探讨煤矿大倾角煤层开采技术应用

探讨煤矿大倾角煤层开采技术应用

刁家乐

山东能源新矿集团内蒙能源长城五矿

摘要：随着煤矿开采年限延长，有的矿井到达深部开采，传统分布的煤层正接近开采的极限。在这个阶段,有的煤矿的剩余煤层都是那些开采困难的薄煤层或者地形复杂的煤层。在我国的煤矿生产中,大倾角煤层是倾角大于30度的煤层。经过漫长的地理演变,使煤岩层形成了比较完整的机理,机械化开采工艺的实际使用存在一定困难。针对此类问题,本文对提高大倾角煤层的开采能力和技术，进行有针对性的研究,给同行以借鉴。

关键词： 大倾角煤层 综采工艺 应用思考

引言

我国地域辽阔,煤层储藏条件复杂多变。其中,大倾角煤层的储量非常丰富,但是对其的井下煤炭开采十分困难。某煤矿西侧发现大倾角中厚煤层,但是该煤层的质地柔软,很容易使顶板塌陷。为了有效解决顶板掉落的问题,该煤层先后采用巷柱式、仓储式、走向长壁等多种采煤方法,但效果不理想。顶板倒塌事故不仅影响采煤的顺利进行,还威胁着地下采矿工人的安全。因此,必须选择合理的开采工艺。

1.回采工作面概况及地质条件

某矿4012(26)回采工作面的地质概况如下所示:北部到溜煤上山,南部到达F8断层的开切眼,通风巷道和机械巷道的标高分别为+100米和+50米,回采工作面走向长度和倾斜长度分别为340米和95米,工作面煤层的倾斜角度26°～42°。

西翼K26煤层属于复合煤层,存在1～3层夹有矸石的泥岩,其中煤层总厚1.8～3.3米,泥岩厚度0.2～0.35米。

大部分顶板是由泥岩构成,少量顶板是由砂质泥岩构成,局部则是由细砂岩构成。顶板厚度为5～10米,其中伪顶厚度为0.12～0.75米,伪顶是由铝土质泥岩构成,稳定性差。

以下是采场走向大倾角煤层不同采面形状顶板垂直应力a2与距煤壁L关系图以及走向媒体垂直应力a2走向长度L关系图。

2.采煤方法回顾及开采中存在问题分析

该矿的多处煤层都出现大幅度的倾斜现象,其中包括F8断层上盘煤层、301、321采区K26煤层,对于这种煤层的开采手段有很多,一般情况下会使用巷柱式、仓储式和走向长臂留顶煤式开采,为了避免顶板垮落的现象发生,该矿煤层可以采用适当的支护方式,其中包括金属摩擦支柱、木支柱支护和铰接顶梁支护。该矿煤层复杂的结构形成,增大了其在安全、管理、资源利用方面的难度,导致了一系列的安全隐患:井下频繁的空顶作业,使工作人员的安全受到很大的威胁,联络巷复杂的结构容易造成通风死角,安全管理的难度比较高,煤炭资源的回收率得不到保障,矿井的经济效益受损 [1] 。

3.采煤方法的合理选择

在针对矿产资源利用率低和安全问题棘手的情况进行了彻底、认真的调查之后,决定采用一种综合的机械化煤矿开采方法,与其他煤矿开采方法相比,综合机械化的煤矿开采方法能够有效地避免复杂的联络巷和联络巷过多而导致的通风死角,这样能够提高工作面的安全管理效率。此外,综合的机械化煤炭开采方法不需要在井下设置各种煤柱,从而提高了煤炭采收率并减少了资源浪费。同时,使用综采液压支架可防止顶板垮落现象的发生。综采液压支架具有较强的支撑强度,较宽的控制范围和较高的稳定性,这些优点可以减少甚至避免发生片帮、窜矸事故 [2] 。

4.采取的主要技术措施

(1)提高井下组织和管理工作,完善井下“三机”配套设施

建立专门的井下机械化设备管理小组,建立专注于特定井下机械问题的科研团队,并与优秀的高等研究机构合作解决井下机械问题。此外,还需要增强对井下工作人员的技能培训,提高他们的整体技能水平。

(2)对于井下支架要有足够的稳定性,来防止支架倒塌

根据矿井的实际情况选择适合的井下支架,该支架要满足较高的稳定性并保证防滑、防倒的优良性能,而且还可以及时调整支架的位置以满足实际工作需求 [3] 。

(3)机风巷改造

由于某些工作面最初是按炮采工艺设计的,与综合机械化的煤矿开采方法相比,炮采工艺的巷道显得更窄,配备的支护方式远远不能满足工作面设备的运输和生产能力需求,因而需要对其进行改良。首先用锚索、锚杆、钢筋梯和棱形金属网组成联合支架,代替原本的金属梯形支护,其次将黄岛截面面积扩大至7.8m2。

(4)预防井下煤矸石飞溅事故的处理方法

煤壁片帮和顶煤下落时很容易产生飞溅的矸石,这些矸石可能会对工作面上的机械设备造成损坏,甚至导致工作人员的伤亡事故。因此需要设置一道挡煤板,避免飞溅的矸石对机械设备产生碰撞致使机械故障引发安全事故。必须将挡煤板安装在合适的区域。挡煤板可以隔开工作环境,提高采煤人员生产安全性。

(5)预防工作面顶板垮落事故的处理方法

顶板松软所以容易掉落,掉落的顶板可能损坏下面的设备,甚至造成人员伤亡。为了有效避免顶板掉落造成的安全事故,一般使用以下方法进行处理:首先,让支架与割煤机保持同步移动,可以有效减少顶板在无支护条件下暴露的时间,对于顶板非破碎区域,支架要与采煤机尾端保持一定距离,对于断层和破碎区域,这些区域非常容易发生顶板掉落现象,两者要确保不大于3米的空隙。在这些顶板事故发生率过高的区域,如果支架与采煤机之间的距离超过安全范围,应该先暂停采煤作业然后移动支架,还可以通过搭建超前支架的方式增大支架和采煤机之间的安全距离。其次,在移动支架时,要注意带压移动。而且在支架移动后要及时展开伸缩梁,因为此时的支架稳定性不够,容易发生冒顶事故。最后,采矿人员在工作过程中,在严重破碎区域,需要大幅度降低每次割煤机的切割深度,可以比原来的减少 200～300米,避免垮落事故的发生。

(6)预防片帮事故的处理方法

在片帮事故高发区域中,必须及时移动超前支架,以使支架与割煤机之间的距离在安全范围内 [4] 。当两者之间的距离超过安全范围,需要马上停止煤炭开采工作,通过合理的防护手段例如扶棚等,提高端面的支护强度,以达到施工标准。

(7)预防冒顶事故的处理方法

在工作面向前进行推进时,如果有迹象表明周围的煤墙上会发生冒顶,而且顶板已经发生破碎,则必须首先将支架移至指定位置以避免冒顶事故的出现,预测冒落事故发生的具体位置并对其进行临时支护,再在顶梁上部安装合适支撑结构进行接顶,注意在接顶时要安排专业人员实施监管,以避免在接顶时可能发生的安全事故 [5] 。

5.实施综采取得的效果

该矿在机械化开采大倾角中厚煤层软顶工作面方面取得了巨大成功。

这种机械化的煤矿开采方法极大地提高了煤炭产量,采矿效率和煤炭回收率,每月采矿量提高了5.7倍,采矿效率提高了4.9倍,煤炭回收率提高了2.4倍,比过去多开采煤炭5.39万吨,采矿利润额外增加了1960万元。这种机械化采煤方法提高了一些上方覆盖了松软的岩石层的工作面的顶板的稳定性,有效控制了各种冒落事故的发生,并成功避免了采矿工作人员伤亡事故的发生。同时,通风系统的优化减少了类似事故的发生。

6.结语

煤矿企业要重视对大倾角中厚煤层软顶工作面上的机械化开采研究,提高采矿人员的安全。此外,基于综合机械化开采的各种发展前景,煤矿管理层要加大力度深入大倾角煤层综采工艺的优化探究,提高煤炭回收率和煤矿经济效益,促进煤矿行业的深入改革和持续发展。

参考文献

[1]郗斌元.大倾角煤层综采工艺探讨及应用[J].矿业装备,2019(5).

[2]付俊义.大倾角中厚软顶煤层机械化采煤法的应用研究[J].矿业装备,2018(3).

[3]赵慧君,宋旭光.大倾角三软厚煤层大采高综采面矿压特征及支架适应性研究[J].能源与环保,2018(6).

[4]张浩,伍永平.大倾角煤层长壁大采高采场煤壁片帮机制[J].采矿与安全工程学报,2019(2).

[5]王红伟,伍永平,焦建强,等.大倾角煤层大采高工作面倾角对煤壁片帮的影响机制[J].采矿与安全工程学报,2019(4).

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