1、概況
厚煤層( 大于 3.5米)具有儲(chǔ)量?jī)?yōu)勢(shì)，也是實(shí)現(xiàn)工作面、礦井高產(chǎn)高效的基本條件，然而目前世界各國(guó)在厚煤層開(kāi)采方面大都沿用傳統(tǒng)的分層開(kāi)采方法，沒(méi)有將厚煤層的儲(chǔ)量?jī)?yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量和效益優(yōu)勢(shì)，為了大力發(fā)展厚煤層的儲(chǔ)量?jī)?yōu)勢(shì)，大同煤礦集團(tuán)公司2002年上馬一套以國(guó)產(chǎn)為主，關(guān)鍵設(shè)備引進(jìn)的大采高綜采設(shè)備。
大同礦區(qū)5米厚煤層儲(chǔ)量豐富，僅大同煤礦集團(tuán)公司所采區(qū)域的可采儲(chǔ)量就達(dá)1.75億噸，因此通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新研究探索該類(lèi)煤層的開(kāi)采方法，進(jìn)行一次采全高技術(shù)裝備與配套工藝攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)這一厚煤層的高產(chǎn)高效，高資源回收率的開(kāi)采，成為大同煤礦集團(tuán)公司函待解決的技術(shù)難題。
2、地質(zhì)情況
2.1 盤(pán)區(qū)概括
四老溝礦14#層404盤(pán)區(qū)位于井田西北部,煤層厚3.5～8.84米,盤(pán)區(qū)采用雙翼布置,走向長(zhǎng)2400米,傾向長(zhǎng)度1804～2334米,平均20676米,蓋山厚度214～387米,平均320米。
2.2 煤層條件
據(jù)已掘14#層404盤(pán)區(qū)巷道實(shí)測(cè)見(jiàn)煤點(diǎn)及盤(pán)區(qū)21個(gè)鉆孔資料分析,盤(pán)區(qū)巷東部煤層厚度3.5～8.84米,厚度變化大,煤層結(jié)構(gòu)單一;西部煤層厚度3.57～5.41米,平均4.59米。14#層為暗煤、亮煤為主。原煤灰分8.79%,屬低灰煤;硫分含量平均都低于1%、為0.89%;發(fā)熱量6333千卡/公斤,煤種為二號(hào)弱粘煤。
2.3 地質(zhì)構(gòu)造
該盤(pán)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,地層傾角平緩,一般3～5°,盤(pán)區(qū)內(nèi)共有斷層4條,落差大于5米1條,落差1～2米3條,其中最大一條斷層在14#層404盤(pán)區(qū)東翼,落差2.0～6.8米。本區(qū)地質(zhì)大同向斜軸影響,有褶曲構(gòu)造,對(duì)開(kāi)采影響不大。盤(pán)區(qū)西翼有火成巖墻出露,對(duì)其兩側(cè)煤層有烘烤現(xiàn)象,但對(duì)煤層開(kāi)采影響不大。
2.4 頂?shù)装迩闆r
偽頂為灰色粉砂巖,厚0.35米;直接頂以灰白色細(xì)耱巖及中粗巖為主,層厚0.79～6.8米,平均6.68米;老頂為深灰色粉耱巖互層,層厚12.8米以上;直接頂為灰褐色粉耱巖,層厚0.95～9.87米,平均2.76米。
2.5 上覆下浮采掘情況
盤(pán)區(qū)西部小窯正開(kāi)采11#層,北部城區(qū)達(dá)子溝開(kāi)采11#層和14#層。本盤(pán)區(qū)除2#、11#、層工采外,其余大部分煤層厚度小于0.8未采,2#層距本層間距192米,11#層距本層間距28.5米左右。
2.6 水文地質(zhì)條件
地表屬里河水系,本層及上覆11#層頂?shù)装鍘r石中無(wú)含水層,低沼氣煤層,煤層爆炸指數(shù)40%。
2.7 儲(chǔ)量
2000年底核實(shí)確定14#層盤(pán)區(qū)工業(yè)儲(chǔ)量2941.0萬(wàn)噸,可采儲(chǔ)量1711.2萬(wàn)噸。404盤(pán)區(qū)工業(yè)儲(chǔ)量1295.3萬(wàn)噸,可采儲(chǔ)量753.7萬(wàn)噸。404東盤(pán)區(qū)工業(yè)儲(chǔ)量1646.7萬(wàn)噸,可采儲(chǔ)量957.5萬(wàn)噸。
3、采煤工藝
3.1 設(shè)備選型
采煤機(jī)使用德國(guó)艾柯夫生產(chǎn)的SL-500型雙滾筒搖臂式。支架使用ZZ9900/29.5/50支撐掩護(hù)式,由北京煤機(jī)廠(chǎng)和鄭州煤機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)。刮板輸送機(jī)使用SGZ1000/1050型轉(zhuǎn)載機(jī)使用SZZ1000/375型。皮帶自移尾裝置ZY2700型均由張家口煤機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)。皮帶使用SSJ1200/3×250G由廣東石龍煤機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)。
3.2 采煤工藝
采煤機(jī)割煤采用雙向割煤法,前滾筒割頂煤,后滾筒割底煤，采高一般控制在4.8米左右,大于4.8米煤層留頂煤開(kāi)采,小于4.8米見(jiàn)頂見(jiàn)底。工作面采用正循環(huán)作業(yè)方式，采煤機(jī)進(jìn)刀采用在工作面頭、尾割三角煤的斜切進(jìn)刀方式，其工藝過(guò)程為：頭、尾部斜切進(jìn)刀-正常割煤-移架-移溜。
3.3 巷道布置
工作面采用雙巷布置方式,巷道沿傾向布置,切眼沿走向布置。機(jī)軌合一巷 寬×高=5.0×3.5,用于出煤、進(jìn)風(fēng)蒹存放設(shè)備列車(chē)。軌道巷道 寬×高=4.3×3.5,用于運(yùn)料、回風(fēng)。切眼寬×高=8.4×4.0,一次成巷。巷道采用錨栓、錨索聯(lián)合支護(hù)方式，另加金屬網(wǎng)和護(hù)幫網(wǎng)，錨索長(zhǎng)度6.3米,錨栓長(zhǎng)度2.0米。
4、頂板管理
工作面高度增大以后，工作面的礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律以及對(duì)開(kāi)采工藝的影響有其特殊性。
4.1 工作面來(lái)壓規(guī)律觀(guān)察
首采工作面8402當(dāng)工作面推進(jìn)20米時(shí),古塘偽頂全部垮落,同時(shí)直接頂開(kāi)始垮落,推進(jìn)至30米時(shí),工作面中部30#-86#架古塘直接頂基本垮落,結(jié)合切巷的支護(hù)情況判斷直接頂初次垮落步距在22-36米,平均為25米。
當(dāng)工作面推進(jìn)至53-57米時(shí)工作面老頂初次來(lái)壓，基本頂初次來(lái)壓時(shí)來(lái)壓預(yù)兆不大明顯，壓力顯現(xiàn)時(shí)工作面中部較尾部明顯，尾部較頭部明顯動(dòng)載系數(shù)為：中部1.21,尾部1.16,頭部1.08。來(lái)壓后，中部有個(gè)別支架安全閥開(kāi)啟，根據(jù)老頂分級(jí)指標(biāo)結(jié)合老頂初次來(lái)壓步距為54.5米，判斷在工作面老頂屬于Ⅱ級(jí)來(lái)壓明顯。
工作在開(kāi)采800米段過(guò)程中，進(jìn)行了全面的礦壓觀(guān)察，從觀(guān)察結(jié)果來(lái)看，本工作面周期來(lái)壓始終基本頂中部來(lái)壓次數(shù)多且強(qiáng)度大，頭、尾部來(lái)壓次數(shù)少且強(qiáng)度小，來(lái)壓強(qiáng)度的平均為1.26,周期來(lái)壓步距在15-28米之間,平均16.5米。）
4.2 采空區(qū)頂板管理
工作面開(kāi)采采空區(qū)頂板管理方法為自然垮落結(jié)合人工強(qiáng)制放頂,初次放頂步距為28米,步距放頂為20米。
初次放頂步距參數(shù)表
|
序號(hào) |
項(xiàng)目名稱(chēng) |
單位 |
炮眼名稱(chēng) |
|||||
|
A1 、A2 |
B1、B2 |
C1、C2 |
D1、D2 |
E1、E2 |
F1、F2 |
|||
|
1 |
炮眼長(zhǎng)度 |
米 |
32 |
34 |
36 |
39 |
43 |
26 |
|
2 |
炮眼水平角 |
度 |
|
19 |
29 |
38 |
45 |
90 |
|
3 |
炮眼垂直角 |
度 |
28 17 |
28 16 |
25 15 |
23 14 |
21 12 |
33 17 |
|
4 |
炮眼個(gè)數(shù) |
個(gè) |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
5 |
炮眼直徑 |
mm |
65 |
65 |
65 |
65 |
65 |
65 |
|
6 |
炸藥密度 |
g/cm3 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
|
7 |
每米裝藥量 |
Kg/m |
3.32 |
3.32 |
3.32 |
3.32 |
3.32 |
3.32 |
|
8 |
裝藥長(zhǎng)度 |
米 |
17 18 |
18 19 |
19 20 |
21 22 |
23 24 |
14 14 |
|
9 |
裝藥重量 |
kg |
56 60 |
60 64 |
64 68 |
70 73 |
76 80 |
46.5 |
|
10 |
充填物長(zhǎng)度 |
米 |
10 |
10 |
10 |
15 |
15 |
12 |
|
11 |
導(dǎo)瀑索長(zhǎng)度 |
米 |
68 |
72 |
76 |
82 |
90 |
56 |
|
12 |
雷管個(gè)數(shù) |
個(gè) |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
13 |
雷管段數(shù) |
段 |
2 1 |
2 1 |
2 1 |
2 1 |
2 1 |
2 1 |
|
14 |
炸藥種類(lèi) |
|
高威力炸藥 |
|||||
4.3 頂板管理技術(shù)措施
兩順槽及切巷防護(hù)措施：超前支護(hù)由原20米,增加到50米,雙排單體支柱,對(duì)上方煤柱地段進(jìn)行加固,架設(shè)工字鋼棚或錨索帶工字鋼梁。
機(jī)道頂板護(hù)幫：因本工作面見(jiàn)頂見(jiàn)底，割平頂板底板，頂板破碎時(shí)實(shí)行超前移架，擦頂移架等方法，盡可能確保機(jī)道頂板完整。
工作面內(nèi)特殊地段機(jī)道過(guò)渡段落的頂板管理，由于兩順槽沿底留頂，掘巷高度3.5米，工作面采高4.8米有一段高差，所以工作面頂板要以一定的角度緩慢過(guò)渡到兩順槽頂板，即從順槽頂板起2°起坡緩慢過(guò)渡到工作面采高，頭尾過(guò)渡段一定要保持坡度平緩，避免突變臺(tái)階，保證支架頂梁接頂效果。
過(guò)上層煤柱安全技術(shù)措施：上覆11#層距本層間距平均30米，上部有兩條20～30米的煤柱，在開(kāi)采過(guò)程中，過(guò)煤柱壓力顯現(xiàn)特別明顯，片幫深度最大達(dá)到2米，安全閥80%開(kāi)啟，采取調(diào)斜工作面，打開(kāi)二級(jí)護(hù)壁板，提高初撐力等措施。
5、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)
①由于采高增大,大大提高了現(xiàn)有區(qū)段煤炭開(kāi)采率,以14#層404盤(pán)區(qū)
煤層厚3.5～8.84米,原設(shè)備開(kāi)采3.2～3.3米,對(duì)于平均煤厚5.1米煤層,損失1.8米,厚度損失占35.3%,按此計(jì)算,盤(pán)區(qū)僅煤厚損失就達(dá)600萬(wàn)噸,采用于4.8米一次采全高,僅煤厚度的回收就可提高30%,并與回收可采原煤513萬(wàn)噸。
②根據(jù)8402工作面生產(chǎn)情況,因受全礦環(huán)節(jié)能力影響,大采高日產(chǎn)可達(dá)8000噸/日。
經(jīng)濟(jì)效益:設(shè)備投資回收期短,投資利潤(rùn)高;設(shè)備投資1.1億元,按全
礦成本80元/噸計(jì)算噸煤銷(xiāo)價(jià)110元,全年效益200×30=6000萬(wàn)元,投資利潤(rùn)率6000/11000=54.5%。工效:81噸/（工、天）。
6、結(jié)論
實(shí)踐表明,大采高一次采全高工作面取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果,一般情況下,其主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要優(yōu)于分層綜采工作面,大采高綜采工作面的單產(chǎn)要比同一煤層條件下的分層綜采工作面提高2.6～4倍,而開(kāi)采工效則要高16倍,堅(jiān)硬頂板條件下的一次采全高,已在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上體現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿?/span>,并為降低掘進(jìn)率、緩和采掘關(guān)系、簡(jiǎn)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)和安全生產(chǎn)提供了條件。因此,在大同礦區(qū)“兩硬”條件下進(jìn)行采高5米的開(kāi)采具有示范和推廣意義。
作者簡(jiǎn)介:
尹達(dá)君 (1964～ ) 男,大學(xué)文化程度， 高級(jí)工程師, 現(xiàn)任四老溝礦總工程師。
大同堅(jiān)硬頂板條件下
—5米一次采全高工藝
尹達(dá)君
同煤集團(tuán)四老溝礦
200７年 ４ 月
