4 急倾斜煤层开采方案研究.doc

4 急倾斜煤层开采方案研究4.1 开采方案确定在分析国内急倾斜采煤方法和工艺的基础上，通过井下调研，结合多年来大安山矿开采实践，在保持矿井目前开采正常进行的同时，为了提高急倾斜厚煤层柔掩面单产和回收率，课题组提出了三种开采方案：(1) 柔掩侧放煤开采技术优化方案；(2) 斜坡上山平巷出煤开采方案；(3) 巷道放顶煤开采方案。4.2 柔掩侧放煤开采技术优化方案4.2.1 工作面巷道布置优化开拓巷道不变，工作面巷道布置与大安山矿柔掩工作面布置方式相似，工作面采用俯伪斜布置，在两个溜煤斜坡间布置短面，面长2540 m。一个采区内可布置2个或2个以上同采面，提高开采强度，如图4-1所示。图4-1 斜坡短臂柔掩开采方案巷道布置系统图巷道的优化方案是：将目前大安山斜坡倾角从23增加到28；将柔掩工作面伪斜角从23增加到25-30。斜坡角度增加可减少斜坡掘进工程量，经计算，每100m阶段斜长使得每个斜坡可少掘36m（图4-2）；工作面伪斜角增加可增加工作面煤炭的流动速度、增加运量，减小工作面放炮后堵塞的概率。同时，每个炮眼爆破的有效深度增加了0.057m（图4-3），提高了工作面的单产、工效且节省爆破材料。以单斜2槽+680 m水平西三南二石门工作面为例计算，该工作面按煤厚2.6 m，工作面长度30 m，每循环增加进尺0.057m，采用全长一次爆破工艺，按每天生产4个循环、每月生产30天计算，则月增产为2.6300.0571.8430=960t。图4-2 增加斜坡角度与斜坡掘进工程量的关系图4-3 柔掩工作面倾角优化布置图4.2.2 回采工艺优化（1）爆破工艺优化工作面全长一次爆破，即整个工作面整带打眼，1次装药，1次起爆，整带下放。注意事项：工作面一次打眼，分次装药时，易使接茬处的雷管装错或漏装，影响爆破效果。因而在装药时，操作人员必须严格按照作业规程规定的爆破参数，精心施工，精心作业。由于一次放炮数量大，爆破距离长，在警戒方面增加了警戒联络人，上、下警戒人与警戒联络人从同一地点分别向上和向下撤人，待下警戒人到达指定位置后，警戒联络人再回到上警戒处，联系放炮。工作面装药时，靠近出煤眼处使用1段雷管并加长炮眼眼深，以避免炮后地沟堵风。工作面全长一次爆破炮眼布置如图4-4所示，端头处炮眼布置如图4-5所示。图4-4 柔掩面炮眼布置图图4-5 柔掩面端头炮眼布置图以单斜2槽+680 m水平西三南二石门工作面为例，按煤厚2.6 m，工作面长度30 m，每班一循环，三班出煤，月产量=300.82.61.875%330=7581 t，较柔掩工作面实际月产量提高约2000 t。（2）侧放煤工艺优化扒尽工作面浮煤放架后，在工作面支架腰下打好临时支撑进行放煤（图4-6、图4-7）。图4-6 扒浮煤、移架图4-7 放架后煤放煤工艺优化为： 柔掩工作面整体推进23循后，再统一进行侧放煤，放煤间距调整为23m；观察、估算架后煤的放出量，预计放出量约为架后储量70%时，再停止放煤，不要见矸就停止放煤。这样可以集中放煤，减少工序，提高效率。实行多轮放煤（一般23轮），放煤顺序为沿工作面倾斜方向自下而上依次放出（图4-8）。由于散煤运移有一定的坡度和安息角（45左右），两放煤口之间将形成部分“死煤”无法放出，为了提高回采率，可在2个放煤口之间，增开一放煤口将原来两放煤口之间的“死煤”进行补放（图4-9）。在两放煤口之间进行补放是提高回收率的重要途径。优化后的放煤工艺，符合放出椭球体的发育规律（图4-10），有利于煤体的放出。 每循环统一向底板侧布置见底炮眼，尽可能使侧煤松动顺利放出。图4-8 沿工作面下而上依次放煤(据山东科技大学谭云亮)图4-9 补放两放煤口之间的“死煤”(据山东科技大学谭云亮)(a) 放出椭球体平面图(b) 放出椭球体剖面图图4-10 放出椭球体的发育规律示意图4.2.3 排炮工艺总体评价排炮空间小，侧放煤困难。先于煤炭放出的矸石易堵塞放煤口，矸石处理困难；排炮工艺放煤空间需要单体来维护，劳动强度大，且单体支撑起的放煤空间有限，放煤效果不好；排炮工艺炮眼为底眼形式，打眼困难，炮眼易堵，炮眼的有效深度通常达不到要求，且炸药消耗量大。装药时药卷间易有煤粉易产生瞎炮，处理瞎炮浪费工时且有危险性。排炮工艺瞎炮多的原因还可能是炮眼间距、装药或充塞不当造成的；排炮工艺煤层地质条件变化时调架困难；排炮作业空间小，工序繁多。总体分析，柔掩排炮侧放煤工艺，由于作业空间和放煤空间小，开采效率较低。所以，建议在煤层赋存较稳定的区域采用斜坡上山平巷出煤开采方案，在煤层赋存不稳定的区域采用巷道放顶煤开采方案，以提高急倾斜不稳定煤层的单产和回收率，提高开采效率。4.2.4 柔掩侧放煤开采技术优化方案的优缺点优点：斜坡角度增加可减少斜坡掘进工程量，每100m阶段斜长使得每个斜坡可少掘36m，同时增加斜坡煤炭的运输能力；增加工作面伪斜角，可以增加工作面煤炭自溜的能力，减少工作面放炮后堵塞的概率。并且每个炮眼爆破的有效深度增加了0.057m，提高工作面的单产和工效，降低爆破材料的消耗。工作面全长一次爆破不易出现明显的台阶波折，支架受拉力相对较小，不易变形损坏，且缩短放炮时间、提高工时利用。优化后的放煤工艺可以实现集中放煤，节省工时，减少工序，提高效率，有利于提高单产；向底板侧布置见底炮眼，可以使侧煤松动，有利于侧煤的放出。改进后的排炮工艺开采效率和放煤效果会有所提高，但是单产和回收率提高幅度是有限的。缺点：柔掩工作面伪斜角增加，增加了工作面自溜煤炭的流动速度，使得煤流的可控性差，所以工作面倾角不能增加太大，建议控制在28，最大不超过30。4.3 斜坡上山平巷出煤开采方案4.3.1 工作面巷道布置大安山煤矿为了方便煤炭运输，一直采用斜坡短壁出煤巷道布置柔性掩护支架工作面。工作面最小倾斜长度为64 m，工作面最大倾斜长度为132 m，大部分工作面倾斜长度在100 m左右；工作面最小走向长度为146 m，工作面最大走向长度为240 m，大部分工作面长度在220 m左右。这种采煤方法的优点是不用铺设刮板输送机，可以实现工作面自溜出煤。缺点是由于没有刮板输送机运送物料，全部的运输工作都是由工人体力劳动完成，工人劳动强度大。再加上受水平划分、工人劳动强度的限制，工作面走向长度不能太长。这样必然会增加工作面的搬家次数、加大生产的辅助环节，从而降低了工作面单产与回采工效。采用平巷布置则可以克服以上缺点。巷道布置如图4-11所示。图4-11 斜坡上山平巷出煤开采方案当采区长小于500 m时，工作面走向长与采区长保持一致；当采区长大于500 m时，工作面走向长视实际情况而定，原则上应大于200 m，小于500 m。区段垂高为30 m，工作面倾斜长为76 m。两条收作眼之间的间距为10 m。在区段运输平巷上面布置4 m煤柱，煤柱间距为5 m，超前工作面保持3个溜煤小眼。4.3.2 回采工艺(1) 工作面全长一次爆破爆破方案为工作面采用全长一次爆破。以单斜2槽 +680 m水平西三南二石门工作面为例，按煤厚2.6 m，工作面每天两班出煤计算，这种方法的月产量为=762.60.81.875%230=12804 t。(2) 大架宽掩护支架对于煤厚变化不大，且平均厚度超过3 m的煤层建议采用2.8 m或3.5 m架宽的掩护支架；支架参数如表4-1所列，2.8 m架宽掩护支架如图4-12所示。表4-1 柔性掩护支架基本参数架宽(mm)上肢长度(mm)中肢长度(mm)下肢长度(mm)上肢与中肢夹角()下中肢夹角()钢绳数(根)上、中、下肢绳数(根)2800720130090015516041、2、1350010001500130014515541、2、1由于大安山柔掩面的回采巷道一直采用伪斜上山眼布置，支架经由工人搬运到达工作面。工人劳动强度的限制使得大架宽的掩护支架无法使用。当回采巷道采用平巷布置时，可以使用刮板输送机将支架运送至工作面，这样大架宽的掩护支架的运输问题就得到了解决。支架由11号矿用工字钢用油压千斤顶冷压弯曲而成，架下使用6根钢丝绳(钢丝绳直径不小于28 mm，如使用26 mm的钢丝绳，采用双绳)通过六角头螺栓和小垫板，使八字形钢梁和钢丝绳连结成一个柔性整体。图4-12 2.8 m架宽掩护支架示意图以单斜2槽680 m水平西五石门工作面为例，工作面煤厚3.18 m。按工作面每天两班出煤计算，这种方法的月产量为=763.180.81.875%230=15660 t。4.3.3 斜坡上山平巷出煤开采方案的优缺点(1) 平巷大架宽开采方案适合采区煤层赋存较稳定。回采巷道为水平布置，可增加工作面的推进长度，减少工作面开切和收作的次数，有利于提高工效；(2) 一个采区内可布置2个或2个以上同采面，提高开采强度，提高单产；(3) 行人、运料在平巷中进行降低了劳动强度；(4) 架宽变大后，可以采出2.3 m掩护支架所不能采出的架后煤，回收率得以提高。(5) 大架宽柔掩法的缺点就是对不稳定煤层的适应性小，当煤层变薄时柔掩支架下放较困难。且平巷运煤的优越性只有在采区尺寸较大时才能体现。建议在采区煤层赋存稳定且采区尺寸较大的条件下，采用平巷出煤大架宽采煤方案。4.4 巷道放顶煤开采方案4.4.1 巷道布置巷道放顶煤开采的巷道布置系统非常简单，如图4-13所示。在一个采区内沿不同标高将急倾斜煤层分成若干区段，区段高度1520 m，在区段底部沿煤层走向布置一条巷道(放煤巷道)。巷道两端分别与进风斜坡和回风斜坡相联，以沿空护巷方式维护，全风压通风，双安全出口，与长壁工作面一样，实现正规采煤。回采巷道系统包括放煤巷道与放煤小眼。放煤巷道沿着煤层顶板布置、放煤小眼布置于放煤巷道的下帮，在放煤巷道的一侧每隔一定距离向煤层中掘放煤小眼。放煤小眼的具体布置如图4-14示。图4-13 大倾角煤层巷道放顶煤系统示意图1进风巷；2回风巷；3-放煤巷道；4-采空区图4-14 巷道放顶煤采煤法巷道布置1放煤巷道；2放煤小眼；3顶煤；4进风巷；5回风巷4.4.2 回采工艺根据巷道放顶煤采煤方法的特点和生产管理要求，将采煤工艺分为三个阶段：初始回采、正常回采与终采，主要工作是放煤和运煤，破煤只是在初始回采阶段进行。巷道放顶煤采煤法，以单斜13槽煤层为例计算得月产量为15491t。巷道放顶煤采煤法的详细内容见第五章。4.5 小 结(1) 提高厚煤层柔掩法单产和回收率的技术途径之一是将不稳定、厚度变化大的煤层，即柔掩支架外侧的煤层通过放煤方式进行回收；第二个方面是改变回采工艺，提高煤层单产和回收率。(2) 柔掩侧放煤开采技术优化方案：斜坡和工作面伪斜角增加，可减少斜坡掘进工程量，可以增加工作面煤炭自溜的能力，减小工作面放炮后堵塞的概率。并且增加了每个炮眼爆破的有效深度，提高了单产和工效，降低了爆破材料的消耗；排炮工艺没有明显的台阶波折，支架受力较小，不易变形损坏；优化后的放煤工艺，实现了集中放煤，减少了工序，提高了效率。(3) 平巷出煤开采方案，巷道布置克服了斜坡短壁柔掩法的工作面不能过长、工人劳动强度过大等缺点。建议在采区煤层赋存稳定且采区尺寸较大的条件下，采用平巷出煤大架宽采煤方案；巷道放顶煤采煤法具有工作面单产高、劳动组织简单、劳动强度低、巷道掘进率低和对煤层的适应性强等优点。建议在不稳定厚煤层中进行试采。(4) 应用优化后的斜坡短壁柔掩法，以单斜2槽+680 m水平西三南二石门工作面为例计算，月产量为75