边角煤工作面

边角煤工作面（共7篇）

边角煤工作面 篇1

0 引言

在现代化煤矿推行大型综合机械化开采和布置综采布局带来开采方便的同时, 也容易在采区留下各种残余块段和不规则小型煤柱, 通常称之为工作面边角煤[1]。边角煤虽然块段较小, 但每个块段煤量多则上万吨, 少则几百吨, 若不开采必然会带来极大的煤损率[2,3]。然而, 边角煤的开采受地质条件、采煤技术水平的影响且在回采边角煤时往往还要承受支护困难、矿压强烈的影响。本着提高煤炭回采率、提高矿井经济效益的目的, 有必要对边角煤的开采工艺进行研究。

1 边角煤的形成与特征

边角煤的形成无外乎受到开采技术和地质条件的影响, 根据实际调查研究认为, 边角煤的形成主要来自3个方面:

a) 为了安全开采, 矿井在设计时留下了各种保安煤柱;

b) 在进行工作面布置时, 为避免受到断层、陷落柱等地质构造的影响, 最终留下了不容易开采的边角煤;

c) 工作面按照常规方式布置, 工作面回采巷道与开切眼直交形成边外三角形边角煤。

边角煤的开采不同于常规工作面, 相比于常规工作面煤层, 边角煤赋存条件相对复杂, 且容易受地质条件和开采技术的影响。通过多年的边角煤开采实践, 认为边角煤的开采主要有几个特点:

a) 边角煤块状呈不规则形, 最常见的边角煤为三角形和梯形, 正是因其赋存成不同块状, 故在开采时往往难以适应大型综采设备;

b) 由于受地质构造影响, 边角煤的煤层厚度变化系数更高, 故在应用常规方式开采时往往效果不佳, 且开采极易受到断层、冲刷带等地质条件影响;

c) 边角煤附近的矿山压力显现一般比较剧烈, 顶板因受周边煤层开采的影响趋于不稳定, 同时易受到瓦斯、水、煤尘等自然灾害的威胁, 故在开采边角煤时存在更多的不安全和不确定性。

2 边角煤的主要开采方法原则和工艺

2.1 边角煤开采方法

根据边角煤赋存状态, 国内外开采边角煤形成几种不同的方法。对于煤层较厚的边角煤, 一般采取轻型支架进行放顶煤开采、网格支架放顶煤开采和滑移支架放顶煤开采、分层开采等。其中放顶煤开采已成为国内外厚煤层边角煤开采的主要方法;网格和滑移支架放顶煤开采方式往往只是作为开采边角煤的技术补充, 适应的条件和开采技术限制性较强;分层开采往往因条件限制, 操作复杂, 安全措施费繁杂, 在开采时费时费力而效果不佳, 现在逐渐已被淘汰。对于厚度较小的边角煤开采可根据边角煤工作面实际情况采用炮采和普采工艺, 但开采时要注意制定严密的开采规程和开采措施。对于块段较小、储煤较少的边角煤工作面, 往往难以运用壁式开采方式, 这时可采用穿采方式开采, 在穿采时要紧密注视支护情况, 只有搞好支护, 才能完成穿采工作。

2.2 边角煤开采遵循的原则

鉴于边角煤的赋存条件和储煤量, 要考虑到开采经济效益, 即在开采时要合理衡量成本与利润。边角煤开采的原则主要是做到少投入多产出、经济合理、安全保障。在开采边角煤时要对所要开采的边角煤工作面煤层赋存条件和工作面特点做好充分的调研和论证, 同时要结合实际情况选择科学合理的开采方法并进行设计方案的制定。在开采实践中, 要因地制宜, 尽可能投入最低的成本来回采更多的煤炭资源, 边角煤工作面配套设备要做到简单、轻便、易于操作、搬迁灵活等, 尽量减少开采过程中增减设备和搬家倒面的次数。

2.3 边角煤开采工艺

常规的边角煤开采要注重选择回采巷道的布置方式, 这是因为边角煤回采时周围的煤层已经回采, 使得边角煤工作面矿山压力显现往往比较剧烈, 同时边角煤工作面顶板破碎, 在开采时承压较大, 因此要科学合理地选择工作面回采巷道的布置。在边角煤工作面的支护问题上也要遵循一定的原则, 做到工作面“支架—围岩”受力均衡, 巷道支护时尽量采用让压原则, 以释放工作面围岩储存的能量, 控制工作面围岩变形的发生。常规性的边角煤开采工艺根据所采用的边角煤开采方法而设计, 尽管采取了很多手段和措施, 但在开采中往往存在各种开采问题。鉴于边角煤的开采现状和存在的问题, 有学者有针对性地提出边角煤“弧形”工作面开采工艺[4]。该边角煤开采工艺主要是沿着工作面边界回采巷道挖掘数个支架边窝, 采用取消工作面端头架, 简化机头布置的设备布置方式, 实现工作面快速增添和减少支架的目的。该方案经过实践论证, 表明除了可方便增删支架、加快推进速度外, 还简化了操作工艺, 大幅度减少工人劳动强度, 提高了工作面工作人员的工作效率。

3 辅助措施和建议

科学合理的辅助措施是保障边角煤工作面安全高效开采的重要基础。根据笔者多年的工作经验, 认为主要可从以下几个方面制定辅助措施来保障边角煤工作面的安全回采:

a) 加强边角煤工作面的顶板管理, 严格按照支架操作要求和工作面实际情况进行移架, 支架要有足够的初撑力, 及时更换不合格和存在故障的支架;

b) 注重边角煤工作面的矿压观测工作, 掌握工作面矿山压力显现规律, 在工作面矿山压力显现异常时, 要保证活柱有足够的可缩量, 合理控制采高, 加快工作面推进速度, 支架尽量擦顶带压前移, 避免出现死架现象发生;

c) 过地质构造带前要探明地质构造带的具体情况, 制定专门的过构造带措施, 加强顶板管理;

d) 制定专门的防排水、通风专项措施, 切实按照规程措施进行回采边角煤工作面;

e) 对于开采承压较大的边角煤工作面, 可采用金属锚杆—锚索—网片联合支护进行回采巷道控制, 对于变形量较大的巷道可采用U型钢可伸缩性支架进行二次支护;条件允许的边角煤工作面控制底鼓可采用底板锚固和打反拱, 使巷道围岩形成1个稳定可靠的完整承载圈;

f) 尽量提高边角煤的回采率, 在回采煤柱时要在保证煤柱起到隔离作用的前提下尽量减少煤柱尺寸。

4 结语

近年来, 随着综合机械化的大规模应用, 煤矿开采强度得到了大幅度提升, 煤炭资源的可采储量急剧下降。井下存在的边角煤往往储有大量煤炭, 但其开采难度较大、工艺复杂, 因此如何回收边角煤便成了摆在煤矿决策者前面的一道难题。分析阐述了煤矿井下边角煤形成的原因和特点, 并给出了常规的开采方法、遵循的原则和开采工艺, 最后针对边角煤开采存在的问题给出了一些合理性建议。

参考文献

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边角煤工作面 篇2

1 煤柱工作面分类

按照边角煤柱所处位置以及周围工作面回采情况, 将煤柱工作面大致分为3类:

(1) “孤岛型”。指煤柱四周均是采空区, 好似一块孤零零的“岛屿”。

(2) “半岛型”。指煤柱周围两面或三面靠采空区, 一面或两面为未采区, 形似“半岛”。

(3) “沦陷型”或“复采型”。对于厚煤层 (4.0 m以上) , 只开采了一分层 (上层或下层) , 剩余分层未开采, 现准备开采回收剩余分层, 形似“沦陷”或“复采”。

2 煤柱工作面的设计

2.1 煤炭地质储量核算

矿井开采过程中, 所留设的煤柱形状大多是不规则的, 煤柱所在地区多位于边角或构造附近, 煤层厚度不均匀, 赋存产状不稳定, 给储量计算造成一定困难。因此, 一般按等厚分区分块段分别计算, 然后合计。

核算储量前, 通过查阅地测资料, 走访知情人、老工程技术人员等, 把煤柱边界范围、煤层厚度、分层回采情况、周边采空区、当时采煤工艺及丢煤等情况调查清楚, 从而较为准确地计算出拟回收煤柱的煤炭储量, 为煤柱工作面巷道设计提供依据。

2.2 回采工艺选择和巷道设计布置

由于回收煤柱一般是一次性的, 所以对于2.0 m以上的中、厚煤层, 均采用一次采全高、放顶煤技术回收, 不再重掘巷道采下分层。

再者, 因为煤柱的不规则性, 工作面斜长往往变化大, 煤厚不均匀, 所以回采工艺一般采用炮采, 爆破落煤, 单体柱、∏型梁支护, 以适应工作面采长的较大变化, 也便于穿越老空老巷、断层等特殊地段。

考虑到煤柱回收, 按照“应收尽收”的原则, 在空间上, 煤柱回采段巷道均沿煤层底板布置;在平面上, 两巷一般沿煤柱边界进行沿空掘巷。但是基于出煤原因, 运输巷呈折线型, 回风巷较灵活, 曲、折线型均可。

设计煤柱工作面巷道, 尽量利用已有的进风巷、回风巷、岩石巷、集中巷、联络巷、车场、煤仓、翻煤硐室等旧巷道, 避免开掘新的辅助工程, 最大限度地降低成本, 增加有效投入。同时, 煤柱工作面必须形成独立的通风系统, 一般不宜与其他掘进工作面和回采工作面串联通风。不但回采期间如此, 巷道掘进期间, 也力争保持独立回风。

3 煤柱工作面灾害防治

3.1 顶板事故

由于煤柱工作面穿过的老空老巷较多, 甚至有的巷道本身就在采空区内掘进, 次生顶板或复合顶板情况复杂, 顶板较破碎, 支护难度大。因此必须加强采掘支护质量管理, 防止顶板事故发生。通常采取的安全措施是, 回采工作面切眼采用单体柱配∏型梁支护, 二梁五柱 (或六柱) , 棚距0.5~0.6 m, 两梁交替迈步前进。顶板铺塑带网护顶, 倾角较大的采面辅以倾向抬棚, 一梁二柱, 柱腿迎山有力。采面采空区侧用塑带网挡矸, 两巷从采面往外10 m范围内超前替棚, 10 m以外打点柱或走向抬棚进行超前支护。放顶煤工作面单体柱初撑力不低于40 kN, 班班检查, 及时补液。杜绝冒顶事故发生。

3.2 火灾事故

对于自然发火倾向性严重的矿井, 煤柱工作面防灭火工作不可放松。①巷道设计布置尽量避免穿越或少穿越老空老巷;②对于两巷巷道位于老空老巷的区段进行防火喷浆预处理;③加强CO、CH4等有害气体检查, 发现有CO或标志性气体出现异常要及时进行预处理;④合理调配工作面及其周围巷道系统的风量, 有效控制向采空区或老巷内的漏风;⑤注浆、注水管路及时敷设到位, 定期对老巷、采空区进行注水注浆防灭火处理。

3.3 水灾事故

煤柱工作面穿越采空区或其上部的老空老巷可能存有老空水, 因此掘进前必须进行探放水。坚持“先探后掘、长探短掘、不探不掘”的防治水原则, 巷道施工前必须探明和确定老空区的积水情况, 能够提前疏放水的必须提前疏放水, 无法提前疏放的在确保安全的前提下进行边掘边疏放, 同时备好排水设备和管路, 保证有充足的排水能力。疏放水完毕后, 要对煤柱工作面及其周围巷道区域的积水情况进行安全技术评价, 做到防患于未然。

相对而言, 煤柱工作面一般瓦斯涌出量都比较小, 但也必须加强通风和机电日常管理, 确保矿井安全生产。

4 开采实践

从2000年以来, 应用上述煤柱开采技术, 五矿陆续回采了3204南等14个煤柱工作面, 累计回收煤炭99.15万t, 延长了矿井寿命, 促进了安全生产。其详情见表1。

5 结语

边角煤工作面 篇3

边角煤工作面在大小、形状、巷道布置及生产系统方面与一般工作面不同, 由于边角煤工作面大部分是一般工作面设计时考虑断层等地质因素而不易开采的遗留部分, 故边角煤工作面通常距离断层等复杂地质构造区较近, 加之工作面尺寸较小, 煤柱效应明显, 边角煤区域应力集中程度往往较高, 因此, 边角煤工作面较一般工作面而言, 巷道围岩稳定性较差, 冲击矿压事故发生的可能性也较大。

1 B4322工作面基本情况

该工作面地面位于工业广场以西、护驾营村西南方向。在工作面地面上方为农田, 回采后将引起地面沉降。B4322工作面位于B4320南部 (已回采) , 西部为4322综放工作面 (已回采) , 东靠护驾营村庄保护煤柱, 设计停采线与B4320综放工作面停采线平齐。开采-350水平, 地面标高+45.5~+47.8, 平均+46.6m, 工作面标高-293~-352m, 埋藏深度为338.5~399.8m。煤层倾角0~14°, 平均6.5°。煤层结构复杂, 在距顶板2.8~3.0m发育一厚0.03m左右泥岩夹矸。煤层厚度一般在10.3~6.7m, 平均8.78m, 普氏硬度f=2.3。其中工作面具体布置情况如下图1所示。

2 B4322工作面围岩应力分布及演化规律模拟研究

2.1 B4322工作面模型的建立

根据B4322工作面的综合地质柱状图及该工作面布置平面图, 用FLAC3D数值模拟软件, 建立了该工作面回采的FLAC3D模型[2]。根据综放工作面具体情况建的模型图如下图2所示, 其中共创建了17652个单元、205979个网格节点。

B4322模型倾斜长度为650m, 宽度为352m, 模型高度为106.4m, 整个模型的垂直深度为480m, 模型顶部上覆岩层的重量为12MPa, 模型的前、后、左、右、底各面均采用固支方式。

2.2 围岩应力分布及演化规律研究

本次主要是模拟B4322工作面受B4320采空区及左侧采空区影响的应力分布规律, 以确定B4322工作面采场和巷道相关区的应力分布及演化状况, 确定B4322高应力区域的大小及其对巷道稳定性的影响。其中在B4322巷道形成后, 工作面还未回采的应力大小如下图3所示。

由图3可以看出, B4322工作面在巷道形成后, 由于受临近采空区的影响作用, 在工作面切眼左侧形成了一定的应力集中, 其应力大小为37Mpa, 是原岩应力的3.1倍。同时, 由于工作面左侧采空区的存在, 造成B4322上顺槽压力值相对下顺槽整体相对偏大, 存在一定的应力集中现象, 也造成左侧采空区残留煤柱处于很大的应力水平, 其最大值约为60Mpa, 是原岩应力的5倍。下图4为B4322工作面从工作面推进40m, 其煤层底板的应力状态图。

2.3 B4322工作面开采过程中的应力变化和分布特征

通过对B4322工作面围岩应力分布及演化规律模拟研究, 可得出以下结论:

(1) B4322工作面在巷道形成后, 受B4320工作面采空区的影响, 在工作面切眼左侧形成了一定的应力集中水平, 其应力大小为37Mpa, 是原岩应力的3.1倍。同时B4322上顺槽压力值相对下顺槽整体偏大, 存在一定的应力集中现象, 采空区残留煤柱处于很大的应力水平, 其最大值约为60Mpa, 是原岩应力的5倍。

(2) B4322工作面由于受工作面前方拐角煤柱、采空区、残存煤柱及的影响作用, 随着工作面的逐步推进, 在B4322工作面切眼到左侧残留煤柱区域的上顺槽形成很大的应力集中水平, 同时工作面左侧应力水平相对右侧较高。

(3) 通过对边角煤工作面围岩应力分布及演化规律的数值模拟可知, 工作面存在不同程度的应力集中现象, 因此, 工作面生产过程中仍需加强临近采空区、断层、工作面超前支承压力、残留煤柱等的影响区监测和防治。

3 B4322边角煤工作面冲击矿压综合防治技术

为防治B4322边角煤工作面矿压冲击事故灾害, 在采煤面超前支护应力影响范围内应保证超前工作支护, 在工作面巷道帮提前使用直径大的钻孔进行预卸压, 对于采用钻屑法预测超过指标临界值的区域需要采用卸压解除危险, 卸压方法主要采用大直径钻孔技术、煤层注水技术和卸压爆破技术, 在应力高的区域优先选用大直径钻孔卸压技术, 如果条件允许也可采用煤层注水技术。

3.1 超前支护

B4322工作面超前支承应力影响范围内, 煤岩体承受较大的静载荷, 具有较高的冲击危险性, 可采用超前支护技术, 上下顺槽出口超前支护距离L≥60m。上下巷道均使用工字钢和单体支柱配合使用加强支护。所有支立的单体支架必须坚固有力, 达到支撑力, 走向方向采用成线穿绳联锁布置。两巷支护高度H≥2.3m, 行人通道宽度L≥0.7m, 上下巷道变形严重的地方应及时维修改造, 保证巷道必需的通风断面和畅通的安全出口, 保证生产安全。进、回风巷两帮鼓帮变形时, 单体支柱侧向会增加受力, 必须及时改柱, 防止支柱折断或支柱失去支护作用危及生产安全。

3.2 大直径钻孔卸压

对于采用电磁辐射技术预测异常, 且钻屑监测数值达到或超过临界值的位置, 应该在该区域前后各50m左右的范围采用大直径钻孔卸压, 在回采工作面上或巷道两帮打直径100mm以上, 孔深10~50m的卸压孔时, 间距范围1.5~2.0m, 钻孔应布置在采高中部, 和煤壁垂直布置。在掘进工作面采用此技术时, 按每10m2断面布置一个卸压钻孔, 在断面的中心位置布置打孔, 方向要平行于煤壁或按规定的方向布置。

3.3 煤层注水

该技术是向煤层实体注水, 利用压力水的物理化学作用, 湿润煤体, 降低强度, 降低煤层的冲击危险性, 使高应力区转移向煤体深部, 将煤层内可以逆转的弹性能转变为不可逆转的塑性能, 从而达到降低危险的作用, 同时还可以起到降尘目的。在工作面B4322开采之前, 在工作面进、回风巷侧煤壁内进行压力注水, 提前软化煤体, 减少冲击倾向性, 提高诱发冲击的条件, 注水时长保持为3个月。

3.4 卸压爆破

经过大直径钻孔卸压后采用钻屑监测或电磁辐射技术判断仍处于高应力的区域, 可以采用煤层卸压爆破技术处理。卸压爆破布置在异常区的60m范围内, 爆破孔间距为20m, 采用煤电钻机或者风动钻机, 麻花钻杆配合mm钻头进行施工钻孔, 深度控制在10~15m, 和煤壁垂直布置。在B4322工作面煤壁前方的煤体, 在利用大直径钻孔卸压后经钻屑监测或电磁辐射技术预测仍为高应力时, 也可利用爆破卸压技术, 爆破区域为工作面前方100m左右的位置。在使用煤体卸压爆破等技术解除危险后, 可通过钻屑法进行效果检验, 根据对比爆破前后的钻屑量来判断是否解除了冲击危险性, 若依然存在危险, 则继续在原来的钻孔之间进行爆破, 然后再检验效果, 直到解除危险为止。

4 小结

(1) 通过模拟、分析研究得出拐角煤柱区、断层、临近采空区、残留煤柱、工作面超前支承压力影响区是B4322边角煤工作面冲击危险的主要影响因素, 这些因素综合影响的区域是重点冲击危险区域。因此对冲击危险区域应加强监测, 对于形成的高应力状态要及时卸压, 防止冲击的发生;

(2) 采用超前支护、大直径钻孔卸压、煤层注水和卸压爆破措施等措施防治冲击矿压具有显著的效果, 为B4322边角煤工作面的安全回采提供了保障。

摘要：为了解决B4322边角煤工作面巷道围岩稳定性较差、冲击矿压事故发生的可能性大的现象, 通过对兴隆庄煤矿B4322边角煤工作面围岩应力及演化规律进行模拟研究, 总结了工作面在开采过程中应力变化规律和分布特征, 提出了B4322边角煤工作面冲击矿压的综合防治技术, 保障了工作面的安全回采, 对煤矿安全生产具有重要意义。

关键词：边角煤工作面,数值模拟,冲击矿压,综合防治技术

参考文献

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煤矿边角煤开采技术的应用 篇4

某煤矿由于地质原因和当前开采技术条件的限制, 再加上压煤所造成的影响, 在对长壁工作面进行开采时产生了39个形状不规则的边角煤块段, 尤其出现在断层、采区边界和采区上下山附近。可采储量为1274万t。如果能及时将这些边角煤开采出来, 就可以节省一笔不小的费用。

2 煤矿边角煤产生原因

针对该矿区的边角煤进行分析, 其产生原因有四点。一是由于私采乱挖现象导致形成大量边角煤, 这是最主要原因。私采乱挖使用的技术手段的机械化程度不高, 易产生大量、大面积的边角煤。因此, 进行边角煤回采时, 要先从这些地方着手;二是工作面正规布置方式的原因。切眼与顺槽直交的切块方式会产生小面积的边外三角煤;三是由于地质构造影响了工作面的布置, 在一些复杂地段形成一定数量的边角煤;四是在矿井煤柱和采区煤柱等周围形成了边角煤。

3 煤矿边角煤开采技术应用

3.1 采煤特征

由于边角煤存在的条件较为复杂, 一般表现为如下特征: (1) 由于受到地质因素如冲刷层、断层的较大影响, 煤层厚度的无规律性变化, 导致现有的工艺回采设备并不能完全地适应厚度无规律性较大的变化; (2) 边角煤产生的形状导致开采的困难, 一般存在树叶形、三角形以及梯形等不规则形状; (3) 采煤的地质条件较为复杂。存留的边角煤均受到地质环境的影响, 如一些断层带, 开采顶板并不完整, 破碎化程度加剧的同时也增加了采煤压力, 不仅增加了技术采煤的技术条件要求, 而且采煤的威胁也增加, 开采的技术性管理条件更加严格。

3.2 采煤原则

(1) 充分使用现有的生产系统, 以最低的投入进行集中生产, 确保实现安全; (2) 在正规工作面上进行回采前要先开采边角煤, 因为在正规工作面开切眼后会导致不能再采边角煤的情况; (3) 在边角煤开采前要进行调查研究, 根据每个边角煤块段的特点和具体情况, 找出最合理的开采方案; (4) 由于每个区域的具体情况不同, 因此对工作面的布置也会有差异, 而无论是什么布置形式, 都应该想尽办法回收更多的煤炭资源; (5) 开采边角煤的过程中, 经常要添加或减少相应的设备, 而且往往还会转移工作面, 这就要求其配套设备必须轻巧、简单、易移动。

3.3 采煤方式

目前能使用的采煤方式包括三种, 分别是:高落式巷柱采煤法、短壁式放顶煤开采、短壁式分层开采。应针对不同采煤方法的特点进行合理选择。高落式采煤法相对其他两种方式来说, 生产工艺相对要落后, 而且没有完善的通风系统, 安全也得不到保证, 回采率也不高;短壁式分层开采方式在高落式采煤法的基础上提高了回采率, 安全也得到了一定的保证, 然而这种方式有一系列复杂的工序, 而且生产集中化程度不高, 工作效率很差。而对于具有众多呆滞煤量的不同矿区应选择短壁式放顶煤开采方式进行开采。

3.4 工作面、巷道布置

3.4.1 工作面现状

一采区以下部分即1301综放工作面, 从西边开始向东回采, 倾斜宽为192.00m, 总长1608.12m, 3煤平均煤的厚度有9.1m, 结构相对比较复杂多样, 3煤上下层间夹矸石厚度有0.40~1.80m, 其硬度系数f=3-4。工作面切眼位于EF44正断层附近 (H=9.5m) , 会存在少量的煤炭损失, 为了减少损失, 通常会将工作面切眼沿着EF44断层进行布置, 如图1所示, 运输顺槽端头要设置在轨道顺槽端头前面51.5m的位置。

3.4.2 巷道布置情况

(1) 工作面配套设备。由于3煤上下煤层间的夹矸非常厚, 而且具有很高的硬度, 因此对工作面的主要配套设备都有很高的要求, 通常在工作面都会配备一些高产高效设备如SGZ-10001050刮板输送机。且由于轨道顺槽与工作面的切眼成75°的角度, 则工作面在进行采煤的过程中, 要进行调面工作。调面完成后, 要对切眼实施安装, 从机头开始, 要依次布置不同型号的支架, 注意安装时不能超出轨道的顺槽的两侧煤壁, 要考虑移动支架的可拆卸空间; (2) 切眼顶煤预裂应对措施。安装好工作面后, 要预先实行深孔爆破, 使顶煤破裂, 以便移架后顶煤可以掉落, 从而降低初放损失; (3) 采用的回采工艺。1301综放工作面的采煤工艺为综采放顶煤工艺。采煤机的割煤方式为端头斜切进刀。回采过程中, 需要使用该大斜刀进行机尾推进、机头不动的形式切割, 选择切割的过程中, 需要先定切割线。首先将切刀与工作面的刮板运送机进行垂直确定;其次, 再将距机尾依次为1/3、1/2、2/3的距离处进行样线定位。这样确定后才能进行边角煤的切割, 但对机头、机尾的使用要依据开采现场的情况来选择, 一般使用两峒机尾与1峒机头的形式来不断推进这样的切割循环。之后仍然是进行又一次的循环工作, 从调面开始, 这次的调面工作在使用上述操作的同时, 要依据支架的移动情况与运输机的移动方式来确定, 尽量避免出现“挤架”现象。另外还要采取相应措施对顶板进行支撑, 如使用护帮板进行护顶。开采过程中必不可少的一个过程是添加或减少支架。为了达到最好的效果, 在选用轻巧的设备的基础上还可以对工作面的形状进行一定的改变, 台阶状的工作面更加利于添减设备, 另外将皮带顺槽成直线布置, 尽可能不设置过度支架和端头支架, 更有助于快速、有效地添减设备。

3.5 特殊情况的有效应对

(1) 开采边角煤时必须要审时度势, 如果遇到一些特殊情况, 例如遇到相对复杂的地质构造, 很难通过的断层时, 又如遇到顶板压力突然增大的情况, 此时支撑点也出现严重损坏, 更有甚者是严重死架, 那么应及时将机器设备撤离, 重新寻找切眼; (2) 对一些难以布置工作面的区域应选择更合理的开采方式。例如开采少量、小面积的边角煤时应考虑采用高落式巷柱开采的方式进行开采, 另外在回采前需要进行充分周密的设计; (3) 回采极小的煤块时要在确保开采安全的同时, 使用分层仓房进行开采, 合理安排局扇通风。

4 结语

在开采边角煤的过程中需要根据采区的具体实际情况合理选择轻型支架放顶煤开采、短壁轻放开采和正规普通综放开采等方式, 从而提高边角煤回采率。

参考文献

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煤矿矿井边角煤的开采方法探讨 篇5

近几年来, 各个煤矿逐渐认识到呆滞的边角煤柱对今后开采可能会带来的难度, 甚至有可能会永远开采不出来, 给国家带来巨大的资源损失。煤矿资源需实现更高效率的开采, 提高煤矿的回收率, 才能给国家和企业带来更大的经济效益。

1 兴隆庄煤矿、立新煤矿的边角煤现状

兴隆庄煤矿是我国“六五”期间自行设计并建设的第一座年生产能力达300万吨的大型现代化矿井。近年来, 开采强度不断加大, 起初投产的采区生产将要结束, 然而在许多地方形成了大量的不规则边角煤, 如采区边界、采区上下山附近、断层、村庄保护煤柱及开采上限防水煤柱附近, 造成此现象的原因主要有长期的长壁综采、综放工作面开采以及地质、开采技术条件及村庄压煤的影响。而且随着矿井的进一步开采, 会有更多的残采煤柱和小块煤, 导致边角煤进一步增加。如果不能及时有效地开采出边角煤, 老矿区无法封闭, 那么就需要各种费用来维持, 而且会有一定的安全隐患, 不利于经济效益的提高和安全生产。

立新煤矿是个地方小型煤矿, 位于安徽铜陵市区往东4 km处, 其在50年代末就建设成了, 但是在1998年破产。立新煤矿矿井开采范围内, 有很多的区域是在六、七十年代采过的, 形成多处采空区, 其中也有很大的区域还没有开采。矿井恢复开采后, 采区开采布置正规工作面之后必然留下不规则的边角煤, 这些边角煤数量多, 煤炭储量可观, 边角煤的开采还是有很大的经济效益的。

2 边角煤自身所具有的特点分析

边角煤块段开采与正规综采、综放工作面开采相比有很大的区别。

1) 边角煤的开采基本上不能够像正规那样等长布置, 因为它的工作面短而且短距离变化大, 开采过程中要经常增减支架, 综采、综放设备很难在其中施展, 实现高效机械化非常难。

2) 在开采过程中, 每次只能开采很短的工作面, 回采的效率不高, 可采储量较少, 工作设备要经常撤除、搬家移面。

3) 边角煤各处都有, 而且它有不同的大小以及各种各样的形状。有许多不整齐的边角煤给开采工作面的布置带来一定的困难, 这些边角煤块边缘是一些不规则的形状, 使得巷道只能短距离布置。边角煤的工作面受到邻近的已采区或者地质破碎带的不安全因素影响大, 它的矿压和其他的正规工作面有很大的区别。

4) 边角煤绝大多数在断层、开切眼或者停采线附近, 被采空区、断层等包围, 周围的地质条件相对复杂, 断层、水、火及瓦斯等有害气体的威胁会对开采造成麻烦, 给工作面安全生产带来困难和问题。

3 边角煤的开采原则及开采方法

3.1 边角煤的开采原则

1) 用好现有的生产系统, 务必做到资本投入少、经济合理利用、安全有保障、管理和生产都能集中。

2) 在进行新的开采时, 工作面的开切眼边上就很有可能会出现以后没有办法开采的块段, 所以我们要设法先将边角煤开采出来, 然后再进行正规工作面的开采。

3) 在目前的开采系统下, 有些边角煤能够开采的, 就先做好计划并落实。

4) 仔细研究各个边角煤的块段存在的状况以及它们的特点, 开采之前要对煤矿的情况进行调研和认证, 要做到技术可行、安全有保障、经济效益合理, 研究并选择合适的开采方案, 提高回采率。

5) 由于煤矿的各种情况不同, 应当合理地布置不同的工作面, 才能有效地开采出煤炭资源。

6) 由于工作面较短且不规则, 尽量采用简单、轻便、灵活、易搬运工作面设备的开采方法, 适合其开采过程中添减设备及搬家移面。

3.2 边角煤的开采方法

1) 小型壁式工作面开采方法:对于一些大部分边角煤面积大、数量多的矿井, 可以布置许多个小壁式不规则工作面。工作面采用调采法, 但是此方法也有不足之处:在开采时工作面不能准确保证, 一端推进快使得工作面长度快速变化, 如果不进行适当的管理, 设备事故很可能发生。另外还有定长缩尾, 推进维护后出口法。

2) 穿采:在开采中会遇到许多区段面积小、储量少的边角煤, 构成不了壁式开采面, 此时, 就可以用掘进穿采的方式。根据软岩的特性, 即顶板会有可能破碎、其本身造成的压力大, 容易冒落, 在穿采过程中, 要时刻注意观察巷道顶底板和两帮的状态, 当出现安全状况时, 可以及时补救, 比如对棚距的加密、变形这段棚梁的修复, 穿好柱鞋等, 可以减少安全事故的发生。此方法经过立新煤矿十余年的实践, 只要加强穿采的技术管理, 并及时有效地采取措施, 采用穿采的方法回采边角煤, 效果是显著的。

3) 带采:受地质构造和设计影响, 靠工作面回风巷的一些区段小煤柱, 在后期可能会很难开采, 因此在工作面开采过程中, 针对顶板的情况, 在回风巷带采5~10 m, 将小煤柱采出、支口, 通风上采用导风板或导风帘通风, 这种方法也是由立新煤矿试采, 并已采出煤炭。

此外, 兴隆庄煤矿分析了自身特点, 它属于厚煤层边角煤。这种边角煤主要有高落式巷柱采煤法、短壁式分层开采、短壁式放顶煤开采。第一种资源开采效率比较低, 实现现代机械化有一定的难度, 生产工艺相对落后, 而且由于通风系统不完善, 安全问题严重, 可能会引发安全事故;短壁分层式与之相比, 煤炭资源回采率有明显提高, 大大地改善了安全和劳动条件, 尤其是短壁式综采分层开采, 现在的厚煤层开采对它应用较普遍, 技术经验也比较成熟。但是因为它的工作程序要复杂一些, 生产也不集中化, 效率比较低, 巷道往里掘进所需要的工程大, 工作面技术不经济, 在现在的开采技术下, 突破比较困难。而放顶煤开采技术是在近几年发展迅猛, 尤其综采放顶煤采煤法是我国在厚煤层开采的重大改革, 它是沿着煤层的底板布置出一个比较长的工作面。一方面用采煤机把落煤截割下来;另一方面矿压作用以及人工破碎的顶部的煤可以经过放顶煤支架放落下来。这种方法在兴隆庄煤矿成功运用, 比前两者有更大的优越性。表现在: (1) 能很好地适应一些变化大的煤层以及一些中小断层。 (2) 往里挖掘的工程总量减少, 减少了费用。 (3) 回收采集的工艺比较简单, 没有了铺网的过程, 减少许多材料和维护费用。 (4) 不用多次搬工作面, 节省了许多安装和搬迁的人力、物力、财力。 (5) 能够使矿井减面、集中生产、减人, 而且大大提高了工作效率。 (6) 不需要多次的切割和揭露煤层, 使自然发火的概率减少。 (7) 这些工作面的单位产量高, 成本相对低, 能得到较高的经济效益。

4 结语

边角煤的开采有着很大的意义, 开采方法更是多种多样。每个煤矿应该结合自己的煤矿特点, 选择最适合自己煤矿的方法, 而且务必要根据实际情况进行一定的改善。兴隆庄煤矿和立新煤矿找到了适合他们自己的方法, 这为其他煤矿在选择开采边角煤的方法上提供了更多的范例。

参考文献

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边角煤工作面 篇6

回采边角煤是对采矿工程的具体研究, 主要研究了回采边角煤的采煤工艺、通风安全、矿山压力等内容。

1 现状

兖矿集团有限公司北宿煤矿是我国自行设计、自行开发、设备全部国产化的薄煤层炮采现代化矿井, 1976年12月26日建成投产, 原设计生产能力为45万t/年, 现实际生产能力达到100万t/年, 跨入了全国百家高产高效矿井行列。

北宿煤矿采煤二区现采的1667工作面, 位于矿井西翼, 二水平十六采区内, 工作面地表有白马河。地面标高+40.47m~+40.94m, 平均+40.71m。工作面标高-208.28m~-241.67m, 平均-225.24m。煤层厚度0.79m~1.03m, 平均0.93m。工作面基础储量为37.61万t, 可采储量为36.48万t。工作面在巷道施工过程中, 皮带巷揭露F皮1正断层, 落差1.30m;上巷揭露F上1正断层, 落差1.30m。根据回采情况看, 工作面过断层期间, 断层对工作面正常循环、进尺及产量造成一定的影响。工作面为对拉工作面布置, 采用走向长壁后退式开采方法, 炮采工艺。落煤方式为煤电钻湿式打眼, 爆破落煤。装煤方式为爆破装煤、铲煤和人工装煤相结合。支护为单体液压支柱配合“π”型钢梁、切顶支架支护顶板。采空区处理方式为全部跨落法管理顶板。运煤为刮板输送机、桥式转载机和胶带输送机联合运输。工作面循环进尺为1.0m。

北宿煤矿系薄煤层矿井, 因煤层条件复杂, 现只能采用炮采工艺, 采煤工艺落后, 生产环境恶劣, 工人劳动强度大。此外, 工作面人员密度大, 新工人多, 工人素质参差不齐。因此, 采煤区队安全生产管理难度大。

2 施工工艺流程

2.1 顶板支护

矿山压力显现是影响工作面顶板的主要原因, 而顶板管理是煤矿安全生产的重点环节之一, 因此回采1667采煤工作面三角煤必须先确定顶板的支护方式, 确保回采过程中的安全。1667采煤工作面老顶为粉砂岩, 平均厚度1.05m, 灰色, 破碎, 颗粒由上而下逐渐变细。普氏系数 (f) 4.0~6.0。直接顶为十下石灰岩, 平均厚度5.39m, 灰色, 致密坚硬性脆, 裂隙发育。普氏系数 (f) 10.19~11.46。直接底为铝质泥岩, 平均厚度1.37m, 灰色, 胶结较好, 含较多植物化石。普氏系数 (f) 4.20。老底为中砂岩, 平均厚度5.45m, 灰~灰黑色, 具水平缓波状层理。普氏系数 (f) 4.0~8.0。

因边角煤处周围或已回采完毕或为需保留的巷道, 因此顶板压力相对较大。1667采煤工作面的支护方式采为单体液压支柱配合“π”型钢梁、切顶支架支护顶板。为保证推进过程中顶板的安全管理, 根据规程规定, 超前支护需不得低于20m, 应此处巷道与工作面形成一定角度, 根据此角度计算得出, 巷道的超前支护距离不得低于55m。若低于55m, 随着工作面的推进, 压力就会不断的前移至没有支护的地点, 造成压力将巷道压垮变形, 从而造成人身伤害事故。

2.2 通风要求

随着巷道的延深、工作面推进和更替以及瓦斯涌出量的变化等, 常常需要对矿井风量进行调节, 以满足矿井和各作业地点风量的按需分配。其中增减矿井总风量称矿井总风量调节, 井下各用风区域或地点间的风量调节称局部风量调节。

《煤矿安全规程》规定:每个矿井, 至少有两个安全出口, 其中一个进风, 另一个回风。若正常边推进边回采, 工作面内就会出现风量小, 影响安全的隐患。因为风量在进入工作面的时候, 就会从采空区及其他地点漏出。漏风使有效风量减少, 通风系统复杂, 威胁安全生产。

为保证1667采煤工作面三角煤段风流按拟定的路线流动, 就必须在1667进风巷道中设置临时风门, 对风流进行控制调节。

2.3 选择回采方式

因此段三角煤随着工作面的不断推进工作面面长逐渐变短, 就是边推进边缩短溜尾。根据工作面与巷道的角度计算得出每推进1.0m就需缩短1节溜槽, 若采用此方法推进回采, 职工劳动强度较大, 且推进速度慢, 从而造成顶板的压力积聚, 给回采带来不安全隐患。因此, 矿及我区专业人员根据现场实际情况, 经过计算, 在保证支护质量、满足通风、行人要求的前提下, 采用缩短溜尾、透安全出口的方式进行回采。根据现场计算溜尾必须缩6节溜子才能形成有效的保安煤柱, 即每次溜尾缩6节溜子, 然后平推直至自然透时, 就形成了出口与煤柱。平推自然透时就形成了出口, 出口主要是为了能够给工作面正常供风, 也是工作面的安全出口。这样缩完溜子平推透后, 形成了出口, 留下了煤柱, 煤柱主要是为了工作面能够正常推进, 减小顶板压力, 同时也起到对1616轨道上山及地面村庄的保安作用。采取这种方式回采, 直至将此段三角煤回采至停采线。

3 取得的效果

3.1 经济效益

回采边角煤的经济性十分明显。根据兖矿集团北宿煤矿1667采煤工作面下面实际情况, 采完下面剩余一块三角形边角煤, 因采三角煤安全隐患多、劳动强度大, 按正常开采不适合回采, 为了避免丢失浪费, 采用缩溜槽、透出口的方法回采三角煤。该回采方法安全可靠, 大大减低了安全系数和劳动强度, 成功回采了三角煤, 工作面共沿走向推进45m, 缩溜槽60节、撤30个切顶支架, 透安全出口10个, 安全多采出4 000余吨, 创经济效益200多万元, 同时也延长了矿井的服务年限。

3.2 社会效益

充分开发煤炭资源, 延长矿井服务年限。矿产资源的开发利用, 必须在注重经济效益的同时, 还得注重社会效益协调统一。坚持以保护为前提, 以开发为手段, 以发展为目的, 使保护和发展互为促进, 综合运用法律、行政和经济手段, 改善矿山生态环境, 确保资源有效利用和社会效益明显提高。

3.3 整体绩效

回采复杂区段边角煤是采煤区队在开采方法上的创新, 是煤炭企业推行资源再开发、利用的具体体现, 根据采煤区队的具体情况进行结构调整和整合之后是具有良好的经济效益的。通过回采复杂区段边角煤工艺的有效实施, 提高了劳动效率, 减少了生产中的浪费现象, 降低了生产成本。

摘要：随着大规模的机械化开采, 生产方式及正规开采布局结构, 导致现有生产采区留下了各式各样的残留块段以及各种小煤柱, 即边角煤。据有关数据统计:兖州矿区仅3#煤层的边角煤储量达到950941万t, 南屯煤矿边角煤储量达到13899万t。储量如此之大, 如果不计划采出, 将是煤炭资源的损失。因此制定相应的技术政策、开发研究新技术措施是当前解决边角煤开采所面临的紧迫问题。

关键词：回采,复杂区段,边角煤

参考文献

边角煤工作面 篇7

文中数值计算模型选取西曲矿边角煤22503综采工作面所采2.3#煤层, 煤层平均埋深210 m, 煤层赋存比较稳定, 煤厚3.85～4.20 m, 一般厚4.05 m, 煤层整体倾向南西, 工作面煤层倾角4°～8°, 平均6°。工作面长度150 m, 推进长度80 m。直接顶板为0.90 m的砂质泥岩, 往上是2.40 m的细砂岩, 直接底板为2.30 m的砂质泥岩。边角煤22503综采工作面井下位于北五盘区中部, 如图1所示, 北邻22504残采面和小窑破坏区及22504工作面采空区, 南邻22502工作面采空区和断层保护煤柱, 工作面西部为北五2号集中巷, 东邻22503工作面采空区和小窑破坏区。

1 数值模拟模型的建立

为了充分考虑工作面周围采空区和煤柱对边角煤工作面回采期间矿压规律的影响[1,2], 模型X方向长度为438 m, 包括边角煤22503综采工作面及其北面的小窑破坏区、22504工作面、以及22502工作面 (已采空) 长度的一半;Y方向长度为530 m, 包括北五2号集中巷及其左右的护巷煤柱共100 m、22503边角煤工作面80 m, 以及工作面东北方向小窑破坏区和保护煤柱共370 m;模型Z方向高度为93 m, 包括2.3#煤层以下21 m和煤层以上68 m, 模型结构如图2所示。

在选定计算模型范围的基础上, 确定计算边界条件, 计算模型的边界条件如下:

上部边界条件为应力边界条件, 下部边界条件Vz=0, 左右和前后边界条件Vx=0, Vy=0。

2 模型数值模拟过程

2.1 模拟过程分析

在开采过程中, 直接顶初次垮落步距、老顶初次来压和周期来压步距和强度是非常重要的两个开采工程参数。但FLAC3D软件是一个静力学计算软件, 不能模拟顶板破坏、运移和垮落整个动态过程。但可以通过判别顶板单元破坏的类别和范围, 来识别顶板的垮落与否[3,4,5,6,7,8]。

研究认为, 如果顶板单元出现成片拉应力区域, 那么顶板则发生垮落。因此计算中, 工作面每推进5 m计算记录一次, 如工作面顶板单元没有出现成片拉伸应力区域, 则认为顶板没有垮落, 工作面继续推进5 m进行计算记录。如发现顶板单元出现成片拉伸应力区域, 则认为直接顶初次垮落或老顶初次来压, 然后垮落顶板, 充填采空区。依次类推, 继续推进工作面, 如发现顶板出现成片拉应力区域, 则认为周期来压, 垮落顶板, 充填采空区, 直至开采结束。

2.2 模拟结果和分析

在模拟过程中, 按照正常工作面的布置顺序开切眼、工作面推进及分析采场周围的应力状态。

2.2.1 直接顶初次垮落期间工作面周围应力状态分析

图3给出了工作面推进17.5 m时工作面中部的垂直应力云图。由图3可以看出, 当工作面推进到17.5 m时, 采空区中部直接顶底部首次出现拉应力, 即直接顶发生初次垮落, 跨距为17.5 m。此值比西曲矿原22503正规工作面生产过程观测的直接顶初次跨落步距19 m较小, 说明该边角煤工作面受后方采空区的一定影响, 直接顶初次垮落步距有所减小。

工作面直接顶初次垮落期间工作面周围垂向应力如图4所示。由图4可以看出, 支承压力的值普遍大于开切眼之后工作面前方支承压力的值, 超前支承压力最大值位于工作面左边界煤壁前方3.5 m的煤层内, 最大值为8.31 MPa;工作面中部支撑峰值位于煤壁前方4 m的煤层内, 其值为7.72 MPa;工作面右边界支撑峰值位于煤壁前方4.5 m的煤层内, 其值为7.0 MPa。支承压力峰值从左到右不断减小且不断向煤壁深处移动。上述模拟数据说明在直接顶初次垮落期间应加强对工作面左侧及其左巷顶板的监测和管理, 防止工作面左侧煤壁片帮。

2.2.2 老顶初次来压期间工作面周围应力状态分析

图5给出了工作面推进27.5 m时工作面中部的垂直应力云图。由图5可以看出, 当工作面推进到27.5 m时, 采空区中部老顶顶底部首次出现拉应力, 即老顶发生初次来压, 初次来压步距为27.5 m。该模拟值比西曲矿原22503正规工作面生产过程观测的老顶初次跨落步距32 m较小, 说明该边角煤工作面推进到老顶初次垮落距离时仍然受周围采空区的影响。

老顶初次来压期间工作面周围垂向应力如图6所示。由图6可以看出, 支承压力峰值普遍大于开切眼期间工作面前方支承压力的值, 超前支承压力最大值位于工作面左边界煤壁前方5 m左右的煤层内, 最大值为8.60 MPa;工作面中部支撑峰值位于煤壁前方5 m左右的煤层内, 其值为7.75 MPa;工作面右边界支撑峰值位于煤壁前方5 m左右的煤层内, 其值为7.75 MPa。支承压力峰值比直接顶初次来压期间略有增加, 支承压力依然是工作面左边界处大于工作面中部和右边界处。以上模拟结果说明在老顶初次来压期间应加强对左侧工作面及左巷顶板的监测管理, 同时应增加对工作面支护设备支护性能的监测检修, 保证工作面顶板的安全管理。

2.2.3 老顶周期来压期间工作面周围应力状态

图7给出了工作面推进37.5 m和47.5 m时工作面中部的垂直应力云图。由图7可以看出, 当工作面推进到37.5 m和47.5 m时, 采空区中部老顶顶底部出现拉应力, 即老顶发生第一次和第二次周期来压, 周期来压步距平均为10 m。而西曲矿22503正规工作面的周期来压步距平均为15 m, 说明在工作面推进了约50 m后仍然受到后方采空区的影响较大。模拟结果显示在老顶周期来压期间压力峰值较大, 且工作面左侧大于右侧, 来压比较强烈, 所以在边角煤工作面周期来压期间应特别注意工作面左侧及左巷顶板的管理, 防止煤壁片帮和两巷顶板冒顶, 并且注意工作面支护设备工作性能的检查检修, 保证其能正常工作, 避免出现工作面的顶板事故。

3 结论

用数值模拟方法分析了西曲矿边角煤22503工作面形成及开采过程中工作面周围的应力状态, 得出以下结论: (1) 工作面开切眼后工作面后方保护煤柱塑性区进一步扩大, 尤其是工作面左后方煤柱较窄处有与小窑破坏区贯通的危险, 开切眼及安装工作面期间要加强煤柱侧的支护与监测管理, 避免出现与小窑贯通的事故; (2) 数值模拟显示, 从直接顶初次来压到老顶第二次来压, 工作面支承压力的峰值每次都要小幅的增加, 工作面直接顶初次垮落步距为17.5 m左右, 老顶初次来压和周期来压步距分别为27.5 m和10 m, 其值均比正规工作面开采时要小; (3) 模拟结果说明该边角煤块段在整个开采过程中均受到后方采空区的影响, 所以在该边角煤工作面开采期间应加强工作面顶板以及两巷的支护, 特别是加强工作面左侧和左巷的监测, 防止冒顶和片帮事故的发生。

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