神東礦區(qū)中硬厚煤層放頂煤開采實踐

于海湧,范志忠

（天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部,北京 100013）

神東礦區(qū)中硬厚煤層放頂煤開采實踐

于海湧,范志忠

（天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部,北京 100013）

鄂爾多斯東勝煤田均采用一次采全高采煤方法進行開采,開采高度逐年在加大,目前開采高度已達到了 7.2m。工作面的采高畢竟受到煤壁片幫和機道冒頂控制的限制,再則煤層厚度的變化也限制了大采高開采設備的充分應用。為此,神東在柳塔煤礦煤層厚度不穩(wěn)定的東部盤區(qū)首次實施了放頂煤開采實踐,為神東礦區(qū)今后開采特厚煤層提供了有效途徑。

中硬煤層;放頂煤開采;綜放支架

神東柳塔煤礦位于鄂爾多斯東勝煤田,礦井設計生產(chǎn)能力為 3Mt/a,從 2006年以來,一直采用大采高采煤方法,開采厚度達 5m,保持一井一面的集約化生產(chǎn)模式。然而,在該礦東部盤區(qū) 12煤層的鉆孔資料顯示可采厚度從 0.8～7.62m,平均厚度為 7.25m。因此,在該盤區(qū)采用以往的一次采全高工藝,將會出現(xiàn)以厚煤層開采配套的設備不能適應薄煤層區(qū)開采,以薄煤層開采配套的設備,則厚煤區(qū)得不到充分開采的實際問題。為實現(xiàn)礦井東部盤區(qū)工作面的高產(chǎn)、高效、高采出率和安全本質(zhì)開采,通過初步調(diào)研,認為采用綜合機械化放頂煤開采不穩(wěn)定特厚煤層具有明顯優(yōu)勢。

為此,柳塔煤礦自 2009年 4月 19日至 2009年 12月 7日在東部盤區(qū) 1208工作面采用兩柱式放頂煤支架進行了開采實踐,累計生產(chǎn)原煤 2.96Mt,最高月產(chǎn) 640kt,最高日產(chǎn) 27148t,工作面采出率達到 86.7%,采區(qū)采出率為 76.04%,工作面達到了可以實現(xiàn) 8Mt/a的生產(chǎn)能力,綜合機械化放頂煤開采技術(shù)首次在神東礦區(qū)株羅紀煤層獲得成功,為神東礦區(qū)的特厚煤層開采又提供了一條切實可行的開采技術(shù)途徑。

1 綜放工作面概況

1208綜放工作面是柳塔礦東部盤區(qū) 4個規(guī)劃工作面的第 1個開采工作面,左右為未開采的1207面和 1209面,工作面走向推進長度 978.5m,工作面長度 275m?？刹珊穸?3～8.5m,平均7.3m,傾角 1～3°,一般含夾矸 1層,厚 0.05～0.28m,夾矸巖性為粉砂質(zhì)泥巖、泥巖。工作面埋深平均 96m,地表為第四系風積沙,沒有建筑物及其他保護設施。煤層頂板多為泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖,底板主要為砂巖、細砂巖及泥質(zhì)粉砂巖。煤體單軸抗壓強度為 20.07MPa,煤層屬中硬,且煤體節(jié)理裂隙不發(fā)育,力學參數(shù)見表 1。

表1 柳塔礦東部盤區(qū)煤層頂板巖層力學參數(shù)

工作面支架選用 ZFY10200/25/42型兩柱掩護式放頂煤支架,支架采高變化在 2.5～4.2m,額定工作阻力 10200kN。采煤機為 EI CKHOFF公司SL750型采煤機,前后刮板輸送機為 SGZ1000/2×1000型大功率輸送機。

2 工作面頂煤冒放性分析

對于綜合機械化放頂煤開采而言,其頂煤的可放性決定該采煤方法是否能獲得成功的最關鍵因素。若頂煤具有良好的可放性,確定合理的放煤步距和放煤方式,保證最大頂煤的放出率是放頂煤工作面要解決的核心問題;若頂煤可放性差或比較差,放頂煤工作面要解決的重點問題就是如何弱化頂煤。

影響頂煤的可放性因素主要有:煤層強度、煤層賦存深度、煤體的完整性,即頂煤的節(jié)理裂隙發(fā)育程度、頂煤夾矸情況、直接頂和基本頂?shù)膸r性與厚度和工作面的采放比 6個方面。

1208放頂煤工作面頂煤單軸抗壓強度為20.07MPa,屬于中硬煤層,頂煤垮落角約為 70°,當支架前移后,頂煤垮落良好。根據(jù)格里菲強度理論計算可得 1208工作面頂煤在采動應力作用下能充分破壞的最小臨界深度為 332m,而實際 1208面的埋藏深度平均僅為 96m,在這種條件下不利于頂煤的自行破壞和垮落。然而,1208面煤層僅有一薄層夾矸、采放比低,平均值僅為 1∶1,支架工作阻力為 10200 kN,可以實現(xiàn)高支架工作阻力對薄頂煤反復支撐的破壞作用,從而使頂煤具有良好的可放性。所以分析結(jié)果表明柳塔礦 1208放頂煤工作面頂煤冒放性僅為一般,會有大塊煤產(chǎn)生。

7個月的實際生產(chǎn)也表明 1208放頂煤工作面頂煤在礦山壓力的作用下能夠自行垮落,支架后鉸接點沒有懸頂現(xiàn)象,但較多的大塊煤大大影響了頂煤的放出率,如圖 1所示。

3 頂煤破壞形態(tài)

對于具有較好頂煤冒放性的放頂煤工作面而言,頂煤在經(jīng)歷支架頂梁 4～6次的反復支撐后,在離開支架后鉸接點時形成了破碎松散體充滿采空區(qū),當支架后尾梁收縮和回收時,破碎的頂煤便以松散體的狀態(tài)流入后部運輸機內(nèi)。然而,由于柳塔礦 1208放頂煤工作面頂煤比較堅硬,其頂煤和頂板的破壞和垮落狀態(tài)如圖 2所示。

工作面頂煤和頂板主要特點是煤體實際比直接頂硬,頂煤在礦山壓力作用下能夠自行垮落,但塊度比較大,破碎的頂板矸石往往夾雜在大塊煤體中,隨著距支架頂梁 1～2m范圍內(nèi)被支架反復支撐破壞的碎煤體放出時矸石也被放出,這部分的矸石切斷了被甩在后方采空區(qū)內(nèi)的大塊煤,降低了頂煤放出率。在這種情況下,只有承受一定比例的矸石放出,才有可能放出采空區(qū)內(nèi)的部分煤體。

圖1 工作面后部輸送機放煤口被大塊煤卡住

圖2 柳塔礦中硬煤層頂煤的破壞形態(tài)和垮落過程

4 放煤工藝

放頂煤工藝包括合理的放煤步距和放煤方式,在 1208放頂煤工作面分別試驗如圖 3所示的放煤工藝。

圖3 放煤工藝試驗方法

原則上每種工藝試驗觀測 15m,共進行 6個區(qū)域。根據(jù)實際放煤效果和放煤時間得出柳塔礦1208放頂煤工作面合理的放煤工藝是一刀、順序、隔架、分段 1次全量加補放放煤工藝,即當采煤機進入正常割煤后,2個放煤工分段開始放煤。放煤工A放 6,8,10,12,14號支架。放煤工 B在間隔 10個支架后開始放 16,18,20,22,24號支架。然后,放煤工 A再返回來放 7,9,11,13號支架,放煤工 B返回來放 15,17,19,21,23號支架,直至 2個放煤工放完,若在個別支架放煤口處沒能見到矸石,該段放煤工回頭再進行補放。放煤時要控制煤量均勻流入后運輸機內(nèi),若煤流速度減緩,要上下擺動尾梁,若遇到大煤塊,也要上下擺動,同時反復伸縮插煤板,將其破碎。

放煤步距 0.8m,放煤原則是見到采空區(qū)矸石關門,放煤工要憑經(jīng)驗判斷何為頂板下落的矸石和采空區(qū)滾出的矸石,由圖 2可見,通常順著大塊煤間竄出的矸石比較干凈,而從采空區(qū)滾出的矸石比較黑。

5 結(jié)論

（1）柳塔煤礦 1208綜放工作面月產(chǎn)達到640kt,采區(qū)采出率達到 76.04%,頂煤在礦山壓力作用下能夠自行垮落,在整個開采過程中實現(xiàn)了安全無事故,故柳塔礦的綜放開采是成功的。

（2）在中硬煤層實施綜放開采,加強支架尾梁破碎大塊煤的能力是提高頂煤采出率的關鍵技術(shù)之一。

（3）對于采放比不大于 1∶1.5的綜放近水平工作面,合理的放煤工藝是一刀、順序、隔架、分段 1次全量加補放放煤工藝,

[1]錢鳴高,石平五 .礦山壓力與巖層控制 [M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2003.

[2]于海勇,等 .放頂煤開采基礎理論 [M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1995.

Application of Full-mechanized Cav ing Mining Meduim-thick Coal-seam in Shendong Mining Area

YU Hai-yong,FAN Zhi-zhong
（CoalMining&DesigningDepartment,Tiandi Science&Technology Co.,Ltd,Beijing 100013,China）

Single-fullminingmethod was applied in Dongsheng coal-field of Erdos.Mining height increased year by year and current mining height has reached to 7.2m.Mining heightwas limited by coal and roof fall at coal-wall,and the coal-seam thickness variation also limited full application of mining equipments for large mining-height.Therefore,Shendong Corporation firstly applied full-mechanized cavingmining in thickness variation area of eastern panelofLiuta Colliery.Thisprovided an effective approach formining extreme thick coal-seam.

medium hard coal-seam;top-coal cavingmining;top-coal caving powered support

TD823.4 9

A

1006-6225（2011）03-0066-02

2011-03-08

國家“十一五”科技支撐資助項目 （2006BAK03B04）:堅硬頂煤、頂板高效開采安全保障技術(shù)

于海湧 （1960-）,男,山東青島人,博士,研究員,1999年獲英國Leeds大學博士學位,是我國第一個研究放頂煤開采的博士,提出的 “放頂煤橢球體理論”體系已廣泛被接受和應用,現(xiàn)任采礦技術(shù)研究所副所長。

[責任編輯:周景林]

開采與設計