B090204 艾友矿6415工作面小煤柱开采综合技术的应用.doc

艾友矿6415工作面小煤柱开采综合技术的应用吕国臣 卜照龙 徐相柱 张文秀阜新矿业集团公司，辽宁 阜新 123000摘 要 通过对艾友矿6415工作面小煤柱开采采取的综合技术措施，解决了区段小煤柱易发火、回风流瓦斯超限的问题，证明了区段间留设小煤柱的采面巷道布置设计方案的合理性，为今后的采掘生产技术提供了借鉴。关键词 巷道布置 小煤柱 开采 综合技术-前 言艾友矿经过技术改造，生产能力得到大幅度提高，使得储量并不丰富的矿井变得资源快速枯竭。因此，提高煤炭回采率，搞好大、中、小接续，煤层薄厚合理搭配，成为确保矿井持续稳定生产的重要工作。为此，对6415工作面从计划、设计、准备到生产管理全过程进行了科学技术论证并确定了施工方案，通过工程实践证明，取得了非常满意的效果，为今后的采掘布局和生产管理奠定了基础。1 工作面概况（1）6415工作面位置该面位于106区中部，上部为已开采的6414面，下部为未准备的6416面，北部为F18断层，南部为工业广场保护煤柱。（2）煤层情况回采4-1煤层，煤层厚度2.6m；煤层伪顶为深灰色泥岩，松散易破碎，最大厚度为1.5m，向南变薄尖灭；直接顶为中砂岩和粉砂岩，中间夹有泥岩，厚度815m；老顶以泥岩和粉砂岩为主。底板为灰白色细砂岩，北部局部为灰色泥岩，厚度0.341.5m，再往下为煤层。（3）工作面条件工作面长200m，回采走向长1100m，煤量0.62Mt。 2 工作面设计2.1 设计的原则 因6415工作面的上部为已采区，根据矿山压力显现特点，避开应力集中升高区，将回风顺槽布置在免压区内。 根据综采安装、回采、撤除及通风需要，合理选择巷道形状和断面尺寸。 根据煤层和顶底板岩性、矿压特点及支护理论，合理选择巷道支护形式、支护参数及布置层位。2.2 巷道布置 工作面上下顺槽皆布置在4煤层中，沿4层煤顶板下返中高掘进，并且上下顺槽与上下采空区之间留设5m小煤柱，布置在免压区内。 工作面上下顺槽及开切眼巷道设计为矩形，上顺槽中高3.0m、宽3.4m；下顺槽中高3.0m、宽4.3m；开切眼中高3.0m、宽度6.0m。 巷道皆采用锚、带、网+锚索联合支护，上下顺槽靠采空区侧喷射混凝土。混凝土配比为水泥河砂石子=121.5，速凝剂掺量为水泥量的4%。6415工作面巷道布置如图1所示；上顺槽支护设计如图2所示。图1 6415工作面巷道布置图图2 上顺槽支护设计断面示意图3 掘进施工3.1 施工顺序按照工序简单、施工速度快、劳动效率高、安全质量可靠原则，合理进行安排。首先施工上下顺槽的材料道及其它辅助道，然后再施工上下顺槽及开切眼。3.2 施工技术要求掘进时，采用激光指向，按中心方向，沿顶板下返中高施工。循环进尺为1.6m，及时支护，最大控顶距2.2m，最小控顶距0.6m。按要求安设锚杆、锚索及铺设金属网。顶板用直径20mm、长2000mm的螺纹钢锚杆，间排距为800800（mm）；两帮用直径20mm、长1.6m的螺纹钢锚杆，间排距800800（mm）； 网为10铁丝编制的菱形金属网。锚索为直径15.3mm、长8000mm的钢绞线，间距3.2m。为防止小煤柱漏风，靠小煤柱侧距工作面迎头不大于30m处喷射混凝土，喷厚100mm。巷道每隔100m安设一组顶板离层指示仪，对巷道支护状况进行监测（拉门口及地质构造带另加设）。由技术科专责和队技术主管负责，进行观测、记录，根据顶板离层情况，及时制订措施，加强和修改支护，确保巷道支护安全可靠。如在顶板集中应力显现地段，将锚索间距改为1.6m；两排锚杆之间补设木托盘锚杆进行点支护，阻止顶板离层和破碎顶板脱落。3.3 劳动组织采用三八作业制，尽可能做到各工种平行作业。在能保证安全操作的前提下，打眼与出矸平行作业，放炮后将矸石扒出距工作面5m以外，然后将扒矸滑轮挂在5m外继续扒矸，在安全区域内打眼。矸石出净后，安设锚杆可与安设溜子、皮带、扒斗机、后部的喷混凝土等工序平行作业，从而提高掘进速度。3.4 施工效果由于打眼、装药、放炮、出矸、安设锚杆、喷射混凝土、检修设备等工序合理调配，施工速度及质量都创造了新纪录，月单进240m以上，多次超过300m，工程质量达到一级水平，确保了采掘接续。4 回采技术4.1 上、下三角区特殊支护6415工作面无端头支架，在距1#支架200mm处，安设一架长6m 的“”型钢棚加强支护，一梁4柱。下端头下帮处，安设一组两架长2.5m的“”型钢棚，排距1100mm，距下帮500mm。上端头采用两组四架长4.5m的“”型钢棚进行支护，配DZ3.0m单体支柱，一梁四柱，柱距1000mm，排距500mm，距上帮500mm，距液压支架1000mm，错距600mm，步距1200mm，迈步前移。4.2 两顺槽超前支护回采期间，上、下顺槽超前距离定为40m，支护采用直径200mm、长4000mm的圆松木、2.5m的“”型钢棚、DZ3.0单体支柱进行支护，棚距800mm，“”型钢棚一梁三柱，柱距1000mm。为加强破碎机、转载机头处支护强度，在此两处各安设一组两架长6m的“”型钢棚加强支护，一梁四柱，排距200mm，错距600mm，步距1200mm，迈步前移，距破碎机、转载机各200mm。4.3 回采过程中矿压观测该面上侧为采空区，因采用留小煤柱护巷，使开采条件复杂了许多。为此，对采面及巷道的矿压显现进行监测，从而探索围岩矿压显现规律，总结顶板管理经验，及时修改和补充开采安全技术措施。4.4 作业方式采用“双十一四”制，即两采一准备，两个小班生产各10h，一个班检修4h。生产采用滚动轮换班次，劳动组织实行专业班组，固定专人，多工种平行作业。由此实现了工作面回采的快速推进和高产高效，并创造了历史最高水平，最高月产达到1.6万t。5“一通三防”技术为了保证开采顺利，杜绝事故发生，分掘进准备期、采面安装期、回采期、设备撤除期四个时期进行科学管理。根据四个时期的不同工作特点，对风量管理、瓦斯防治、防灭火管理、防尘管理、作业场所降温、瓦斯监测等几方面制定了专项综合管理措施，使该面安全生产得以保证。（1）风量分配根据采场在不同时期、各个不同地点瓦斯涌出量变化情况，确定和调整风量，对风门等设施严格管理，上下出口及两顺槽保证有足够的通风断面，确保通风系统可靠、风流稳定。（2）均压通风为防止上下顺槽与采空区之间压差大、漏风而造成发火，采用局部通风机通风的方式进行均压通风。上顺槽布置两台28kW局部通风机和两排风筒，风筒口到达采面上隅角，回风道设一道增阻门，从而起到均压和稀释瓦斯浓度的作用；下顺槽布置一台55kW局部通风机和一排风筒，风筒接到距工作面150m处，对下顺槽进行均压通风。（3）瓦斯抽放 开采前先进行预抽； 对采面高位瓦斯道进行抽放； 对6414面采空区进行抽放，以防止采空区内压大，瓦斯突然涌入工作面和顺槽，造成回风流瓦斯浓度超限； 利用抽出式风机配骨架风筒，对上隅角进行抽放，以降低其瓦斯浓度。（4）消防火管理掘进时，对上下顺槽小煤柱喷射混凝土封闭围岩，且每m一个按三花眼布置白泥孔，压注白泥封闭裂隙。为了及早发现上下顺槽小煤柱发火迹象，利用热敏电阻对上下顺槽小煤柱进行监控，每20m设置一个测温点，每7天进行一次测试。发现异常现象立即采取喷射混凝土、压注白泥等措施进行处理。（5）上隅角瓦斯治理 在上下隅角砌丝袋墙，墙厚1.0m，每隔5m砌筑一道。下隅角不冒落时可不砌丝袋墙，但必须用丝袋装矸石或黄土封堵空隙，以此保证严密，减少漏风。 如果上下三角悬顶距离长，需强制放顶时，采取专项措施进行处理。 上隅角瓦斯用设风幛方法处理时，将风幛吊挂在机尾上部支架上，随支架一起移动，风幛迎风面积根据上隅角瓦斯情况及时调整。（6）瓦斯监测 用KJ4系统对采面和上下顺槽进行监测，其数据直接输送到地面控制室，以便及时掌握和处理瓦斯问题。 瓦斯传感器的设置要求与参数：T1：回风顺槽距工作面10m，报警值1，断电值1.5，断电范围是工作面及回风巷内全部非本质安全型电器设备；T2：回风顺槽门口以里1015m，报警值1，断电值1，断电范围是工作面及回风巷内全部非本质安全型电器设备；T3：下顺槽入风流距工作面50m，报警值0.5，断电值1，断电范围是工作面及回风巷内全部非本质安全型电器设备；T4：工作面距回风顺槽6m的支架尾梁处，报警值1，断电值1，断电范围是工作面及回风巷内全部非本质安全型电器设备。瓦斯传感器应垂直悬挂在巷道的支护安全可靠处，防止冒顶极其它机械损伤，同时要求气室距顶板不小于300mm，距巷道侧壁不小于200mm。(7)作业场所降温为了解决采面温度高的问题，在-600水平井底车场附近安设一套制冷设备。制冷设备由一台LSLG螺杆冷水机组、两台组合式空调机组、两台KQL-150/315-30/4立式单级离心泵、两台IS200-150-40单级离心泵组成，空气制冷量2000m3/min，入风口与出风口风流温度降低8。（8）综合防尘 在掘进和生产期间对煤层进行注水，每15m布置一个注水孔。注水孔深为运输顺槽100m、回风顺槽40m。采用高压注水，对煤体进行压裂，起到湿润煤体的作用； 运输顺槽、回风顺槽设直径51.6mm管路，每隔50m设一个分歧，每天对巷道消尘一次； 在运输、回风顺槽距工作面200m处设置隔爆水棚两组，喷水量2400L/60个； 转载点设置喷雾装置； 运输顺槽距工作面50m，设净化水幕一组；回风顺槽距工作面50m，设净化水幕两组； 隔爆水棚与净化水幕随着开采进度按规定及时移设； 工作面支架间设喷雾装置，每5架一组，共设24组。6 技术经济效果分析6.1 技术成果 在106区顶板瓦斯道设计上，选取了14m、17m、21m三个不同的高差，对比抽放效果，确定21m时抽放效果最好，从而解决了回风顺槽瓦斯超限问题，为今后安全生产提供了有力的技术保障。 解决了小煤柱防火和采空区瓦斯渗透问题。 由于留设小煤柱，回风顺槽布置在了免压区，从而解决了回风顺槽压力集中的问题。 由于留设小煤柱，每个工作面平均多回采煤炭85kt。6.2 安全状况在回采6413、6414、6415工作面过程中，没有出现过瓦斯超限现象，回风瓦斯含量大多在0.50.65%之间。西巷和采空区未发生煤炭自燃发火现象，整个开采过程中，没有发生瓦斯或发火隐患。6.3 经济效益106区6415工作面留设小煤柱可获得煤量80kt，扣除消防火费用、顶板瓦斯道费用241.5万元，取得521.0万元的直接经济效益。106区11个工作面开采完后，将获得5721.1万元的直接经济效益。7 结 论根据开采后情况看，从设计到生产全过程是科学合理的，对今后的采掘生产具有很大的借鉴作用： 区段间留设小煤柱的采面巷道布置设计方案是成功的，填补了过去在高地压、高瓦斯条件下小煤柱开采的空白，并提高了采区回采率，延长了矿井服务年限。 综合治理瓦斯的措施是健全的，解决了区段小煤柱易发火、因开采强度大而瓦斯涌出量大造成回风流瓦斯超限的问题，确保了顺利回采。 合理的工作面设计、生产设备、生产技术管理，为掘进和回采