复杂地质条件下大采高综采工作面安全高效回采实践

1 复杂地质条件下大采高综采工作面复杂地质条件下大采高综采工作面 安全高效回采实践安全高效回采实践 韩建锋 山西晋城煤业集团寺河矿综采一队 山西 晋城 摘要摘要 寺河矿 3303 工作面走向长为 3621 米 倾向长为 249 68 米 煤层平均厚度为 6 4 米 倾角 1 10 回采过程中遇建矿以来最大的地质构造 由顶板冲刷 破碎煤 软煤 断层组成的复合地质构造带 沿走向共影响 1728 7 米 倾向影响 50 多米 回采过 程中软煤带瓦斯涌出量大 频繁超限断电 矸体硬度高 采煤机截割不动 底部松软 顶 板破碎 支架失稳倾倒等一系列技术难题 通过不断的实践总结 采取有效的措施 取得 了较好的效果 为大采高综采工作面过类似复杂地质构造提供了参考依据 关键词关键词 大采高综采 复杂地质条件 安全高效 1 1 前言前言 寺河矿井是 煤炭工业 九五 计划和 2010 年远景目标 中重点建设的八大矿井之一 设计能力为 400 万吨 年 1996 年 12 月正式开工建设 2002 年 11 月 8 日正式投产 经过 技术改造 2006 年矿井生产能力复核为 1080 万吨 年 寺河矿是原国家计委批准的九 五期间国家重点建设项目 6 2m 大采高技术处于世 界领先地位 是国内唯一一座高瓦斯条件下开采的千万吨级大型现代化矿井 在大采高国 产化方面 走在了全国的前列 在高瓦斯等复杂地质条件下 走出了一条高产高效之路 2 2 构造概况构造概况 3303 工作面走向长为 3621 米 其中受构造影响 1728 7 米 共遇 2 段由顶板冲刷 破碎煤 软煤 断层组成的复合地质构造带 具体情况如下 构造一 工作面回采至 25 米时距机尾 50 米左右揭露一冲刷构造带 该构造沿走向从 机尾逐渐向机头方向移窜 局部煤层变薄到 1m 左右 底板隆起 软煤发育 瓦斯涌出量大 频繁超限断电 且矸体硬度高 采煤机无法截割通过 局部顶板破碎 底部软煤 支架出 现倒架 咬死现象 共影响回采 621 米 如图 1 所示 图 1 构造一平面图 2 图 2 构造一剖面图 构造二 工作面推进至 1774 米处遇到冲刷带二 该冲刷带沿走向影响回采 1107 7 米 倾向最大 56 米 受此冲刷影响 局部区域底板隆起 煤层出现尖灭 回采过程中煤壁片帮 严重 顶板破碎 局部矸体较硬 出现矸石无法通过破碎机 卡赌运输系统 设备磨损严 重等等现象 如图四 图三 构造二平面图 图四 构造二剖面图 底板隆起 软煤 80 架 101 架 120 架 顶矸 92 架106 架 108 架90 架 构造区剖面 16 11 12 13 7 15 14 1 1 6 5 5 8 10 9 11 12 13 14 19 27 20 28 21 29 22 30 31 1 新1 原33044巷 原33042巷 2 3 4 2 3 5 4 6 5 17 18 20 19 21 22 23 24 25 26 15 16 17 18 6 47 540 28 791 51 333 32 33 21112112 2113 2515 2514 530 343 532 040 533 772536 100 541 358 543 704 897 287 A 33032巷 33034巷 514 974 517 214517 653518 128 519 353 516 799515 323521 591 524 882 529 136 6 47 540 28 791 51 333 540 530 550 520 518 516 514 522 524 526 528 532 534 536 538 542 544 546 548 552 554 556 558 冲刷变薄带 3 变薄 冲刷变薄 4 冲刷带 H 1 5m 70 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 5 0 5 0 0 5 0 5 0 0 0 0 0 5 5 5 5 5 0 0 3 0 5 3 0 2 3 2 3 2 3 1 4 2 1 2 3 2 2 2 7 3 2 2 1 2 2 3 5 软煤 破碎煤 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 1 3 2 1 1 7 2 2 2 5 3 3 3 3 2 125 3 3 1 7 5 7 3 7 5 5 7 7 1 3 3 21 5 27 13 4 12 34 1043 3 3 3 制定方案与技术措施制定方案与技术措施 为保证工作面构造区安全有序的推进 矿研究制定过构造的总体方案 结合往年过构 造经验及 3303 工作面的实际生产地质条件 最后决定利用采煤机割矸配合矸体放震动炮 并且在软煤区打瓦斯排放孔 顺槽内施工加密瓦斯抽放孔的方法通过 详细规定了过构造 的各项安全 技术 组织 管理等方法 明确了各个部门 负责人的责任划分 并对生产 过程中可能遇到的问题 困难和危险源等做了较为全面的预测 为使措施能更加科学合理 指导生产施工在生产过程中不断总结完善 先后对措施进行了 6 次补充 有力指导了整个 过构造期间的安全高效生产 3 13 1 割煤工艺割煤工艺 该构造有不同程度的软煤 此区段煤层厚度最薄为 2m 割矸最厚 3 2m 在煤层变薄带 附近 煤体瓦斯涌出量大 频繁出现瓦斯断电 为保证过软煤区控制瓦斯断电 制定了工 作面割煤保障安全技术措施 1 割煤过程中采煤机滚筒要伸够高 割过煤后工作面要保证煤壁平直 无伞檐 支架 顶梁接顶严实 2 采煤机在构造区时 速度要控制在 2m s 以下 采煤机割矸过程中 喷雾开到最大 机组司机在机组开动前必须先打开机组喷雾 并确认喷雾使用正常后方可开机 否则不得 开机割煤 如果内喷雾雾化效果差 必须进行处理 割煤时利用支架接出的水管向截割点 喷射 增加喷雾效果 3 在机组行至构造揭露面附近时 要控制好采高 坚持追机拉架 必要时割一架机组 停下来拉一架 严禁成组打护帮板 4 通风科现场瓦检工要加强对工作面的瓦斯检查 一旦工作面瓦斯涌出异常 要立即 通知工作面停止生产 撤出人员 并向调度室 通风科汇报 5 要将构造揭露面留有底煤的地段要平缓过渡 严禁出现台阶 陡坡 凹坑而导致倒 架 歪架 同时每次拉架时要将支架底座提起 用提底千斤或单体柱 防止支架钻底 6 工作面已通过构造的地方要逐步割到矸底上 不留底煤 7 要控制好机头 机尾推进度 避免溜子过度上窜下滑 8 为了增加采煤机的喷雾效果 在工作面每个支架上安装一趟 10 的水管 在割煤 期间人工向截割点洒水 一方面降低滚筒 截齿的温度 一方面扑灭截割时产生的火花 同时为了防止发生瓦斯燃烧等事故的发生 将构造区每个支架配备一台干粉灭火器 9 自行设计了炮泥加工装置 炮眼吹尘装置 加长炮棍等 提高了工作效率 3 23 2 采高控制采高控制 为了最大限度地甩掉构造 采煤机司机及时对采高进行调整 将工作面揭露构造面附 近的底板适量抬起 每次抬 50mm 且保证采高在 4 5 4 8m 为防止工作面倾角过大影响机 组通过 采用抬一刀平一刀或两刀的方法 不仅减少了割构造量 保证了煤机的顺利通过 而且使支架还能够处于一个相对合适的支撑高度范围 达到较好的支护效果 保证了对顶 板的支护强度 当煤层厚度发生变化时 煤机司机必须及时调整采高 减少采空区遗煤 不仅有效防止上隅角瓦斯超限 消除了安全隐患 而且提高了回采率 减少了资源浪费 3 33 3 爆破施工爆破施工 1 爆破施工队组每班派一名领导到现场跟班 在与矿方做好沟通的同时 做好本队伍 工作人员的组织 协调工作 炮眼深度为 2 2 2 5m 和炮眼深度为 1 5m 两种 检修班利用 检修时间施工 2 5m 炮眼 生产班施工 1 5m 炮眼 并且由综采队跟班干部 验收员现和采 煤机司机根据滚筒对构造的截割难易情况 判断出构造在不同段的坚硬程度 预算出打眼 放炮区域及炮孔的数量 位置 提高了爆破效率 预算出打眼数目汇报通风科 以便备足 4 一个班所需要的炸药 雷管 2 为达到最佳的爆破效果 1 5m 深炮眼每孔装药 2 3 卷 2 2 2 5m 深炮眼每孔装 药 3 5 卷 每次起爆不超过 40 个炮眼 同时要根据现场矸体的硬度情况 适量调整装药 量 并保证满足措施要求 3 如果构造在工作面揭露长度较大 爆破施工队 准备队 每班必须至少派 15 24 人 不包括跟班领导 到井下 分 5 8 组同时打眼 每组人数不得小于 3 人 4 打眼放炮时在不影响煤机更换截齿的情况下 尽量将采煤机停在打眼放炮处的机尾 侧 以免大块矸石卡堵采煤机破碎机 遇有大块岩石时 严禁使用煤机破碎机强行破碎 必须停机采取爆破方式处理 5 打眼 装药时 综采一队必须现场配一名支架工 以便随时对护帮板进行必要的动 作 3 43 4 排放孔施工排放孔施工 1 施工组织 采用 90 型风钻施工 干式打眼 每台钻配备作业人员为 3 人 2 定眼位时 钻杆一般先垂直煤壁 慢速钻进 当钻进孔眼 30mm 左右时 再调整钻 杆角度 并逐步加快转速 进入正常钻孔作业 钻孔钻进时 要掌握好倾角和方位角 防 止钻杆卡钻 断杆现象发生 施工排放孔 钻杆钻进时 要严格按防突员要求掌握好推进 进度 保持大约 1m 分钟的钻进速度 3 工作面施工排放孔孔径为 69mm 排放孔密度为 4 个 m2 排放孔位置 数量 可根 据现场煤体的实际情况调整排放孔的高度和数量 4 必须将排放孔内的破碎煤及软煤掏干净 5 施工靠近底板的排放孔 施工前将施工区域 20m 范围内支架的大 小护帮板全部打到位 护帮板必须紧贴煤壁 施工前用长钎杆将活煤活矸找掉 方可施工排放孔 6 施工靠近顶板的排放孔 加工 100 100 1700mm 规格架杆 将其固定在支架立柱 上 施工时 在煤帮放好楼梯 将 4 米架板支设在架杆与楼梯之间 人员站在搭好的平台 上施工 割煤时架杆不妨碍拉架 安全方便 3 53 5 几个问题的解决几个问题的解决 1 处理倒架 在构造区 工作面顶底板通常都比较破碎 特别是底板有软煤区域 支 架初撑力普遍不够 甚至出现支架空载 支架出现钻底 如不采取措施支架越拉越斜 形 成多米诺骨牌效应 大规模的歪架就会发生 因此 底板松软的地段 在移架过程中要注 意调架 防止支架钻底 验收人员加强工程质量把关 拉一次架量一次角度 对歪斜超过 8 的支架要采取人工强扶 调架前必须清理被调支架前后的浮煤矸块 再在支架顶梁下打 设戗柱 底座上打设压柱 如果下沉侧支架底座吊起 并且前端有空隙 可在下方铺顺山 板梁或道木 之后降架 缓慢拉架 将架调正 也可根据现场情况采取采煤机调架 即采 煤机滚筒顶住支架前梁缓慢升起将支架吊起然后拉架 或用采煤机拖架的办法调架 先将 采煤机滚筒和支架前梁用 764 大链相连 然后利用采煤机边拖边拉 2 构造揭露区域滞后 构造区域支架底座前矸石软煤多 支架拉不到位 支架滞后 使得此区域溜槽向采空侧凹陷 使得推溜力大部分被溜槽间的挤压力抵消 形成恶型循环 使推溜更加困难 根据以上分析我们提出解决方案 第一 拉架时 先清理干净架前浮煤 矸 拉架推溜过程中 强制提底 必要时用单体柱调节 第二 割煤要刀刀对构造区域补 冲一次 使该段支架时常保持超前 改善溜槽的受力状态 3 漏顶处理 过构造期间曾出现机尾三角区小范围漏顶的现象 处理局部漏顶的方法 关键就在于支架工拉架的顺序上 漏顶区域往返依次顺序拉架 这样会造成局部冒顶区域 的不断扩大 正确的拉架顺序是先拉漏顶区域边界支护阻力较大的支架 将漏顶范围边界 5 锁死 而后再拉中部漏顶区域顶梁上漏空 支护阻力为零支架 最后再拉漏顶区域内的 带压支架 使漏顶范围逐刀缩小 4 过空巷方案 方案一 过空巷期间采取留底割顶的方法 即空巷段沿底板推进 采高控制在 4 5 6 米左右 并且保证空巷段顶底板与 32 巷及工作面平缓过渡 同时必须采取空巷顶板退锚措 施 方案二 过空巷期间采取留顶割底的方法 即过空巷前 30 米 从 130 架到机尾逐步 卧底 每刀煤卧底不超过 30mm 保证溜子倾斜度在 2 左右 不超过 5 割底量在 0 5 1 米 支架前梁挑住 31 巷和 31 32 联络横川顶板 不破坏 31 巷顶板 保证空巷及其前后 10 米范围内采高控制在 4 5 米左右 并且 32 巷 工作面顶底板和空巷平缓过渡 既定方案为方案二 实际开采中发现 空巷采用木垛支护 对顶板的初撑力不够 顶 板下沉量大 为保证采高 需卧底量太大 对溜槽及连接部件都有一定的损伤 存在有较 大的设备运行隐患 并且割矸量大 顶板矸石较硬 必须采取割顶的方式 并且顶板上的 锚索因顶板变形严重 锚索无法退下 只能采用机组割 为了防止探巷内的锚索 托盘 钢带等铁器上运输系统 每割到距空巷时 停止煤机牵引 将运输机内的煤拉空 再继续 向前割煤 当采煤机后滚筒离开空巷口后 停止采煤机 停电拉开隔离手把 打出护帮板 由跟班干部亲自检查确认工作环境安全以后 方可指挥人员进入运输机内拣铁器 板梁 跟班干部 安监工负责监护 铁器全部拣出以后 由跟班干部亲自检查清点确认所有人员 撤出溜槽 回到支架内 方可下达开机命令 3 63 6 设备维护设备维护 3 6 13 6 1 检修时间安排检修时间安排 过构造期间 每天至少安排四小时的检修时间 充分利用每次打眼放炮时间 全员参 与动态检修 确保了设备的正常运转 且提高了开机率 3 6 23 6 2 设备维护措施设备维护措施 1 采煤机割矸时 司机每刀检查一次截齿和齿套 对磨损严重的截止齿及时进行更 换 防磨坏齿座 损坏滚筒 摇臂等设备 2 三机检修工及刮板运输机司机加大对三机的检修力度 除每天早班对运输机刮板 压条 螺栓 链轮等进行检查外 及时进行打压试验 和对各润滑点注油 在打眼放炮时 或运输机空载的情况下 刮板运输机司机必须对运输机的运行情况 进行认真观察 发现 问题后及时处理 严禁设备带病运行 3 过构造期间设备磨损严重 备品备件备齐备足 期间曾多次出现运输机断链 机 组行走箱坏 勾靴磨损严重事故 分析原因发现 原因之一是运输机链本身已经老化 再 由于过构造设备负荷大 磨损进一步加剧 导致链条的抗拉强度降低 原因二是过空巷锚 索 托盘 钻杆等铁器多 卡拌运输机底链 导致断链 原因之三是由于过构造期间底板 调整幅度大 而且调整频繁 加之特殊情况下持续推进机尾或机头 使运输机沿工作面持 续的起伏变化 总长度也跟着频繁变化 由于运输机张紧量调整不及时 运输机链过长 就产生溃链现象 容易导致断链 勾靴磨损严重 机组频繁掉道事故 先后更换了行走箱 工溜 转载机链 刮板 链轮 机头大架等部件 同时加大了检修力度 明显好转 4 在过构造的前期 出现支架 EEP 阀组被放震动炮崩坏的现象 严重影响到了生产 分析其原因 一是由于装药量和炮眼位置不合理 封泥长度不达标 二是设备保护不到位 导致 我们调整了装药量 底部眼装 2 4 卷 上部眼装 1 2 卷 采用三花眼布置 同 时在支架立柱间加设了一道保护皮 EEP 与阀组按一层保护皮 收到了良好的效果 保证 了后续生产的正常进行 5 把截齿 齿套 柔性轴 剪切销等消耗量大 容易损坏的物件备到控制台 机头 机尾盖板上 保证随用随取 尽可能地减少构造期间的停机率和故障率 每班工作面保证 存放有 50 个截齿和 10 个齿套 控制台截齿备用量至少 100 个 齿套备用量至少 20 个 除 此之外 将更换截齿 齿套 柔性轴 刮板等所需的手锤 套筒 尖锤 甩锤 卡簧钳 风动扳手等工具提前备足在采煤机机载工具箱内 考虑到割构造时 要大量的打眼放炮 施工排放孔 在工作面一趟风管的基础上 提前在机尾顺槽增设一趟风管 这样就能为打 眼提供足够风压 同时保证了 6 8 钻机同时施工的风量 提高了效率 风管安装与溜槽挡 6 煤板平行布置 并且安装两个风葫芦 便于移动 随时可以与凿岩机对接 把钎杆 风管 等所需设备及配件全部配备到构造现场的支架四连杆上 随取随用 4 4 配备队伍配备队伍 4 14 1 生产队伍配备生产队伍配备 为了配足过构造的人员 确保顺利 安全 快速通过构造 由矿领导统筹安排一准备 队到 3303 工作面服务 准备队负责施工炮眼 排放孔 综采队负责割煤 构造区顶板维护 矿调度室安排专人跟班负责协调各个队组的协调配合 综采一队在配足检修力量的同时 也为生产班配齐了支架工和外围人员 消除了因人员不足而产生的各种影响 保证了过构 造期间设备的良好运转 生产的正常推进 4 24 2 其他辅助队伍配备其他辅助队伍配备 防止矸石卡堵运输系统 矿调度安排人员在皮带顺槽将矸石捡出 考虑到过构造期间 推进放缓 超强支护顶板压力大 顶底板移近量大 防止出现压死支架 由矿临时安排队 组在超前支护负责补打锚索 起底 开帮 注浆工作 5 5 生产组织生产组织 5 15 1 劳动组织劳动组织 根据矿过构造时期的精神 为充分调动广大职工工作积极性 全面提高广大干部职工 的责任意识 安全意识和标准化意识 经队干部讨论每月颁布 月度过构造劳动组织方案 并且及的对方案进行完善 为快速通过构造带 起到了促进作用 过构造期间 综采队每班两名副队长带班 调度室安排一名干部跟班专门负责打眼放 炮时的组织和协调工作 保证各队组之间协调一致 有序配合 做打眼放炮 排放孔施工 的各项工作 最大程度地缩短时间 5 25 2 生产组织与任务 生产组织与任务 按照过构造期间的生产情况 制定出特殊地质条件下正规循环作业方案 例如 采用四六制作业 晚班 20 00 00 00 4 个小时 和检修班交接放炮工 作 并放完炮 正常割煤 1 刀 夜班 00 00 7 00 7 个小时 当班不放炮的情况下 割煤 2 5 刀 放炮情况下 割煤 2 刀 且放完炮 早班 7 00 12 00 5 个小时 当班不放炮的情况下 割煤 1 5 刀 放炮情况下 割煤 1 刀 检修班 12 00 20 00 监督炮眼施工 负责组织放炮 并且完成设备的正常检修 6 6 安全管理安全管理 由于过构造期间施工队组多 人员数量多 点多面广 加之非正规循环作业过程中存 在诸多可变因素 增加了现场管理的难度 为了保证期间安全稳定生产 先后制定了 3303 工作面放炮 割煤保障安全技术补充措施 煤帮维护安全技术措施 等 利用每 个班前会 对当前生产过程中的各工序进行新的风险辨识 组织员工对 措施 和岗位危 险源进行加强学习 跟班干部在生产过程中对员工进行监督 指导 让每位员工养成按措 施标准化作业的良好习惯 安监科 通风科每班派一名人员在现场全程跟班 监督各项安全技术措施的落实情况 在进行放炮和处理大块矸等特殊作业时 无关人员必须远离现场 跟班干部 安监员必须 亲自在现场监护 放炮时 跟班干部 安监员负责清理现场人员并按措施要求设置警戒 坚持 一炮三检 制度和 三人联锁 四人签字 放炮制度 坚持 手指口述 和停送电 启停机预警制度 过构造期间 作业人员混杂 服务人员对综采工作面的设备运行了解不 深 因此必须更加加强对现场安全的管理 工作面停送电或启三机前 必须由工作面马蹄 尔司机 工溜司机等各工种依次通过扩音电话向带班队长汇报安全状况 带班队长确认安 全 方可向控制台下达送电开机命令 控制台重复口令 必须发出预警 方可开机 7 7 需进一步探讨和解决的问题 需进一步探讨和解决的问题 7 17 1 分仓分选分仓分选 分析可知 运输系统卡堵是过构造期间的瓶颈和短板 每天因捡