遍大于后柱。

　　4.2 支护强度验算

　　根据理论公式测算ZFS5500～18/28液压支架的支护强度：

　　G=K₄·H^′·Y/10

　　式中 G——液压支架支护强度，MPa；
　　　　 K₄——顶板煤岩厚度系数，一般为0.4～0.8，取0.8；
　　　　 Y——顶板煤岩容重，取2.5 t/m³。

　　支护强度G=0.52 MPa。ZFS5500-18/28型液压支架的最大支护强度为0.85 MPa，可满足支护要求。

　　4.3 底板比压核算

　　根据1991年对义马煤田煤层底板岩性鉴定，2-3煤底板泥岩的容许比压力4.33 MPa，而ZFS5500-18/28支加对底板的比压力1.64 MPa，可满足底板支承要求。

　　5 采煤方法及回采工艺

　　工作面采用走向长壁综采放顶煤分层或一次采全高、顶板自然垮落采煤法。作业方式为“二九一六”作业制。采煤机端部斜切进刀、双向割煤，截深0.5 m，往返两刀，采煤机下行时机尾拉架，上行时推溜，上行至上部时割三角煤；移架方式为由上向下顺序拉架，工作面放煤步距为1.0 m，即两刀一放，放顶煤方式为单轮两架或三架顺序同时协调放煤，放煤由工作面下部开始，采放平行作业，割煤高度2.6 m，放煤高度平均12.9 m，平均采放比为1:5。

　　6 掘进及回采期间的瓦斯防治要求

　　尽管义马井田投产初期鉴定为低瓦斯井田，但随着开采水平的延深，个别采区出现高瓦斯面，给综放面瓦斯管理带来一定困难，为防止综放面及上拐头瓦斯超限，应采取以下防范措施：

　　1）进行瓦斯抽放，减少综放面煤层内瓦斯赋存。如千秋矿21181高瓦斯综放面就采取了瓦斯抽放措施减少回采期间上拐头及工作面的瓦斯超限。

　　2）合理配备工作面风量，严防瓦斯超限。

　　3）利用风帘导风吹散上拐头瓦斯。

　　4）利用局部通风机对上拐头瓦斯进行抽排。

　　5）利用向采空区注氮技术抑制瓦斯的涌出。

　　6）加强瓦斯检查，杜绝瓦斯积聚。

　　7 超长综放面防灭火要求

　　针对义马煤田煤层极易自燃的特点，防止自然发火就成为综放面安全正常回采的重要保障。防自燃应采取以下措施：

　　1）掘进及回采期间上下巷防灭火。为防止上下巷顶煤自燃，往往在上下巷中，每隔5 m打一组钻孔进行注浆，注胶防灭火，同时进行喷浆防风堵漏，防灭火效果显著。

　　2）回采及拆架期间工作面防灭火。常村矿21072综放面和千秋矿21181综放面是向采空区上下拐头注胶防灭火，减少了向采空区、顶煤中的漏风，可以防止采空区及顶煤的自燃；另一方面向采空区、顶煤中插钎注氮，由于氮气比空气轻，能自由扩散到采空区及顶煤中的上部空间，降低氧气含量，抑制煤的自燃。

　　3）加快推进度，防止采空区自燃。为防止采空区遗煤自燃，除采取上述措施之外，应加快推进度，每日推进度不得低于2 m，也是控制煤层自燃的有效手段。

　　8 生产技术及操作等管理要求

　　义马煤田超长综放工作面的开采已进行了尝试，但是随着工作面走向长度和倾斜长度的增加，给超长综放面的管理带来较大的技术难题，因此，为保证综放面高产，高效和安全生产，一方面应加强生产技术管理，另一方面要加强对干部和技术工人的技术培训，进一步提高干部和工人的管理水平及技术素质，从工人操作技能和干部的管理水平来满足超长工作面的管理需求。

　　9 结语

　　义马煤田易自燃厚煤层超长综放面的开采，不论是在综放设备的生产能力、运输能力、支护能力、综放面的防瓦斯防灭火技术方面，还是在生产技术管理、现场管理及技术工人的操作管理等方面，都是可行的，它的推广应用必将给义马煤业集团公司带来巨大的经济效益和社会效益。