复杂地质条件下的缓斜厚煤层悬移支架放顶煤开采

复杂地质条件下的缓斜厚煤层悬移支架放顶煤开采
宁阳县保安煤矿 张存幸
保安煤田位于宁阳煤田东区的中西部位，地质条件非常复杂，给开采带来了许多困难。自1991年8月开始研究厚煤层放顶煤开采，于l992年5～l1月在3201工作面进行
试验，取得了较满意的效果。
1 3201工作面放顶煤开采设计
1．] 工作面概况
3201工作面位于3200采区上部，受Fa。和F 两条大断层切割呈三角形状态。标高为一l70～ 一l54m，相应地面为大片农田，开采深度为225~24lm之问。工作面平均走向长
l15m，倾斜长25～70m，煤厚平均5．4m，地质储量5．04万t}煤层走向128’，倾向218 ，倾角l0～25‘。工作面中有3条落差大于2m 的小断层。北部边缘靠近Fs。断层处有
淋水，但无水患水灾因素。煤层直接顶为灰色砂页岩，厚约2．5m，裂隙发育；老顶为灰白中砂岩，厚20m左右。底板局部为0．5m左右的灰色粘土岩，较松软I其下为灰细砂页岩，厚3．5m；再下为灰白中砂岩，厚l 4m左右，坚硬，直接复于3f煤之上。需要特别指出的是，为了探明构造，采区设计之前，曾在该工作面范围内由煤层顶到
底板掘进过一条探煤下山{另外，此工作面原设计为分层采煤工作面．分层回风巷已经掘出．而放顶煤工作面又将分层回风巷圈在了面内。这些沿顶老巷都给放顶煤开采造成了很大困难。
1．2 巷道布置
3201工作面的运输巷和回风巷均沿煤_；t 弓层底扳布置。采用梯形术棚支护，其断面上净宽I．68m，下净宽2．3lm，净高1．8m，狰断面积3．65m。。为便于悬移支架按装，开切眼棚梁长取2．4m。棚腿长2m，棚距1．2m，掘进时以萎形金属同护顶。另于轨道上山外侧掘进液压泵站，兼作工作面的配电点，用金属支架和混凝土背扳支护，净断面积4．76m。。巷道布置参数主要考虑工作面的倾斜长度，保证工作面的推进度大于20m／7]，以缩短采空区的供氧时间。据此，本工作面斜长定为70m。
]．5 支架选型
通过比较，我们认为悬移支架从架型结构、技术性能和投资节省各方面比较适用我们的条件，故选用北京矿务局液压支架总厂生产的xDY一7型悬移支架作为放顶煤的
支架。
1．4 支架按装形式
xDY一7型悬移支架的顶梁下面焊有3个联接液压支柱的柱窝，具体尺寸如下图：支柱和顶梁的联接有两种形式：
(1)将支柱联接于A、B两点。这种形式B点至煤壁空间大，可安装机组割煤．但剪同放出的煤需从A点以外人工扒至B点以里．19
费时费力。如果在A、B之间再安装一台运输机，可以较好地解决顶煤运输，但两个空档都按有运输机，又给行人、运料带来不便。
(2)将支柱联接于A、C两点，把运输机按在A、C之间．开始时运输机靠于C点，便于放炮装煤，移架后，运输机原置不动，靠于A 点，便于扒装顶煤。这种形式宜于炮采。3201工作面为炮采推进，故取第二种形式。
1．5 回采工艺
1．5．1 炸破落煤
工作面沿煤层底板推采。采高2m，放顶煤厚度3．5m，采放比为1 z 1．7，循环进度为0．75m。炮眼取三排五花眼布置，侧式供水煤电钻打眼，2 矿许用铵梯炸药和瞬发电雷管爆破。顶煤靠矿山压力破碎，架后剪阿放出。
1．5．2 联接菱形金属同 。
炮后煤顶用菱形金属同支护。金属网长l0m，宽0．8m，搭接宽度5cm。联网用40era长的1 4 铁丝，对折后每一个联络点重缠三圈再拧紧，每20era一个联接点。联接后的金
属网应保证移架完成后在煤壁处余20cm左右，以利于下一循环的联网工作。
1．5．5 仲出支架前探梁，和金属顶阿配套，及时支护好新悬露的煤顶。
1．5．4 出煤，将炮采的煤装入运输机运出。
1．5．5 移架，移架前，运输机靠前柱，便于炮采装煤i移架时，运输机原置不动；移架完成后，运输机靠后柱．便于抓装顶煤。
1．5．6 剪网放煤
①放煤参数：参考相似条件下的最佳参数，放煤步距取1．4～1．5m(两个循环)，间距取1．2m。
② 放煤顺序：取间隔两轮顺序放煤。即：每一个循环均放顶煤，放煤I：1间距2．4mj每一个放煤I：1第一轮放出顶煤的一半，第二轮放至见矸为止。
③ 网口位置和形式：同口位于煤层底板20以上15cm处，取“ ”形式，网口长为50cm。
④ 顶煤放完后用小同片将阿口补上，以防漏矸。
1．5．7 移溜。放完顶煤以后，即可将靠后柱的溜子移靠至前柱，为下一循环炮采出煤作好准备。
2 3201工作面放顶煤开采情况
3201工作面自1992年5月25日开始推采，l1月12 It结束，累计采煤面积71 77m。，采煤44591t。
2．1 采面回收率提高
回采过程中．累计向顶煤打煤厚探测孔75个，探得平均煤厚为5．425m，采面实际回收率为88 ，较相似条件下的分层采煤提高1oH以上。
(1)初采、末采损失小。过去，为了保证初次来压时的顶板管理和收面时的安全，初采8m．末采12m不回收顶煤。初采时垒扒放顶煤，只在初次来压前两个循环不扒放顶煤，工作面安全推进。末采收面前，工作面长仅25m，虽包括工作空间在内有4m 来回收顶煤，但损失较小，悬移支架顺利撤出。
(2)选择了合适的放煤参数。老塘侧的放顶煤保持尽可能放净为准，放煤I：1位置、间距适当。
(3)落实经济责任，严格现场管理。
2．2 矿山压力显现及支护
为了摸索缓斜厚煤层放顶煤开采条件下的顶板活动情况，我们用sY一4 0型测压仪进行了支架阻力测定。
2．2．1 测区布置；在工作面上分上、中、下三个测区，设7条观测线。即；距工作面上、下出口各6m处分别设两条观测线，于工作面中部设3条观测线。
2．2．2 从开切眼推进开始，每班设两名专职人员两小时测读一次数据．观测33天．计测53个循环。
2．2．5 观测数据显示，工作面从开切眼推进到30~33个循环时出现压力峰值区，实测到最大平均阻力为561kN／架，初次来压步距为27m左右。此后，到50~53个循环时又出现压力峰值区．实测最大平均阻力为455kN／架，周期来压步距约为15m左右。
2．2．4 厚煤层放顶煤条件下的矿山压力显现比较缓和。工作面的支护强度初次来压时为209kN／m。，周期来压时为I68kN／m。，正常推进时仅为d5～65kN／m 。分层开采时，顶分层工作面顶板来压期间煤壁片邦现象严重，顶板常有台阶下沉现象发生；采底分层时，沿底掘进的巷道断梁断腿普遍，很难维护。主要是顶煤起了缓冲作用。顶板压力通过顶煤传递到支架上，而顶煤在受压破碎过程中释放了部分压力．所以支架受力就小了。放顶媒条件下矿山压力显现缓和给采面
支护提出了新的问题：支架阻力不足，受横向力冲击时易倾斜甚至倒伏 为此，我们采取了三条措施：一是在工作面倾角局部变陡的地段，用两端带铁钩的细钢丝绳将相邻支架联接起来．使支架在倾斜方向上形成一体f二是在支架之间的空档里加打一梁两柱的走向抬棚， 防倒架；三是在顶板来压期间，沿后柱支设抗棚．防止推架 这些措施，保证了支护的可靠性
2．5 在防尘、防火方面采取的措麓
2．5．1 自燃发火预防措施：
①提高回收率。放顶煤放净再关门f开采线、停采线、上下两道处尽量少丢煤；上下巷道的可燃性物料回收干净、减少可燃性。
②加强风流控制，减少采空区漏风。一是采取均压通风，二是工作面在采空区侧挂挡风帘，防止老塘进风供氧。
⑧ 加快工作面推进速度．工作面设计斜长保证月推进度达到20m 以上．工作面走向长度小．在自燃发火期(6～8月)内工作面基本采完，减少了采空区氧化时间。
④ 向采空区内注水。
⑤加强气体鉴测，随时掌握气体、温度变化情况。
2．5．2 防尘措施：
④ 在上下顺槽工作面以外30m 处设两道水幕，在放煤口设喷雾共。
② 向煤层注水．在回风巷每20m打一个注水孔，孔深30m。
③在运输巷各转载点设喷雾头洒水。
④坚持湿式打眼，采用水炮泥封孔。
⑤ 放炮前对采煤面全面洒水，两槽定期洒水冲刷粉尘。
5 经济效益分析
与分层采煤相比较．放顶煤开采的经济效益比较明显，见表1。xDY一7型悬移支架和HDY一2型滑移支架性能对比，见表2。表】 与分层开采技术经济比较项目 分层开采法 放便煤开采 每年效益(万元)
万吨掘进率(m／万I) 409 272 65．5直接材料费(元／t) 5．74 t’58 l1．832工作面搬家次数(次／年) 25 2 2．14工作面回收率(％) 70 84．8 35．126工作面单产(t／月) 59l6 8500 83．762回采工效辜(t／r) 2．27 3．75台 计 198．362I
表2 xDY一7型悬移支架和HDY一2型滑移支架比较项目 单位 xDY一7悬移支架 IIDY～2滑移支架支架高度 自选 自选
支架全长 3．06 4．4G
前探粱行程 0．8 0．6
技
术 常用支柱数量 根 L 4 4
参 顶粱全宽 0．63 0．25
数
韧撑力 kN 600 600
工作阻力 kN 12GO 1200
泵站压力 MPa 19．6 19．6
顶梁排列形式 双粟并列 双粱前后排列
顶梁连接方式及可靠性 四连杆滑块可靠 弹簧锕板易扭曲损坏
前探粱动作方式 液压伸缩易操作 人工锭按费力、不可靠
最小控顶距 2．26 3．8
最大控顶距 3．O6 4．4
规定架距 1．2 O．8
适应倾角 <34 <25
稳定性 稳定 一般
采面需要运输机 台 1 2
装备lOOm长工作面费用 万元 81．12 105．8
由于矿山压力显现明显减小，上下两巷工作面顶板，无明显压力I粉尘浓度比放炮落煤也明显减少，采取了一些防尘措施。所以安全情况比用分层法采煤有好转，社会效益就更加突出。
保安煤矿复杂地质条件下的缓斜厚煤层悬移支架放顶煤开采，是采煤方法和工艺上的大胆突破和改革，受到了上级主管部门的热情关怀和高度重视，同时太安市科委还组织专家、教授进行了鉴定。鉴定意见充分肯定了这种开采方法具有的高产、高效、低耗、回收率高、安全好、经济效益显著等突出优点，认为试验是成功的，方法是可行的，为相似条件下厚煤层的开采提供了实践依据及可行性保证．具有广阔地推广应用前景。同时建议．应对防尘、防火等问题进一步加大措施，以确保安全生产。