厚煤层开采（共9篇）
厚煤层开采 篇1
1 在厚煤层开采过程中顶煤弱化技术的应用
在厚煤层开采与特厚煤层开采过程中, 最常用的一种技术为放顶煤技术, 该技术不仅可以一次性完成全厚开采, 同时还可提高其煤炭的回采率, 减少对材料的消耗, 有效解决其自然引火问题, 从而实现高效和高产的目的。但就目前中国放顶煤技术来看, 其在开采过程还存在着很多的问题, 比如放顶煤冒放, 目前关于这一问题的研究还比较少。
在进行煤层开采时, 实施顶煤弱化技术的思路主要如下:基于顶煤破坏自身所具备的特征, 结合其弱化规律, 在承受压力之前, 可利用爆破技术将顶煤整体的完整性弱化, 改变其整体的结构以及其力学特征, 降低其整体强度, 通过支架自身的支撑作用以及破煤效果, 促使支架的支撑作用、支承的压力作用以及顶煤弱化作用可相互协调, 以此对顶煤顶板之间的活动进行有效地控制[1]。在应用该技术时, 其常用弱化措施为在部分顶煤位置实施直接作用, 事先将其弱化, 从而使顶煤的破碎程度以及相关的特征满足其顶煤放出的需求, 要注意在事先弱化过程中, 必须要充分利用与发挥矿山自身压力的作用。
2 放顶煤压支架技术的应用
据相关资料显示, 目前中国还存在很多难开采且地质复杂的煤层, 在开采中, 还存在着以下缺陷:机械化水平低、安全性能较差以及效益差等。为了解决这些缺陷, 近年来也加大了对煤炭开采技术的研究, 研制且开发出了很多新型的轻放支架技术, 这些技术均在实际生产过程获得了很好的效果。放顶煤液压支架技术装备是通过运动形态分析、岩石力学特性的研究、支架系统的结构、受力分析以及其运动的规律等, 通过虚拟现实技术来着重研究煤炭受力变形、变化状态以及破裂的影响情况, 从而获得更为全面的开采资料, 使其所设计的支架不仅可有效控制顶煤和围岩, 同时还具有一定的支撑作用[2]。
技术特点:这种支架有完整的长侧护板结构、顶梁以及内伸缩梁, 同时在单铰接机后有全封闭式的端面顶板以及相应的支架。在进行采煤工作时, 其过煤空间不会因采高的变化或者顶梁工作状态的变化而改变。其中支架后的掩护梁应该设计为折线弯曲状, 这样不仅能够有效降低对破碎顶煤和顶板之间分界面的干扰, 同时还可在放出顶煤的时候减少其自身的含矸量, 增强其煤矿的回收率, 利用支架自身的伸缩功能, 对顶梁的工作状态进行有效地调节。相对于其它技术而言, 该装备重量较轻, 成本也相对较少, 便于安全和运输, 能够达到一种比较高强度支护作用。
3 减沉注浆技术
在开采地下煤层时, 覆盖在岩层的部分煤层带就逐渐成为一种垮落冒落带, 而另外的部分则会成为下沉离层带。开采煤矿后, 其地下空间就会对该岩体的原始平衡状态产生影响, 如果在岩层移动阶段及时填充这一空间, 就可及时阻断岩层向上发展, 减少地表下沉所造成的影响[3]。而减沉注浆技术就是针对这一问题所实施的一种技术, 其技术机理主要如下:
3.1 支撑作用
在地面进行钻孔, 对覆岩离层空间高压注入混合浆液, 接着再利用水把相关的填充物输送至离层带, 实施脱水, 以便于填充物的沉淀, 提高其密实度和体积, 充分发挥其支撑作用, 使其能够更好地支撑覆岩层, 防止其出现下沉弯曲现象。
3.2 压实作用
高压注浆注入到离层带后, 就会对周围的岩体产生相应的作用, 并挤压其下部岩体, 压实岩层在向上移动过程中所形成的空隙以及产生的裂隙。此外, 在注浆层处还会逐渐形成一个更大的注浆空间, 以便于对岩层进行充分的填充, 降低其二次沉降, 增强其降沉的效果。
3.3 控制和减少对地表的破坏
在厚煤层开采过程中, 应用减沉注浆技术不仅能够降低在开采过程中所引起的变形问题和地表降沉等, 同时还可减缓其地面降沉速度, 使其地表下沉速度能够逐渐减缓。以此避免在厚煤层开采过程中出现一些不必要的损失。
在开采过程中, 由于每一个煤层自身覆岩结构的特征不同, 其岩层的厚度与硬度也会有所不同, 同时其各自所具备的工作面以及地质采矿条件也均有所不同。因此, 在实际开采过程中, 采用该技术时, 应综合分析要开采的煤层, 合理选择注浆的相关参数, 充分发挥出该技术的最大功效。
4 厚煤层综采设备的应用以及研制
厚煤层的开采主要包括以下几种方式:分层机械化的综合采煤法、一次采全高厚煤层机械化的综合采煤法以及放顶煤机械化的综合采煤法等, 其中分层式垮落综合采煤技术比较复杂, 在网下开采过程中, 容易造成顶板的破碎, 同时在一定程度上还会加大其出口处维护工作[4]。目前在厚煤层开采过程中, 采用较为广泛的一种技术就是一次采全高机械化的综合开采方式, 但是由于目前中国在全厚开采技术所学的机械设备的相关配套技术还不是很完善和成熟, 尤其在开采地质条件较为复杂的厚煤层时, 所达到的开采率和安全程度均比较低。因此针对这些问题, 在今后煤矿综采过程中, 笔者认为综采设备必须要满足以下几点要求:
a) 要想实现高效高产, 在开采过程中, 应结合其实际生产情况选择相应的综采装备。在综采过程中, 采煤机是最重要的一项基础设备, 采煤机自身生产能力的高低将直接决定着煤矿生产能力。其不仅可提高生产效率, 并且在很大程度上还可提高其生产能力。此外, 在开采过程, 利用遥控来操控采煤机, 其开采可适应25 m~30 m采高的需求。此外, 要注意, 在使用采煤机时, 应在其上方45°位置设置相应的挡煤板;
b) 在开采过程中, 为了达到采煤机截割所需的深度, 可适当地将支架顶梁长度加长, 从而有效避免工作面顶板发生冒顶现象。此外, 在液压支架还安设相应的护帮装置, 要注意所设置的护帮其高度应大于800 mm, 若有必要可设置二级护帮。在遥控操作液压支架时, 其支架后应设置一定的抬高行人通道, 以此满足2.5 m~5.3 m的高度变化。最后, 还要注意一点内容, 即刮板输送机自身的外型尺寸与牵引方式均应和采煤机相匹配, 同时输送机长度应与工作面长度相一致, 其运输能力应满足采煤机工作能力[5]。
5 结语
综上所述, 在进行厚度大且结构复杂煤层开采的时候, 可综合利用各种技术, 这样不仅可确保其工作面生产的安全性, 同时还可提高其煤矿的采出率。而在今后综采过程中, 还应加大对新技术和新设备的研究, 从而使其适应煤矿市场今后发展的需求。
参考文献
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厚煤层开采 篇2
关键词：特厚煤层；分层开采；掘进巷道；顶底煤厚度探
能源的开采是现今人们生产生活中的重点，从国际上来看，我国的经济能源的效率要明显低于其他国家，要实现整体国民经济的发展，还需要不断加大对能源的开采力度。在我国的主要能源开采中，煤炭的开采一直占有非常重要的位置，有关煤炭采掘技术的研究也受到了越来越多的重视。关于特厚煤层分层开采技术的研究，在近年来也有了一些进展，我国的厚煤层开采大多都是选择分层开采的方法，分层开采是一种传统的厚煤层开采方法，随着经济的不断发展和同其他发达国家之家的合作，我国又引入了放顶煤开采和大采高开采方法。本文主要对分层开采特厚煤层的相关问题进行探究，煤层的厚度对整个开采的工作都会产生影响，直接影响着矿井的开拓、采区的巷道布置等各个方面。从特厚煤层分层掘进巷道顶底煤厚度的探测研究中，对能源开采中煤层探测方面的问题加以了解，探讨了在特厚煤层的厚度探测过程中可以选择的探测方法，主要是从物探方面来对特厚煤层厚度的探测进行分析，对井下作业探究煤层厚度的方法加以说明，避免由于探测不准确而浪费煤炭储量的情况发生。
1.煤层厚度变化的原因
煤层厚度的变化，主要受到两个因素的影响：原生变化和后生变化。原生变化多是指受到地壳运功、河流冲蚀、海水冲蚀等的影响在煤层形成以前发生的变化；后生变化则是指在煤层形成之后，受到构造运动、岩浆倾入、喀斯特陷落、河流冲蚀等的影响。煤层厚度的变化要受到环境及板块运动的影响，煤层厚度的不同，整个施工团队的采矿方案也要随之而改变，并且，要保障整个能源开采的顺利和效益，就一定要对煤层的厚度有准确的了解。因此，有关煤层厚度的探测变得尤为重要，需要有准确的探测方法来进行煤层探测，保障工程的效益性。
2.我国传统的煤层厚度探测方法
从传统的煤层厚度方法上看，是以钻探和巷探为主。对煤层的厚度进行直观的探测，但是也有一定的缺点，其探测的效果并不具有连续性，往往施工人员用内插的方法探测时是一个结果，用外推的方法来进行探测却又变成了另一个差异较大的结果。因此，对于煤层厚度的探測，要结合多方面的因素和探测方法，来对特厚煤层进行全方位、准确的煤层厚度探测，同时，在技术探测的改进方面，不仅仅是要提高探测的准确性和技术的到位，还要在具体的情况想下有具体的开采方案，目前，在特厚煤层的巷道顶底煤厚度的探测中，要根据上下煤层的具体情况来进行开采，对煤层的层位进行探测，并且确定煤层深埋和煤层厚度。
3.特厚煤层分层开采掘进巷道上分层煤层顶底板探测的方法
掘进煤层巷道，一定要沿底送巷，要求施工人员在施工过程中注意对底煤的关注，不能留底煤，同时，对工作面上的要求，除了达到普通施工的要求外，更是要加强支架的管理，在作业的过程中，明确对所需要的支架、单柱体等的型号、数量都有严格的要求，确定整个安全承载的环境后再继续进行相关的开采工作，对防倒柱的设立也要经过严密的计划，根据所处的地理环境和地质特征，选择好最佳的探测位置，可以采用多种方法来对掘进煤层巷道的煤厚度进行探测。较为简单的操作是采用皮尺或钢卷尺垂直煤层顶底板的层面来对煤厚度直接进行检测，这种方法比较直观，且操作起来难度不是特别高，但准确率较低；还可以选择物探方法来对煤层厚度进行探测，物探主要有地面物探、测井、矿井物探三种，用于特厚煤层的物探方法多是由物理电子法、电子瞬变仪等来进行。可以根据特厚煤层分层开采掘进巷道之后，采用顶底板电测探的方法来对煤层厚度进行探测，根据井下深度方向的电性变化规律，可以利用探测的地质体与周围岩层间的电性差异来对煤层厚度、地质情况等进行判断，确定井下的具体地质情况。采矿团队要针对不同的矿井环境和地质情况，对探测的技术进行综合应用。
4.结束语
对于煤炭开采技术的探究，一直以来是我国能源技术开采方面的重点，能源的高效利用，提高我国的国民经济发展速度，就一定要对能源的开采技术进行不断的改革和创新，实现能源开采整体上的提高。本次探究对于特厚煤层分层开采掘进巷道顶底煤厚度的探测方法进行了简单的分析，结合煤炭开采过程中可能出现的地质问题和煤炭分层情况来进行探讨，了解了关于在同地质情况和煤层封层情况中应该采用送巷方法，并对煤层的顶底部煤厚度的探测方法进行研究。
影响煤炭开采工作的原因有很多方面，在对特厚煤层封层开采掘进巷道的相关研究中，可以了解到，只有以严谨施工态度来对每一个影响因素的探测和控制，做出最适宜的开采方案，才能够保障整个煤炭开采的进度，实现能源开采技术的提升，为国家的国民经济发展做出贡献，同时也为施工人员的人身安全起到了一定的保护，将各方面的损失控制在最小范围内。
参考文献：
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厚煤层大采高开采技术研究及应用 篇3
一、某矿井采矿地质条件
某矿井工作面每煤层在178~328 m, 整个煤层呈单斜构造, 走向为279°~348°, 斜角为7°~9°, 煤层厚6.38~6.97 m。经过一系列开采后发现, 该煤层厚度稳定, 可采性好。厚煤层开采过程中经常出现资源浪费等问题, 为了提高生产效益, 确保生产活动安全, 必须采用合适的开采技术和工艺。
二、开采方法分析与确定
经过几十年的发展, 我国出现了多种煤炭开采技术, 但采用何种开采技术才能减少资源浪费、提高生产效益并确保生产活动安全成了一个重要问题, 综合分析了国内常用的几种开采技术的优劣势, 以期达到预期效果。目前, 国内一些大中型煤坑一般采用斜角分层、放顶煤开采工艺, 很少采用成套设备进行大采高工艺技术, 为此, 应重点分析大采高、放顶煤和分层开采等三种采煤工艺技术, 以期找到最适合该矿井采矿地质条件的开采技术。
分层开采工艺是当前国内大中型矿井常用的采煤技术, 并在长期工作过程中积累了丰富的经验, 工艺水平已经发展到了一定的水平。尽管如此, 由于这种采煤工艺采准巷道系统复杂, 巷道掘进效率低, 导致巷道维护与掘进的费用高, 加上特厚煤层单产低、效率低, 该矿井的开矿条件并不适合采用这种方法。放顶煤开采工艺起源于二十世纪六七十年代, 由于受到某些因素限制, 该开采工艺目前已经很少使用, 如适合应用此种开采工艺的煤层少、回采效率低、易自然发火等, 因而此种开采工艺也不适合。根据该矿井的开矿条件, 采用大采高技术能够取得好的经济效益, 但要在项目初期投入大量的进口设备, 投入较高。正是因为庞大的投资限制, 大采高厚煤层开采工艺在我国并没有得到广泛应用和发展, 但只要解决好大采高配套和回采工艺方面的技术难点, 就可以有效提高我国厚煤层开采的安全生产水平和资源回收率。大高采主要配套设备及参数见表1。
三、大采高综合工艺方式的确定
确定大采高综合工艺方式并不是一个简单的过程。首先, 要要确定采煤机、支架移架和刮板输送机推移等速度是否处于正常工作状态, 然后根据相关情况分析工作面主要事故可能分布的位置。之后, 需要确定开采工艺的各种开采参数, 并结合参数确定设备的日工作量, 即工作面采用双向割煤, 日进6刀, 日产量6 498 t。
四、大采高厚煤层在我国的应用与发展研究
大采高厚煤层开采技术的应用, 虽有效提高了安全生产工艺技术的水平和资源回收的效率, 但是由于工作系统大多采用进口的设备, 需要较高的资本投入。也正是由于这个原因, 国内一些矿井生产企业并不中意这种开采技术, 制约了大采高厚煤层开采技术在我国的广泛应用与发展。
为了使大采高厚煤层开采工艺在我国得到持续推广, 应积极研究并探索应用国产设备进行大采高综采面生产的可行性。为了研究这种可行性, 对一般覆岩活动规律进行了模拟分析。根据模拟结果得到了煤层工作面初次、周期来压时的矿压显现的基本规律, 即初次来压时步距在50 m左右, 周期来压时步距大于15 m。工作面推进过程中, 煤层上方的土层能够基本形成具有一定承载力的岩层结构, 一定程度对上覆岩层起到了控制的效果, 由此证明国产设备对上覆岩层的运动有着良好的适应性。为了进一步确定这一结果的正确性, 进行了工业性实验。实验过程中, 初期来压时步距在50 m, 周期来压时步距在16 m。初次来压时, 采场顶板下沉部分越来越大, 为了保证其稳定性, 需要结合现有支护技术控制定顶板下沉对采场的影响, 避免出现冒顶、突水等事故。由于周期来压时顶板所承受的强度会越来越大, 支护所承载的荷载也会越来越大, 因此应适当减少支架的工作阻力, 以确保支护装置的良好性。由此可见, 分析总结到采用国产设备进行厚煤层大采高工艺施工, 可以节约投资成本, 简化生产环节, 为其在我国的广泛应用奠定了坚实基础。
五、结论
浅谈厚煤层综放开采技术工艺 篇4
【关键词】综放开采；技术应用；顶煤支架
综放开采是工作面实现高产高效的有效开采工艺方式。通过解决综放开采工作面中面临的一些关键技术，可进一步提高工作面的工作效率和效益，确保工作面的安全生产，提高综放工作面的煤炭回收率，充分发挥综放开采技术的优越性。
1.综放开采技术概念
综采放顶煤开采技术是在中厚煤层一次采全高综采技术工艺上发展起来的采煤技术。此项技术解决了厚煤层一次采全高的问题。不但降低了开采成本，同时还可有效防止冲击地压。过去厚煤层开采由于设备采高限制，只能分层开采，这不仅增加了巷道掘进量，而且，上分层工作面开采需铺设人工假顶，为下分层开采创造条件，消耗了大量材料，同时由于铺设人工假顶增加了工作面开采工序，影响了工作面的有效开机时间，限制了工作面的生产能力。综放开采技术，就是在厚煤层中沿底板布置国采工作面按一定高度用采煤机向前副煤开采，而支架上方的煤，则靠矿山压力和自重向下移动，由支架尾部所开窗口放出，流入尾部运输机运出。根据窗口位置不同，可分为“高位”、“中位”和“低位”放顶煤综采设备。
综放开采是工作面实现高产高效的有效开采工艺方式。开采实践表明，影响综放工作面安全高效顺利开采的关键技术有以下几点：①综放开采的合理开采工艺、参数及放煤规律：②综放开采的覆岩运动规律及矿压显现特征；③综放开采机道上方端面顶板（煤）的稳定性控制；④综放开采顶煤回收率包括面内、首末采和端头顶煤回收率的进一步提高；⑤综放开采支架与围岩关系及支架合理选型。通过多年的理论研究与开采实践，我国已积累和总结了综放开采关键技术，这为进一步发挥综放开采的优越性，提高生产效益创造了条件。
2.综放开采技术应用
下面以对某矿的一综采工作面低位综采放顶煤工艺的分析为例，对倾斜煤层坚硬顶板较薄厚煤层采用低位综采放顶煤工艺，使该工作面实现稳产、高产。
2.1工作面情况分析
该工作面地质条作：该工作面面走向长1500米左右，倾斜长130米，煤层总厚为冒为8至12米，平均10米，煤层平均倾角为24度，该煤层普氏系数9.40，厚20.05米。
2.2采用的采煤方法及工艺
该工作面采用走向长壁低位综采放顶煤采煤方法。
工艺顺序：割煤一移架一推前部输送机一放煤一拉后部输送机。采用单向割煤方式；进刀方式为上端部斜切进刀，单向割煤往返一次进一刀，进刀处工作面刮板输送机弯曲长度不小于15米，以保证煤机顺利运行：由专人放煤，在煤机返刀期间滞后煤机15米放煤，发现有矸石进入后部输送机时产即关闭放煤口；对采煤机割下的煤利用采煤机滚筒的螺旋叶片和输送机的铲煤板进行装煤，放出的煤直接进入工作面后部输送机。
2.3工作面的支护
工作面采用放顶煤支架支护。基中普通放顶煤支架？4台，上、下端头支加各2台，共78台。支架的工作方式采用及时支护，移架采用追机作业，分段依次顺序移架，移架距离煤机后滚筒4～6架。支架的操作方式为本架操作。支架的操作顺序：收前探梁一降架一移架一调架一升架一伸前探梁。
端头支护方法。工作面上下端头各安装2台过渡支架，在过渡支架外帮跨前、后两部输送机分别支一对抬棚，共同4对，采用3.6米的长钢梁做梁，DZ系列单体支柱作支柱，形成一梁三柱的走向棚，配合过渡支架交替迈步前移，走向步距0.6米，2个长钢梁的间距为0.2米，长钢梁下单体初撑力不低于90KN，长钢梁与相邻支架间的距离不得大于0.3米。在下端头随工作面推进，从过渡支架后部至下巷切顶线沿转载机上帮打一排单体点柱，并挂好挡矸帘，以防窜矸；同时从两道切顶线向外在巷道中用厚12厘米，长1米的半圆木支撑3棚T字棚，棚距1米。两端头1-7号架顶煤处铺5米乘1.2米的菱形金属网，网沿倾斜方向展开，网与网之间压茬为0.2米，用18号铁丝间距0.2米扎好，新网在上，旧网在下。
2.4关键的技术措施
2.4.1工作面的初采
首先，由于工作面从两道掘进到切跟安装都是跟顶施工因而在工作面推进过程中，必须从工作面两端第三架开始到工作面中部随工作面推进不断支顶煤挖底回采，以达到放顶煤要求。
其次，工作面在正常推进时，以6：1的斜度比例挖底，即每推进0.6米，工作面挖底0.1米；根据设计要求，在工作面挖底到底板后，两端头第八架必须跟底板，两端头跟项推进，两端头向里第317架逐渐随至底板铺网推进。
再次，采煤机司机必须严格把握留项煤厚度和卧底量，严防刮板输送机过分下滑，造成推输送机困难或卧底量过小影响挖底速度。
2.4.2割煤与放煤
首先，割煤时采煤机司机根据顶底板、煤层煤质变化及输送机运煤量，调整煤机割煤速度，控制采高为2.8米到3.2米；割煤过程中为防止顶煤因空顶时间过长而垮落或煤机滚筒割支架前梁，支架工的工人超前煤机滚筒3-5架收回支架前探梁，滞后煤机后滚筒1架伸出前探梁；采煤机停止工作时，应停在倾角小、项板完整、无淋水地点，同时将采煤机上下滚筒降至底板，防止煤机下滑。
其次，放煤工放煤时要正常使用喷雾装置，与采煤机司机密切配合，均匀放煤，防止输送机过载造成事故。同时注意支架尾梁插板的伸缩量，控制尾粱开启程度，防止插板插入输送机中。
再次，放完煤后必须将支架尾梁升起，插板插到位，尾粱与底板夹角控制在45度左右，并根据采高适当调整，以防漏矸和其它事故的发生，放煤时放出的大块煤禁止使用插板破碎，不得放出大块矸石。
最后，放煤工若发现下列情况之一时，应及时停止放煤，进行处理：刮板输送机上发现有大块煤及矸石；支架后尾粱销子断了；牵引链有断链、裂纹或变形等，刮板、螺丝短缺；支架后尾梁因窜液、漏液而自降；发现异常响声；供水装置无水或喷雾有故障。
3.板低位放顶煤支架的选择
本工作面采用走向长壁综采放顶煤方法，选用了ZFSB3500—25/36A型双输送机低位插板式放顶煤支架。此型液压支架的顶梁是刚性主梁加内伸缩的组合式，能够缩短支架中正常支护时的控顶距提高支架的支护强度；在采煤机割煤后，支架移架前能够及时伸出进行临时支护，较为适应本工作面煤的硬度：可以在煤壁片帮后伸出伸缩梁及时支护。
同时，此液压支架支撑高度范围为2.5到3.6米，且对煤厚不均匀适应性较强，支架顶梁尾部设计一斜坡，增加了顶煤断裂，加剧了煤、顶离层，尾粱上、下有一定的摆角，更利于松动已垮落的项煤及破碎大煤块，避免后部输送机发生机械事故；顶梁长可实现多次反复支撑，使顶煤显著预先断裂、垮落，有利于放煤；放煤口低，顶煤垮落下降量大，易破碎，大块少，放煤时煤尘小，采空区丢煤少，采出率高，自然发火小。诸多优点表明，该支架适用于此类工作面综放开采。
4.结语
倾斜煤层较厚煤层缠放工作面克服了一次采全高存在的支架易歪倒的问题，解决了一般机采工作面丢底煤浪费资源的问题，降低了分层开采所带来的掘进工作面及巷道支护、维护费用，在相对减少了工作量的时时，提高了安全级别。总之，要在总结实践经验的基础上，对综放设备进行不断的完善和改造，使之更加适应现代生产条件的变化，满足高产高效要求，使综放工作面生产能力进一步提高。
【参考文献】
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巨厚煤层开采煤柱留设的数值模拟 篇5
目前, 国内外众多学者在厚煤层开采技术方面做了大量的研究, 尤其是对厚煤层开采方法及工艺等方面做了大量的理论研究和工程实践, 取得了较为丰富的研究成果。巨厚煤层开采与普通厚度煤层开采相比, 其岩层结构活动环境发生了较大的变化, 随着巨厚煤层的开采, 使得采空区空间、垮落带高度、采场采动影响范围等诸多因素均大幅增加, 为工作面覆岩提供了更大的活动空间, 易造成大范围岩体结构的失稳破坏。本文通过数值模拟的方式研究巨厚煤层分层开采不同巷道布置方式下所留设的煤柱及上部覆岩应力应变的分布特性。
1 数值模型的建立及实验方案
1.1 模型的建立
本文以文献[4]中的地质资料为依据建立走向500m, 高度160m的二维矩形模型, 模型左右和底部边界设置滚动支撑条件, 同时在左右边界施加边界载荷, 取值为1.3倍的垂直应力;由于模型已经到达地表, 因此, 在上部边界不再施加边界载荷。利用COMSOL多场耦合数值模拟软件进行自由三角形网格剖分, 由于采场附近应力变化较为明显, 因此, 采用非结构网格进行加密处理, 共建立265380个单元的完整网格。
1.2 实验方案
该煤层厚度为40m, 上覆岩层厚度为80m左右。实验设计3种巷道布置方式, 第一种是内错式巷道布置, 当该煤层开采完毕后将留下正梯形煤柱 (设上底为20m, 下底为76m, 每次内错4m) ;第二种是外错式巷道布置, 当该煤层开采完毕后将留下倒梯形煤柱 (上底为76m, 下底20m) ;第三种是重叠布置, 当该煤层开采完毕后将留下矩形煤柱 (宽20m, 高40m) ;对比三种方案中煤柱及上部赋岩应力应变分布特点的不同。
2 实验结果及分析
如图1 (a) 所示, 当采用内错式巷道布置工作面长度将不断变短, 形成的煤柱成正梯形, 图中深色部分为塑性区, 煤柱核心部分为塑性区, 但左右两侧还保留部分弹性区;上部敷岩部分的塑性区高度延伸到了距煤层底板90m处, 横向成对称分布两侧各占据了大约200m的长度。
图1 (b) 为外错式巷道布置, 随着分层次数增多工作面长度也在不断增加, 所留下的煤柱成倒梯形, 由图可见煤柱基本全部为塑性区, 说明煤柱极不稳定, 但此时上敷岩层的塑性区在水平方向上分布范围相比正梯形有所缩小, 说明外错式巷道布置有利于保水。
图1 (c) 为重叠布置, 工作面长度没有变化, 煤柱成矩形, 由图可见煤柱仅在顶部有少许弹性区, 其他均为塑性区, 说明该种方案下, 煤柱亦不稳定, 同时可见其上覆岩层的塑性区分布范围较其他2种形式分布更为广泛。
图2为三种方式下顶板的位移量, 由图可见重叠布置方式位移量最大, 内错式次之, 外错式最小。
3 结论
通过对比分析巨厚煤层开采不同巷道布置方式时, 所留煤柱的稳定性和上覆岩层的破坏情况, 得到以下结论:
(1) 巨厚煤层由于煤层厚度较大, 开采后将为覆岩提供很大的活动空间, 因此, 更易产生失稳破坏。
(2) 内错式巷道布置所留煤柱最为稳定, 上覆岩层破坏范围适中, 顶板位移量在三种方式中适中, 但相比重叠式布置回采率较低。
(3) 本文未对分层开采过程中各种煤柱所能承载的极限分层数量进行讨论, 需进一步进行探讨。
参考文献
[1]孟宪锐, 等.厚煤层开采方法的选择原则与发展现状[A].中国煤炭学会开采专业委员会.煤炭开采新理论与新技术——中国煤炭学会开采专业委员会2012年学术年会论文集[C].中国煤炭学会开采专业委员会, 2012.
[2]黄铁栋, 等.沙尔湖煤田巨厚煤层异地成煤分析[J].新疆地质, 2011, 03:324-326.
[3]左红兵, 等.新疆大井矿区厚煤层分层开采形成再生顶板的研究[J].山东煤炭科技, 2010, 03:143+145.
厚煤层开采 篇6
一、厚煤层开采中煤矿综采技术的应用
1顶煤弱化技术
放顶煤技术是厚煤层和特厚煤层开采中的一种常用技术, 能够完成一次性全厚开采, 提高了煤炭的二次开采回采率, 降低了材料的消耗, 从而解决了煤炭自燃的问题, 实现了高产和高效的目的。但是目前我国的放顶煤开采技术还有存在许多亟待解决的问题, 例如如何提高放顶煤冒放性, 对这个问题的研究还需要一个长期的过程。
进行厚煤层开采, 利用坚硬顶煤弱化技术的主要思路是:根据顶煤破坏过程所具备的特点和弱化规律, 在承受压力作用前, 运用爆破技术预先弱化顶煤的完整性, 改变顶煤的力学特性和整体机构, 破坏顶煤对外力的抵抗作用, 降低顶煤整体强度, 利用支架自身的反复支撑作用和破煤效果, 使顶煤弱化作用、支架支撑作用和支承压力作用能够相互协调, 对顶煤的垮冒特征和破碎程度进行控制, 从而降低了顶煤顶板压力的传递活动效果。
在应用顶煤弱化技术时, 通常弱化措施对部分顶煤产生直接作用, 预先弱化促使顶煤的垮冒特征和破碎程度能够满足顶煤放出的要求。厚煤层开采的顶煤预先弱化技术要注意充分发挥矿山自身的压力。
2放顶煤液压支架技术
目前, 我国还有很多地质复杂不便于开采的厚煤层, 对这类煤层的开采存在一些缺陷, 包括开采过程中的安全隐患、机械化程度低、开采经济效益差等。为了解决难开采厚煤层中的遇到的问题, 我国相关技术人员加强了对煤矿综采技术的研究, 研制出新型的轻放支架, 在煤矿实际开采过程中取得了良好效果。放顶煤液压技术的装备主要通过分析支架系统结构、受力及运动规律、运动形态和岩石力学特性, 利用虚拟现实技术重点研究煤炭的受力变化、变形状态, 煤炭的破裂影响和支架的装配、制造间隙, 获得更多开采资料, 得出支架与综采场围岩的关系, 这样设计出的轻型支架不仅具有顶板支撑的作用, 还能对顶煤和围岩进行有效控制。
这项技术的主要特点是:放顶煤液压支架具有完整的内伸缩梁、顶梁和长侧护板结构,
全封闭的端面顶板, 单铰接机构后部的相应支架。在采煤时, 过煤空间不会随着顶梁工作状态和采高的变动而改变, 将支架后的掩护梁设计成折现弯曲形状, 不仅能够减少对顶板和破碎顶煤之间煤岩分界面的影响, 同时还能在顶煤放出时降低煤矿的含矸量, 增强煤矿回收率, 利用后柱支架的双伸缩功能, 有效改善了顶梁的工作状态, 确保与相邻支架形成封闭的顶板。放顶煤液压支架技术具有紧密的支架结构, 部件和总体的尺寸都比较小, 装备重量轻, 制造成本少, 便于运输和安装, 且能达到较高强度的支护作用。
3减沉注浆技术
进行地下煤层开采时, 覆盖在岩层上的煤层带会逐渐形成自然的垮落冒落带, 另外的部分煤层会形成下沉离层带。减沉注浆技术就是利用这一原理应用于厚煤层开采。煤矿开采后, 形成的地下空间影响岩体原始的平衡状态, 如果在岩层移动时及时填充地下空间, 可以阻断岩层的向上发展状态, 减少地表下沉造成的危害。减沉灌浆技术能够解决这个问题。其具体的技术机理如下:3.1支撑作用。对地面钻孔向覆岩的离层空间内利用高压注入混合浆液, 用水将填充物输送到离层带, 便于脱水时沉淀填充物, 增加体积及其密实度, 发挥支撑覆岩层的作用, 避免发生下沉弯曲的情况, 对最大离层位置的继续向上发展实施有效控制。3.2压实作用。高压浆液被注入离层带后会对四周岩体产生作用, 并挤压下部的岩体, 压实了岩层在向上移动时产生的空隙和裂隙。同时, 在注浆层的位置还会逐渐形成更大的注浆空间, 便于充分填充岩层, 减少二次沉降, 有效发挥沉降功能。3.3控制和减小对地表的破坏程度。进行厚煤层开采时, 利用减沉注浆技术可以减少煤矿开采引起的地表降沉和变形等, 同时减缓地面的降沉速度, 减慢地表下沉速度, 降低在厚煤层开采时产生的不必要损失。通过对我国一些地区煤矿减沉注浆技术应用的效果进行分析, 发现使用该技术的煤矿周围地表下沉率仅为36~65%。
每个地区煤层覆岩结构的特征不同, 岩层的硬度和厚度也不相同, 同时每个工作面的地质采矿条件也不尽相同, 因此利用减沉注浆技术开采煤矿时, 要对煤层进行综合分析, 选择合理的注浆参数, 发挥该项技术的最佳效果。
二、厚煤层开采中煤矿综采设备的应用
煤矿综采设备的关键是采煤机, 它决定了煤矿的生产能力, 能够提高长臂开采面的工作效率, 远程遥控操控采煤机, 可以达到采高2.5~5.3m的需要。使用时要在采煤机上方45°设置挡煤板。
为了达到采煤机截割所要求的深度, 需要增长支架顶梁的长度, 对工作面顶板实施维护防止冒顶。对液压支架设置护帮装备, 护帮高度不低于0.8m;如果需要设置二级护帮, 最高护帮高度可达到2.2m。对液压支架进行遥控操作, 在支架的后部设置抬高行人通道, 使支架满足2.5~5.3m的高度变化。
结语
综上所述, 煤矿综采技术和装备能够保证煤矿开采工作的安全性, 提高煤矿出采率, 需要加强对新技术和设备的研究, 满足煤矿行业发展的需要。
参考文献
[1]李建民, 耿清友, 周志坡, 等.我国煤矿综采技术应用现状与发展[J].煤炭科学技术.2012, 40 (10) :55-60.
[2]董天珍.厚煤层开采中综采技术与装备的应用[J].能源与节能.2013, 15 (09) :127-128.
厚煤层开采 篇7
1.1 国内厚煤层开采现状
我国厚煤层在煤炭赋存量中占有很大比重, 厚煤层可采储量和产量约占全部可采储量和产量的44%。因此建设高产高效矿井, 实现集约化生产, 同时提高回采率成为我国煤炭工业转变经济增长方式的有效途径。
长期以来, 我国厚煤层开采一直采用分层开采方式, 由于分层开采方法有其特有的弱点, 如生产设备投入高、设备相对搬家率高、开采工艺复杂、巷道掘进率高, 特别是经济效益差, 资源优势反而转化为经济效益的劣势, 已影响到煤炭工业的持续性发展。
综采放顶煤技术是近十几年来在我国迅速发展起来的开采厚煤层及特厚煤层的一种新型采煤方法。由于其具有生产效率高和生产成本低的特点, 因而在我国得到了突飞猛进的发展和广泛的普及, 多数采用综放开采技术的矿井都取得了良好的技术经济效果。然而, 其存在的资源回收率较低、瓦斯排放困难、大量丢煤易引发煤层自燃等问题仍然没有得到很好地解决。尤其是资源回收率问题, 关系到国民经济的可持续发展, 也关系到这项技术本身的发展前景。
1978年, 我国从德国引进了G320220/37型、G320223/45型等大采高液压支架及相应的采煤运输设备, 与此同时我国也开始研制大采高液压支架和采煤机。目前, 我国部分生产矿井已经采用大采高综采进行厚煤层的开采, 并取得了良好的经济效益。根据国内神东矿区大采高综采实践经验, 在条件适宜煤层大采高综采工作面年产可达8Mt～10Mt。随着大采高综采技术与装备水平的提高, 大采高综采将成为厚煤层实现高产高效开采的重要途径。
1.2 厚煤层一次采全高的背景及意义
神东矿区是我国最大的煤炭生产基地之一, 是我国第一个年产煤炭达2亿t以上的矿区。神东有着得天独厚的地质条件, 煤层赋存浅, 煤田地质构造、煤层结构、水文、瓦斯等条件简单, 神东矿区厚煤层主要分布在大柳塔井田、上湾井田、补连塔井田、哈拉沟井田等几个中心矿区。神东煤炭集团在神东矿区6.0m以上煤层总地质储量为154904.1万t。其中12煤层, 总储量29045万t;22煤层, 总储量83009万t;52煤, 储量42850.1万t。按煤厚的储量统计, 6～7m储量占总储量的78.1%, 7～7.3m储量占总储量的18.1%, 7.3～8m储量占总储量的3.8%。此煤层赋存条件下, 通过开展6.3m、7m厚煤层开采的矿压规律、生产工艺、综采设备配套及辅助运输设备研究, 进而实现神东厚煤层一次采全高的安全高效开采, 是直接关系到企业可持续发展的战略性课题。
目前, 国内外对厚煤层开采的开采方法一般为:放顶煤综采、人工假顶分层开采和大采高综采。对于补连塔煤矿22煤、大柳塔矿52煤和上湾矿12煤, 一方面由于煤层埋藏浅、硬度大、裂隙不发育, 放顶煤开采适应性差, 所以不适宜放顶开采;另一方面, 若采用人工假顶分层开采, 则必然会使工作量增大、用人增多、生产工艺和生产管理变得复杂——原本布置一套综采可实现的产量需要, 要布置2～3个分层综采工作面, 会使推进速度急速下降、生产成本大幅升高, 不符合高产高效矿井要求, 因此也不宜采用人工假顶分层综采。
补连塔、大柳塔和上湾井田的7m左右厚度煤层, 若采用现有6.3m综采设备进行开采, 必然会造成1m左右的煤厚损失, 不利于煤炭资源的高效回收。为了解决7m厚煤层的资源回收和高产高效问题, 神东煤炭集团组织有关科研部门对一次采全高矿压、生产工艺和相关设备进行了技术交流和论证, 并通过补连塔煤矿22303、22304、上湾煤矿12206等7m大采高工作面的回采, 总结出一套适合于神东矿区的大采高一次采全高生产模式。通过对神东矿区7m大采高综采工作面的生产实践研究, 为我国大采高综采技术的发展总结了宝贵经验, 也为厚煤层、特厚煤层的高效开采奠定了坚实基础。
2 矿井、工作面概况
2.1 补连塔煤矿概况
补连塔煤矿是神东煤炭集团所属特大型现代化矿井之一, 位于内蒙古自治区鄂尔多斯市乌兰木伦镇, 生产能力2500万t/a。井田走向长13.6～19.7km, 倾斜宽6.1～14.3km, 井田面积106.43km2。补连塔煤矿是典型的平硐加斜井开拓方式。井田内煤层分为两个水平开采, 22煤层以上为上煤组, 划为一水平开采。31煤层以下为下煤组, 划为二水平开采。
2.2 工作面概况
22304工作面为补连塔煤矿22煤三盘区第四个工作面, 于2012年7月末回采结束。地面标高1180.4～1305.8m, 煤层底板标高1025.4～1074.49m, 松散层厚度6～16m, 上覆基岩厚度为121～233m。工作面推进长度4881.5m, 工作面长286.2m, 煤层倾角1°～3°, 面积为1.397km2, 煤层平均厚7.08m , 容重1.28×103kg m-3, 设计采高6.8m, 地质储量1277.39万t, 回采储量1187.97万t。工作面的生产能力为13.0Mt/a。
工作面沿走向布置, 沿倾向推进。附表2-1工作面煤层赋存特性表。
3 工作面设备选型及运行情况
3.1 工作面液压支架选型
3.1.1 支护强度的计算
采用经验公式计算:
P=9.8hrk
式中:P——工作面合理支护强度, kN/m2;
h——采高, m, 取6.8m;
r——顶板岩石重力密度, t/m3;取2.5 t/m3;
k——工作面支架应该支护的上覆岩层厚度与采高之比, 一般为4～8, 根据相邻综采面回采情况, 此处选取7。
即 P=9.8hrk=9.8×6.8×2.5×7=1166.2 (kN/m2) =1.17 MPa
根据支护强度计算, 液压支架的支护强度应不小于1.17MPa。
3.1.2 工作阻力的确定
根据验算工作面支架支护强度不小于1.17Mpa, 当顶梁宽度 (支架中心距) 为2.05m, 最大控顶距为6.0m, 则需要的支架阻力为:
Q=KLBP=1.1×6×2.05×1.17×1000=15830 kN/架
其中:Q — 工作阻力, kN/架;
K — 安全系数, 取1.1;
L — 最大控顶距, 6.0m;
B — 顶梁宽度, 2.05m;
P — 支护强度, MPa。
计算的7m大采高支架工作阻力不应低于15830kN/架。
3.1.3 支架高度的确定
a、支架最大高度
HZmax≥Mmax
式中:HZmax——支架最大支护高度, mm;
Mmax——工作面最大采高, 取6800mm;
所以: HZmax≥6800mm
b、支架最小高度
HZmin≤Mmin-S2-g-e
式中:HZmin——工作面最小支护高度;
Mmin——工作面最小采高, 根据煤机高度, 取4500mm;
S2——顶板下沉量, 取200mm;
g——顶梁上、底座下的浮矸厚度, 取50mm;
e——移架时支架回缩量, 取100mm;
HZmin=5000-200-50-100=4650mm
综上所述, 支架的最小支撑高度不得小于4650mm, 最大支撑高度必须大于或等于6800mm。
为了保证设备的安全性, 公司第一套7m大采高支架采用了郑煤机生产的“ZY16800/32/70”型重型支架, 该支架工作阻力达到了16800kN, 在补连塔煤矿的生产过程发现该支架工作阻力并不能满足生产需要, 主要表现为工作面大的周期性来压时, 顶板下沉速度较快;为了保证工作面生产安全, 在22304工作面开始提高了支架的工作阻力, 使用的为郑煤机生产的“ZY18000/32/70D”型重型支架, 把工作阻力提高至18000kN。
3.2 其他设备配套情况
22304工作面在22303工作面的基础上优化了设备配套, 采煤机选用EKF公司SL1000型, 该采煤机具有装机功率大, 一次采煤高度大, 生产能力大, 远距离遥控操作, 运行平稳等特点;22304回顺采用一组太原煤科院生产的ZFDC3000/26.5/47型超前支架;选用DBT生产的DBT3×1600/2.05刮板运输机;选用DBT生产的DBT700/350kw转载机;选用DBT生产的DBT700/350kw破碎机;选用4台RIM生产的S500乳化泵;采用3台RIM生产的S300喷雾泵;选用2台江苏中联生产的6300kVA移变, 1台江苏中联生产的2500kVA移变, 1台朗威达生产的800kVA移变;选用1台常州联力KJZ-1500/3300Z/2、1台常州联力KJZ-1500/3300Z/9、1台常州联力KJZ-1500/1140Z/9组合开关;集控采用华宁KTC101集控。
3.3 22304工作面主要设备遇到的问题及改进建议
设备运行状态分析主要通过MES信息平台、EAM资产管理系统、设备点检三个方面分析设备在运行过程中存在哪些问题, 设备在制造加工过程中存在哪些缺陷。分别利用MES平台析设备的故障率、开机率、设备能力利用率, EAM资产管理系统分别分析设备的经常发生的故障情况、设备的过煤量、设备的材料消耗以及备件库存数量、备件计划数量、油样分析报告, 点检系统对设备的温度、整顿、部件磨损情况、连接情况进行全方位检查。
3.3.1 SL1000采煤机
采煤机左右摇臂铰接处护罩设计不合理, 铰接处因经常有块煤卡在护罩上, 造成护罩变形从而挤压铰接处电缆和水管, 致使采煤机铰接处频繁损坏。建议改为整体防护板式。
3.3.2 ZY18000/32/70D型液压支架
1.支架侧护板开裂。
从郑煤机厂购进的7m支架侧护板开焊较多, 发现有开焊现象后通知厂家修复, 但由于采高大侧护板只能打开400mm距离, 为修复工作带来很大困难。
2.支架电控部分时常出现不能成组动作。
支架电控箱由原来的每14架一个改为每8架一个, 解决了此问题, 以后配套时应按每8架一套电控箱和总线提升器配套。
3.支架立柱电镀层掉漆严重。
厂家需作立柱电镀层的工艺研究, 防止电镀层脱落。
3.3.3 3×1600kW三机
1.三机减速器易高温, 现采用外部水冷却。
三机各减速器冷却系统已经改为喷雾泵供水, 冷却效果一般, 需Bucyrus公司进一步研究解决此问题。
2.自动注油系统运行不稳定。
不适应井下恶劣的环境, 电控部分配件经常损坏, 如:压力传感器、计数器、PMC-R等。
3.刮板机机尾弧形压链板螺栓经常断裂。
需Bucyrus公司尽快提供改进方案。
4.
刮板机机尾弧形压链板磨损严重刮板机机尾弧形压链板在起坡段与刮板摩擦, 造成压链板磨损严重, 建议改为更好的耐磨材料。
4 22304工作面开采工艺及技术
4.1 采煤工艺及生产组织
22304工作面采用双滚筒采煤机割煤、装煤, 液压支架支护, 刮板运输机、转载机、胶带机运煤, 自然垮落法处理采空区的方式来完成工作面的回采。
工作生产采用“三八”制作业, 正规循环作业方式:即割煤、移架、推溜为全过程, 双向割煤。每日20个循环, 截深0.865m。
4.2 开采技术
4.2.1 回采过程中的难题及解决办法
22304工作面煤层厚度6.8～7.3m, 平均煤厚7.08m, 工作面顶板控制困难, 工作面来压时漏矸严重。随着工作面采高增大, 工作面片帮严重, 工作面片帮煤不仅增多而且体积增大;工作面电缆槽内、支架大脚前片帮煤多, 严重影响了工作面的快速推进, 为了改善这种情况, 通过以下方法实现:
1.加高挡煤板, 加宽溜槽宽度。
6.3m支架时, 工作面溜槽挡煤板高度为1.6m, 22304工作面时把挡煤板高度加高到2m;6.3m支架时, 工作面溜槽宽度为2.4m, 22304工作面溜槽宽度加宽至2.6m。6.3m支架时, 工作面溜槽挡煤板高度为1.6m, 22304工作面时把挡煤板高度加高到2m;6.3m支架时, 工作面溜槽宽度为2.4m, 22304工作面溜槽宽度加宽至2.6m。
2.增设收护帮板工。
7m大采高回采初期工作面收护帮板还是采用煤机司机成组收护帮板 (6～10架) , 发现工作面大块煤多, 且在工作面来压时瞬间煤量增多, 有时会因为煤量过大压死皮带。为了减少工作面片帮, 保证工作面正常生产, 每班设专职收护帮板工, 根据顶板及煤帮情况收护帮板, 工作面顶板完整时正常成组收护帮板, 遇到工作面顶板破碎或工作面压力大、片帮较多时, 该逐架收回护帮板减少片帮煤和大块煤。
4.2.2 工作面矿压管理
为了准确掌握工作面矿压显现规律, 采用多种观测方法对工作面及两顺槽进行矿压观测。工作面两顺槽每200m布置一个顶板离层仪。
工作面矿压主要通过安装在支架立柱上的压力传感器观测, 压力数值可以动态地显示在PM32上, 同时把数据传送至控制台, 进而对数据进行记录和保存;另外在工作面安排专人记录工作面来压情况, 真实记录下工作面的顶板下沉量、片帮、安全阀的开启情况等等。
通过观测工作面矿压发现, 工作面两端与中部支架来压步距呈现明显的不同, 机头、机尾部分26～30#和135～139#架初次来压步距62.5 m, 周期来压步距24.7～37.1 m, 平均30.9 m, 来压持续长度平均3.6 m;中部31～134#架初次来压步距48.5 m, 周期来压步距14.4～20.5 m, 平均16.3 m, 来压持续长度3.6～7.6 m, 平均6.3 m。工作面周期来压步距整体呈现“中间小, 两头大”的特征。附表4-1 22304工作面回采矿压分布图表。
在对22304综采工作面整个回采期间进行矿压观测的基础上, 分析了工作面在不同地段的矿压显现规律。得结论如下:
1.工作面来压同样呈现出明显的区域性, 两端1～20#架以及130～143#架基本无来压, 且工作面来压步距中间小、两端大, 而支架载荷则是中间大、两端小。
2.随着工作面采高增大, 工作面来压强度大, 周期来压步距缩短;随工作面采高增大, 片帮严重且工作面大块煤多。
3.22304综采工作面受周期来压影响较大, 在周期来压期间, 推进度越慢, 顶板状况容易恶化, 表现为破碎易局部冒落。如工作面推进速度10.3m/d时, 来压步距12.1～14.3m, 平均13.1m;来压持续长度3.2～4.8m, 平均4.0m。而推进速度4m/d时, 来压步距10.4～11.7m, 平均12.4m;来压持续长度5.0～5.6m, 平均5.3m。所以在开采此类工作面时除了提高支架初撑力利用率、控制端面距等有效技术措施以外, 加快工作面推进速度是避免顶板状况恶化最有效的措施。
5 大采高取得的成果和推广意义
5.1 大采高工作面创新效益
5.1.1 提高了回采率及日产量
由于采高增大, 与以往综采工作面相比, 7.0m大采高综采工作面充分展示了它的生产优势, 22304综采工作面发挥出极大的生产潜力, 并且在7.0m大采高综采工作面的生产实践中积累了宝贵经验。
5.1.2 端头垂直过渡增加了回采煤量
机头和机尾顶板采用垂直方式过渡。煤机至机头机尾时利用4架的距离将采高由6.8m过渡至6.0m, 然后在机头机尾过渡架处将采高由6.0m垂直过渡至顺槽高度后与顺槽割透。22304工作面通过加长两端头过渡架的侧护板, 实现了两端头垂直过渡, 垂直过度后每刀煤多回收煤炭75.45t, 全工作面多回收43.32万t。
5.1.3 设备效益
7m大采高综采工作面配套的ZY18000/32/70型液压支架工作阻力由6.3m支架的10800kN提升到了18000kN, 工作面及两顺槽顶板维护效果较好, 来压期间的漏顶次数和程度有了明显减少和降低, 上下两顺槽超前维护区域内的巷帮稳定性较以前有了明显提高。支架护帮板分为三级, 既提高了护帮板的灵活度和适应性, 又增大了支护面积。另外, ZY18000/32/70型液压支架增设了伸缩梁和底调油缸, 在控制漏顶、调整架形、处理咬架等方面提供了更加简洁有效的途径。
5.1.4 经济效益
工作面回采率提高到95.54%。以22304工作面计算其经济效益, 22304工作面推进长度为4881.5m, 工作面使用7m支架后, 实现经济效益:
4881.5÷0.865×235×331.03 =43892万元
(22304工作面推进长度4881.5米, 截深0.865米, 每刀煤比6.3米采高多回收原煤235吨, 原煤售价331.03元/吨)
5.2 推广意义及适用条件
5.2.1 7m大采高推广的意义
7m大采高综采工作面在神东矿区补连塔煤矿、上湾煤矿和大柳塔煤矿生产实践的成功, 为厚煤层及特厚煤层开采开拓了崭新的途径, 提供了宝贵经验和指导。
大采高综采工作面一次采全高, 既提高了回采率, 又减少了采空区遗煤, 降低了采空区自燃等煤矿衍生灾害, 保护了地层环境, 节省了治理费用。回采期间降低了因采空区遗煤氧化而引发的有毒有害气体涌出的现象, 保证了回采的安全。
与分层开采相比, 大采高一次采全高综采工作面大大降低了回采巷道掘进率, 减少了巷道支护费用及采空区注浆、铺网等回采材料费用, 降低了顶板管理难度。在特厚煤层开采中, 采用7m等大采高回采技术, 可减少分层数目, 提高生产效率和效益。
7m大采高综采工作面配套的大功率设备阻力大、强度高、能耗低, 吨煤成本低。工作面矿压显现规律性强, 顶板、煤壁支护到位, 且随着工作面的推进, 所有设备基本实现自移, 提高了生产效率, 减轻了劳动强度, 保证了作业安全。
5.2.2 7m大采高推广的适宜条件
1.工作面煤层厚度在6.3～7.5m之间。
煤层厚度达不到要求, 7m支架不能发挥其优势;煤层厚度过厚的, 回采率不能达到预期效果。
2.煤层倾角不宜大于6°。
大采高工作面设备属于重型设备, 煤层倾角过大时, 大型设备的推移以及回撤搬运都存在困难, 并且在工作面推进过程中, 设备受到阻力加大, 支架推移刮板输送机速度迟缓。
3.煤层稳定, 煤层赋存条件简单, 不适宜布置在底板为软岩的地质条件下。
厚煤层开采 篇8
1 灾害影响
2005年以后,耿村煤矿被鉴定为高瓦斯矿井瓦斯涌出量逐年增加(图1)。
随着矿井深部开采,现在回采的工作面最大瓦斯绝对涌出量达30 m3/min。为治理好瓦斯,需要在原来用的高位钻孔、上隅角插埋管抽放方式的基础上改进抽放方式,提高瓦斯抽放效率,降低上隅角及回风流瓦斯浓度。
2 高抽巷抽采瓦斯机理
根据采动裂隙中瓦斯运移的形态,即升浮一扩散理论,得知在采动裂隙上部离层裂隙发育区漂浮并聚集了大量的瓦斯,在其周边(层面上呈现的椭圆形圈)破断裂隙发育区内则有大量的游离瓦斯运移,如将高抽巷置于采动裂隙椭抛带,并有较大的空间,当采动导致覆岩变形垮落后,邻近层及围岩内的原有瓦斯平衡被破坏[1]。由此解吸出的瓦斯沿采动裂隙向采空区流动,高抽巷通过抽采采空区顶板裂隙及垮落带内积存的高浓度瓦斯,切断上邻近层瓦斯涌向工作面通道,对采空区下部瓦斯起到拉动作用,从而减少工作面瓦斯涌出,控制上隅角瓦斯积聚。高抽巷平面布置及沿走向、倾向层位如图2—图4所示。
3 高位抽放巷位置确定
耿村煤矿自2009年开始施工工作面顶板高位瓦斯抽放巷以来,已累计设计施工了12条高位抽放巷,但是高位抽放巷在不同工作面、不同煤层厚度情况下抽放效果并不一致,抽采浓度较高的抽放巷浓度最大达20%,最低仅6%,同时顶板高抽巷的抽放效果还与综放工作面后部放煤情况关系密切。
以耿村煤矿13190工作面布置施工高位瓦斯抽放巷情况为例分析,确定最终高抽巷在特厚煤层开采情况下的位置。
3.1 工作面概况
13190工作面位于东三2-3煤采区东翼,北侧为已开采的(2-3) 13170综放工作面,西邻(2-3) 12200综掘工作面,南部为未开采的2-3煤实体。工作面采用走向长壁式布置,胶带运输巷标高+46.996～+64.812 m,回风巷标高+85.592～+99.906 m。工作面走向总长940 m,工作面切眼长205 m,煤层倾角10°～14°。煤层平均厚为14.2 m。工作面工业储量275.2万t,可采储量233.9万t,采出率85%。工作面采用走向长壁采煤法,综采放顶煤工艺,一次采全高,全部垮落法控制顶板。该工作面于2009年12月开始生产,2011年6月初工作面回采结束,并于201 1年7月20日回风巷封闭结束。
3.2 高位抽放巷布置情况
该面最初采用低位钻场高位钻场、上隅角插埋管、高位长距离水平钻孔抽放。2010年9月开始使用第1条高位瓦斯抽放巷距切眼260 m,抽放巷内错回风巷15 m,距煤层顶板15～23 m。2010年12月第1条高位抽放巷报废,使用第2条高抽巷(距第1条高抽巷330 m),高抽放巷内错回风巷15 m,距煤层顶板20～33 m。
3.3 抽放瓦斯效果分析
1#高位抽放巷2010年9月开始投入使用,12月报废。其中,11月瓦斯抽放浓度最高(10.4%),当月高抽巷距煤层顶板21 m,回采高度14.4 m;9月瓦斯抽放浓度最低(7.5%),当月高抽巷距煤层顶板20 m,回采高度13.6 m(图5)。
2#高位抽放巷2010年12月开始投入使用,2011年6月报废。其中:3月瓦斯抽放浓度最高(23.9%),当月高抽巷距煤层顶板31 m,回采高度14.8 m;5月瓦斯抽放浓度最低(10.7%),当月高抽巷距煤层顶板25 m,回采高度15.1 m(图6)。
由图5、图6可以看出:①高抽巷抽放浓度与高抽巷距顶板高度明显呈耦合关系,随着高抽巷距煤层顶板高度增加,瓦斯抽放浓度增加,特别是2#高抽巷增加明显。②高抽巷抽放浓度与回采高度有一定耦合关系,1#高抽巷2010年10—11月高抽巷位置降低,本应降低的抽放浓度却提高了,与当月采高明显增加应有直接关系。
4 高位瓦斯抽放巷防灭火设计
由于耿村煤矿开采易自燃煤层,高位瓦斯抽放巷抽放以后采空区漏风量增大,导致高抽巷下部遗煤容易自燃,为此在增加高位抽放巷的同时,必须考虑防火设计,降低采空区自然发火概率。
4.1 高位瓦斯抽放巷密闭及管路敷设要求
耿村煤矿高位抽放巷采用的防火手段有:①采用封闭式抽放,在高抽巷口建造密闭墙。②增加防火管路,采用随采随抽随灌浆的形式进行管理。在高抽巷开口拐弯处3 m建造永久密闭墙进行封闭。密闭墙处及前后10 m喷浆,杜绝漏气,喷厚不少于200 mm,喷浆前墙体周围杂物要清理干净,周围铁丝网要处理至见硬顶硬帮,然后喷浆,喷浆后开始建墙。在高抽巷内建3道密闭墙,全部使用240 mm砖墙,外道距巷口3 m,下一道距外口5 m,2道墙中间用黄土充填;最后一道距外口8 m,两墙相距3 m,中间用钢筋混凝土充填。墙建好后,对砖墙及墙前1 m复喷,杜绝漏风。高抽巷密闭情况如图7所示。
高位抽放巷内敷设2趟∅500 mm的抽放管,其中1趟超过密闭墙5 m,管路头留花管4 m;另一趟超出密闭墙15 m,管路头留花管4m,抽放管位于密闭墙2/3高处,密闭墙以里的抽放管采用水泥轨枕垛加以保护,管路沿巷顶引出,2#高抽巷管路布置如图8所示。
高抽巷内全长敷设2趟玻璃钢管防火管。敷设1趟∅76 mm钢管,铺至高抽巷平巷以里5 m,并构筑挡水设施(即打1道底坎,高0.5 m),管路接通后要进行通水试验,只有管路畅通才可打密闭墙。全长敷设的管路用于工作面回采期间的随采随灌,随着工作面回采垮落,玻璃钢管会在采空区垮落处断裂,浇灌架后遗煤。∅76 mm钢管是备用防火管,主要用于全长敷设的灌浆管路由于动压影响被压实而不能灌浆时,使用备用管路能够保证灌浆。
敷设1趟∅38 mm钢管做瓦斯浓度测定管,当巷道内瓦斯浓度超过3%时可考虑进行抽放。钢管位于密闭墙顶部,距顶0.7 m。放水孔在密闭墙下部距地板0.5 m处,安设∅38 mm钢管做放水管。
4.2 高抽巷防火设计效果分析
13190工作面采用高位瓦斯抽放巷以后,瓦斯抽放的同时将采空区内煤体缓慢氧化过程中出现的CO随抽放管路抽出,以往分布在上隅角的5×10-6CO也随之消除。
由于采用了灌浆防火管对采空区进行灌浆防火,使工作面高位抽放巷以下20 m范围内的综采支架后部煤体全部湿润,有效杜绝了采空区的自然发火。抽放管路内气体分析显示,CO浓度控制在100×10-6以下时,没有乙烯、乙炔等预报煤炭自燃状况的指标气体出现。
5 结语
结合瓦斯抽采机理及现场实测数据分析,耿村煤矿煤层厚度16 m,工作面采高在15 m以上时,高位瓦斯抽放巷设计高度在煤层顶板30 m以上时瓦斯抽放效果较好,抽放瓦斯浓度较高,进而确定煤层顶板裂隙发育在2.5倍采高以上。耿村煤矿在高位瓦斯抽放巷中应用防火设计,使后期抽放过程中采空区自然发火得到有效控制的经验,对同类型的高瓦斯、自然发火共存矿井有实际借鉴意义。
摘要：耿村煤矿属高瓦斯矿井,煤层具有自然发火的特点,且存在随着开采深度的增加、煤层瓦斯含量逐渐升高的问题。通过对高位抽放巷机理及现场使用数据分析,明确高抽巷的位置布局,并根据煤层易自燃的特点,对高抽巷采取了封闭式抽放、增加防火管路的优化设计,在实现治理瓦斯的同时防止了采空区自燃。
关键词：高瓦斯,易自燃煤层,高位瓦斯抽放巷
参考文献
厚煤层开采 篇9
关键词：煤矿综采,技术,装备,厚煤层
为了解决厚煤层在开采过程中产生的资源浪费问题, 实现煤矿的高效安全开采, 本文将对目前我国综采技术的工艺与设备做简要介绍, 分析目前于厚煤层开采应用的几种采煤技术的适用条件及优缺点。
1 顶煤弱化技术于厚煤层开采的应用
放顶煤是解决开采特厚煤层及厚煤层的重要技术之一, 放顶煤能够实现一次全厚开采, 进而达到提高煤炭的回采率, 减少材料的消耗量, 有效解决了自然发火的问题, 达到高效高产效果。不过目前放顶煤开采还有许多难题没有解决, 例如放顶煤的厚煤层开采中提高顶煤冒放性, 就是一个还需长期研究的难题。坚硬顶煤的预先弱化技术的思路是, 根据顶煤的破坏过程的特点和基本规律, 在支承的压力作用前, 运用爆破的技术手段事先降低顶煤整体的完整性, 改变顶煤整体的结构和其整体的力学性质, 破坏顶煤的抵抗外力, 预先降低顶煤的整体强度, 充分利用和发挥支架反复支撑和支承压力的破煤效果, 让预先弱化的作用、支架反复支撑的作用和支承压力的作用相互配合协调, 实现有效地控制顶煤最终的破碎程度和垮冒特征, 达到降低顶煤的顶板传递活动压力能力的结果。顶煤弱化技术中, 一般条件下的弱化措施是直接作用在部分的顶煤, 而不是全部顶煤。预先弱化是将顶煤最终的破碎程度和垮冒特征满足顶煤的放出条件为目的的, 在预先弱化技术中利用和发挥好矿山的压力是至关重要的。
2 放顶煤液压支架技术
我国存在很多复杂地质的难开采煤层, 其开采普遍存在着效益差、机械化水平不高、安全性能差等缺点。近年来为解决这些地质情况复杂的煤层开采及厚煤层使用综采技术时遇到的难题, 研制及开发利用了一批新型的轻放支架, 在实际生产中取得了很好的效果。该技术装备主要是通过研究岩石的力学特性、运动规律与状态变化, 以及支架的系统机构、受力分析、运动形态分析, 运用虚拟现实的技术研究支架的结构、机构、受力变形、装配与制造间隙等变化状态、破裂、运动的影响情况, 得出全新的综采场围岩同支架关系, 从而设计出的支架不仅有支撑顶板的功能, 还能有效控制顶煤同其围岩。放顶煤液压支架技术的主要结构特点是, 支架有整体的顶梁、内伸缩梁、长侧护板结构, 全封闭式的端面顶板, 单铰接机构的后部支架。在放煤作业时, 放煤后部同过煤的空间不随采高变化以及顶梁的工作状态的改变而改变, 支架后部的掩护梁设为折线弯曲形状计能减少对破碎顶板与破碎顶煤间煤岩的分界面扰动, 降低顶煤在放出时所含的矸量以及提高煤矿的回收率, 用有双伸缩效果的后柱支架, 能够有效调节顶梁的工作状态, 保持和相邻支架构成的封闭顶板, 紧凑的支架结构, 总体同部件的尺寸较小, 相对重量轻, 低成本制造, 利于运输、安装, 且能起到较高强度支护作用。
3 减沉注浆技术于厚煤层中的应用
减沉注浆技术的原理是利用地下煤层被采出后, 覆盖着的岩层部分形成自然垮落的冒落带, 部分则形成弯曲下沉的离层带。开采煤矿之时会形成地下空间, 产生的地下空间破坏了岩体的原始平衡状态。如能在岩层移动过程中及时填充这一空间, 就可阻断岩层继续向上发展至地表, 便可控制和减小因地表自然下沉所带来的危害。减沉注浆的主要机理可开阔为以下几种:
第一是支撑作用。通过地面钻孔来向覆岩离层空间高压注入混合浆液, 用水把填充物输送至离层带, 然后脱水时填充物沉淀, 体积和密实度不断增加, 支撑上覆岩层, 阻止其下沉弯曲, 控制好最大离层位置向上继续发展。
第二, 压实作用。注入进离层带的高压浆液作用于四周岩体, 挤压其下部岩体, 让岩层在向上移动过程中所形成的裂隙和空隙被压实, 在设计注浆层位置形成更大的注浆空间, 由此便可更充分地对岩层进行填充, 减小二次降沉, 提高降沉效果。
第三便是控制还有减缓地表破坏程度。实施减沉注浆技术不仅可以减小因开采产生的地表降沉和变形等影响, 还能够一定程度的降低降沉速度, 让地表下沉速度减慢, 从而减少开采厚煤层时所带来的不必要的损失。经过在我国抚顺、大屯、充州等地对减沉注浆技术的工业性实验结果表明, 采用了减沉注浆技术的地表下沉率仅为36%-65%。
每个煤层的覆岩结构特征均不相同, 存在不同厚度和硬度的岩层, 其所具备的工作面各地质采矿条件也不相同, 所以在对煤矿实施减沉注浆技术之时, 应对煤层做出分析, 以便能够合理地选择注浆参数, 让减沉注浆技术发挥最大作用。
4 厚煤层综采设备应用及研制
开采厚煤层主要有分层机械化综合采煤法、放顶煤机械化综合采煤法以及一次采全高厚煤层机械化综合采煤法几种。采用分层式的垮落采煤工艺比较复杂, 掘进率较高, 不过网下的开采, 顶板容易破碎, 出口处很难维护。使用放顶煤的开采方法, 回采率较低、煤尘大、会产生自然发火的情况, 同时工作面的瓦斯涌出量多, 会造成局部积聚。如今厚煤层的开采多选用一次采全高机械化综合开采, 不过大采高的全厚开采落差大, 使得工作面空间维护量大, 顶板容易冒顶, 煤壁易片。更为重要的是全厚开采技术的机械化设备的配套技术目前在国内还不是很成熟, 尤其是地质条件较复杂的厚煤层, 压力大、断层多, 开采的回采率和安全程度低等情况, 制约着该开采技术的使用效能。所以, 厚煤层综采设备技术是一项函待解决的难题。
就目前国内的条件来看, 综采设备应达到下面几点要求。
(1) 就各高效高产工作面的生产情况来看, 综采装备最为关键的就是采煤机, 采煤机是决定生产能力的重要环节, 它应该可以使长壁的工作面生产效率和能力得到进一步的提高, 采用遥控操作采煤机, 开采可以满足2.5至5.3米的采高需求, 它的上方应该设置45度的挡煤板。
(2) 为了达到采煤机的截割要求深度, 应该增加支架的顶梁长度, 来维护工作面的顶板, 避免冒顶。液压支架应设置护帮装置, 且护帮高度要大于800mm, 必要的时候可设二级护帮, 其最大的护帮高度可达2.2米以上。遥控操作液压支架, 于支架后侧安置抬高行人通道, 支架可适应2.5至5.3m的高度变化。
(3) 刮板输送机的牵引方式和外型尺寸应同采煤机匹配, 且输送机的长度和工作面的长度要一致, 刮板输送机应安置侧帮挡板, 其运输能力要与采煤机的工作能力相适应。
结语
在开采结构复杂、厚度大的煤层时, 综放开采发挥利用了各种先进的技术手段, 确保了工作面生产安全, 大大提高了煤炭的采出率, 实现了高效安全生产, 为今后类似情况的开采提供了宝贵的技术经验。因此加大研究及开发新型的综采技术及设备, 不管是从理论的角度还是从煤矿的安全生产角度来讲都有很高的社会效益及经济效益。
参考文献
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