大倾角极薄煤层保护层高档普采工艺的应用2010(1)(621).doc

大倾角极薄煤层保护层高档普采工艺的应用北票煤业有限责任公司 田志刚内容提要：开采保护层是煤矿瓦斯治理的根本技术，对于在极薄煤层，煤层厚度0.3m0.6m，平均0.4m，倾角3539，平均37的煤层中使用高档普采，加快了工作面的推进速度，每月推进45m左右，是炮采推进速度的2倍，既减轻了劳动强度，又提高了生产效率，做到了安全生产。关键词：大倾角 极薄煤层 保护层 机械化开采一、矿井概况冠山煤矿隶属于北票煤业有限责任公司，2001年6月随北票矿务局破产，同年9月份重组为股份制企业，矿井设计能力81万吨，矿井开拓方式为竖井阶段集中底板运输巷分区石门开拓。煤田东西走向9.2km，倾斜南北宽1.35km，有12个可采煤层，总厚度14.4m，煤层倾角3045。冠山煤矿为煤与瓦斯突出矿井，相对瓦斯涌出量为22.5m3/T，绝对瓦斯涌出量为34.98m3/min，煤尘具有爆炸性，矿井水文地质简单，涌水量为290m3/h。二、采区概况冠山煤矿-660m水平西五石门至西七石门区走向长800米，倾斜2100m，4层和5层（5A、5B、5C）煤层均为煤与瓦斯突出煤层，4层煤层瓦斯含量为25.8m3/T，5A层瓦斯含量为28.7m3/T，5B层瓦斯含量为26.4m3/T, 5C层瓦斯含量为26.2m3/T 。5层煤层为低透气煤层，打钻预抽效果非常不理想。4层半煤层平均煤厚为0.4米，倾角3539，平均37。直接顶板为砂页岩，厚度3.5m以上，直接底板为泥岩，厚度为2.5m，经辽宁工程技术大学岩石力学试验室鉴定，直接顶砂页岩抗压强度为36.4Mpa，岩石普氏硬度系数f=4.0，直接底板泥岩抗压强度为33.1Mpa，岩石普氏硬度系数f=3.4，层间距为4层至4层半为20米，4层半煤层至5A层为9米，因此开采4层半保护层对解放4层和5层煤非常必要，从根本上解决瓦斯危协。表一 煤 层 特 征煤层名称煤层厚度(m)煤层倾角(度)层间距(m)瓦斯涌出量瓦斯含量m3/T绝对m3/min5层5C平均1.237平均926.24.125B平均1.437平均726.44.125A平均2.037平均928.74.564层半平均0.437平均200.30.214层平均2.33725.83.60详见采区巷道布置图2a和石门柱状图2b、2c、2d。三、设备选型1、采煤机的选型由于4层半煤层平均厚度0.4m，平均倾角37，保持最小采高0.8m，必须割0.4m底板岩石。为减小采煤机割煤时的震动力，我们选取了MG200/245-TPD型单滚筒爬底板交流电牵引采煤机。 采煤机主要技术参数为：装机总功率：245KW牵引方式：交流低压四象限变频调速行走方式：爬底板锚链牵引牵引速度：06.5m/min牵引链规格：2692D级滚筒直径：750mm 截深：700mm2、运输机的选型由于工作面采高低，作业空间小，运输能力低选用SGD420/30（22），刮板输送机，完全能满足运输能力要求。3、单体液压支柱的选型根据煤层赋存及顶底板情况，考虑支柱支撑力与顶板压力相适应，支撑高度与工作面实际采高相适应，经计算选用单体液压支柱，配合金属铰接顶梁支护顶板。4、其它设备的选型见表一序号设备名称型号数量额定功率用途1同步牵引液压绞车THYZ013115kw采煤机稳车2刮板输送机SGD420-30/（22）130kw工作面运煤3刮板输送机SGD420-30/（22）130kw机巷运煤4胶带输送机SGD650/30144kw机巷运煤5采煤机MG200/245TPD1245KW工作面割煤6气动钻机ZQS-22/2.02工作面上下缺口四、回采工艺的实际应用采煤方法为倾斜长壁后退式开采，顶板管理方法为缓慢下沉法。（一）工作面劳动组织及割煤、充填、支护和特殊支护技术1、采用“三.八”作业，两个半班采煤，半班检修，每小班割一刀，循环截深0.7米，原班割煤两刀半。2、工作面上下超前缺口采用爆破法落煤，缺口进刀方式采用从上、下缺口直接推移机组进刀，上下往返割二刀，工作面装煤采用采煤机滚筒旋转自装为主，人工收浮煤为辅的方法。上缺口不小于5米，下缺口不小于3.5米，均超前工作面煤壁1.4米。3、采煤过程中要保持采煤机滚筒位置的相对稳定，保持割出的顶底板平整，保证工作面支柱处于良好的工作状态和刮板输送机的平稳。割煤、推溜、支柱必须做到“三直一平”。4、采煤工艺为：准备（做超前缺口）割煤攉机道浮煤移溜支柱挂梁回柱放顶。工作面顶板支护方式为：单体液压支柱（型号DZ08-30/100）配合金属铰接顶梁（型号HDJC-700），沿走向正悬壁支护顶板。经过计算确定支柱的排距为0.7m，柱距为0.8m，切顶线处柱距为0.4m，采用“四.五”排控顶，循环进度0.7m，最大控顶距4.0m（五排柱）最小控顶距3.3m（四排距）（二）计算过程1、支护强度的估算为保证安全，取8倍采高的岩石重量作为支护强度的估算依据（1）工作面煤层最小倾角时为P估小=8mcos小=82.50.8cos35=13.11t/m2（2）工作面煤层最大倾角时为：P估大=8mcos大=82.50.8cos39=12.43t/m2式中：P估小、P估大煤层倾角最小、最大时的支护强度t/m2顶板岩石容重2.5 t/m3m采高小、大煤层最小、最大倾角根据以上计算，为确保该工作面支护的可靠性，取P估=13.11 t/m2作为采面支护密度的估算及验算的依据。2、支护密度的计算：用以上支护强度的理论P估估算所需支护密度：G估=P估（q）=13.11（0.8530）=0.514根/ m2式中：G估估算支护密度P估估算支护强度单体液压支柱的实际利用系数，取0.85qDZ系列液压支柱的额定工作阻力取30T/根3、支护排柱距的确定（1）排距的确定结合该工作面的回采工艺,确定机道为1.05m，溜子道0.7m，人行道0.7m，材料道为0.7m，即排距为0.7m。（2）柱距的确定根据工作面排距的确定，估算工作面最大、最小控顶距时的支护柱距：q估大=（Lb大）(LG估S大)=（1005）（1000.544.0）=2.43mq估小=（Lb小）(LG估S小)=（1004）（1000.543.3）=2.35式中：q估大、q估小最大、最小控顶距时的估算支护柱距L工作面平均长度b大、b小最大、最小控顶距时的支柱排数S大、S小最大、最小控顶距G估估算支护密度结合工作面的回采工艺，为确保工作面安全，确定该面的支护柱距为0.8米。（3）工作面实际支护密度（G）及支护强度（P）最大控顶距时G大=（La）b大(LS大)=（1000.8）5（1004）=1.56根/ m2P大= G大q=1.560.8530=39.78t/m2最小控顶距时G小=（La）b小(LS小)=（1000.8）4（1003.3）=1.52根/ m2P小= G小q=1.560.8530=39.78t/ m2式中：G大、G小最大、最小控顶时的实际支护密度L工作面长度ma实际支护柱距b大、b小最大、最小控顶距时的支柱排数S大、S小最大、最小控顶距P大、P小最大、最小控顶距时的实际支护强度单体液压支柱的实际利用系数0.85qDZ系列单体液压支柱的额定工作阻力30T/根安全系数：G大/G=1.560.514=3.031.5P大/P=39.7812.43=3.21.5G小/G=1.520.514=2.961.5P小/P=39.7812.43=3.21.5根据以上验算，工作面最大最小控顶距时的实际支护密度及支护强度，均比工作面顶板所需达到的支护密度及支护强度大，故所确定柱排距符合规定要求。五、工作面过断层及顶板破碎时的顶板控制1、过断层之前，必须先摸清工作面与断层走向的交角，交角越小，工作面越危险，冒顶的可能性越大，必要时可以调整工作面的方向。对落差小的断层，可以采用直接割顶底板的办法硬过，对断层落差大时，可对断层带全岩段提前松动爆破，超前处理。2、过断层破碎地带，由于工作面顶板压力大，必须加强顶板支护，采取缩小柱距，超前挂梁支护用柱板背实顶板，并且单体支柱必须支在硬底上。如果用挑顶方法过断层时要丢底煤（岩石）单体支柱必须“穿木鞋”或打在岩石上，防止钻底。如果采取卧底过断层时要丢顶煤，为防止顶煤落下造成空顶，留顶煤处必须用柱板背严刹紧。六、工作面上下端头处的顶板支护工作面机头采用“四对八梁”、机尾采用“五对十梁”支护梁长3.5m，用HDJC3.5型的“”型钢梁支护，钢梁沿走向垂直煤壁架设成组支护顶板。超前缺口内，钢梁支护不到的位置，用单体液压支柱和700mm铰接顶梁，按800mm700mm的柱排距进行支护。每组“”型钢梁的每根梁子下支设3根支柱，交替迈步前进，交错步距1.4m，对梁组与组之间的间距为0.8m，对梁内两梁的间距为0.2m。七、通过安装调试和近半年的运行，对MG200/245-TPD爬底式采煤机运行中出现的问题，归纳总结如下：1、防滑问题：由于煤层倾角达到38，采煤机必须设防滑装置，我们采用同步牵引液压绞车为稳车并在上行割煤时由稳车钢丝绳向上带采煤机和缆线，下行割煤时，缆线随机组下行自动下放。稳车钢丝绳直径为15.5mm。防滑的关键是要作好上行割煤的牵引锚链的稳固，在机尾巷道至少要打3棵以上的单体支柱作稳固柱，并且选择顶板比较完好的地点。2、跑底飘刀问题：底板超伏不平或者底板浮煤过多，易造成采煤机跑底、飘刀，造成留底啃顶现象，为了解决此类问题，我们组织技术人员现场跟班，一是要求机道浮煤必须清理干净，二是采用垫机和在距离（30m-50m）用单体支柱配合专用压链器，压锚链迫使机组滚筒位置下降，解决了现场存在的跑底问题。3、采煤机截深的控制问题：机道要控制一致不得小于1000mm，不得大于1100mm，否则会造成机身通过不了和截深达不到要求。及时更换端面齿，否则将端面齿座磨坏，无法上截齿而影响截深。一般岩石软时2-3个循环更换一次，硬时每个循环更换一次。4、采煤机滚筒配置：爬底式采煤机为固定滚筒不可调高，要根据煤层厚度情况，配置合适的滚筒，滚筒直径最大不能超过800mm，否则采煤机负荷增加，故障率增高。5、缆线保护问题：采煤机电缆沿工作面布置，作上超前缺口放炮时，很容易伤及采煤机缆线。为此我们采用2寸旧钢管，剖成长500mm-800mm的“C”型短节，放炮时盖住电缆，再在上面铺一层木板或煤（岩）粉，达到了保护电缆线的目的。工作面沿途缆线通过的地方必须清理障碍物，同时要有专人巡查，发现问题及时停机处理。6、对采煤机的一些改进：根据我矿的地质条件和生产厂家配合对爬底式采煤机在以下几个方面进行了改进：对滚筒齿座高度进行了改进，由于4层半煤层必须割0.4m左右的底板岩石，采煤机容易飘刀，造成底板岩石割不起来，通过将齿座加高1cm（滚筒直径增加2cm）基本解决了问题。装煤部工字链销轴档圈易掉，把销轴加长改为上开口销。为适应滚筒变化改进了过渡底盘。根据滚筒变化改进了挡煤板。支撑杆及座子重新加工增加其强度。八、结论通过半年对爬底式采煤机的使用，我们深刻感到该机组在倾角40度以下采高0