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    “第三十七届科技论文交流会”三等奖论文2

    大采高综采工作面收尾技术的应用与实践  

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    大兴矿 ? 巩红林  

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    摘要 铁煤集团大兴煤矿开采厚煤层已有10余年时间,累计回采煤炭2000余万吨。从2008N2903首个大采高工作面开采至今,经过多年的探索与实践,克服了厚煤层开采的一系列难题,尤其是对大采高综采工作面收尾期间的回采工艺、层位管理、帮顶支护、安全措施及设备回撤等方面,积累了丰富的开采经验。极大综短了工作面收尾工程时间,满足了采空区防火要求,实现了工作面安全回撤。  

    关键词 大采高? 铺网? 劈帮? 顶板支护? 煤层  

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    1. 概况  

    S2905 工作面煤层厚度在4.506.80米之间,平均煤厚4.80米,储量140.12万吨。煤层呈黑色,块状构造,质较纯,以长焰煤为主,煤层倾角1220?。工作面煤层结构复杂,含夹石 0 6层,夹石厚度在0.070.77米之间,以粉砂岩和细砂岩为主,硬度小。直接顶为粉砂岩和细砂岩,厚度5.86m,灰色,泥质胶结,硬度为4,局部有火成岩发育。老顶为粗砂岩和中砂岩,厚度11.14m,灰白色,成份以石英为主,砂质胶结,硬度为5。底板以粉砂岩为主,厚度4m,灰色,泥质胶结,硬度为4。工作面“陷落柱”构造较发育主要为沉积角砾岩块、煤块、火成岩块组成,大小不一,规模为320米宽不规则的圆形,形成无煤区,对工作面的回采有一定影响。    

    2. 设备选型  

    大兴煤矿开采厚煤层工作面已有十几年回采历史,经过多年的探索实践,在大采高工作面综机设备选型及配套方面,积累了丰富的经验,综机设备的安全性和稳定性得到了显著的提升,实现了工作面安全高效回采,以下是S2905大采高工作面的配套的综机设备:    

    MG650/1620/3.3 型采煤机 , 装机总功率1620kv,切割电机功率650kv,滚筒直径2.7m,采高范围3.25.13mSGZ1000/2?855/3.3型刮板输送机, 装机功率2*855KW(双速);PCM250型破碎机,功率250KW SZZ1000/525型转载机,功率525/263KW。电器设备电压等级均为3300VZY10000/27/56 型掩护式液压支架, 中心距1.75m,初撑力达到77268041KN,支撑高度2.7/5.6m(最低/最高);ZZD25000-25/50型端头液压支架 , 支撑高度2.5/5m(最低/最高);ZT-9200/23/47型替棚支架,支撑高度2.3/4.7m(最低/最高)。    

    3. 收尾准备工作  

    3.1 层位管理  

    3.1.1 大采高工作面正常回采时采高在5.1m,距采止线30m时,调整工作面层位,沿煤层顶板回采,采取抬底留底煤措施,采高降低到3.8m,为引网创造条件。    

    3.1.2 工作面遇有断层地质构造时,以正断层为例:断层上、下盘层位按下盘顶板回采,破上盘顶板岩石过渡,过渡长度根据断层落差决定,保证相邻液压支架顶梁高差不超过2/3    

    3.1.3 大采高工作面顺槽高度受工作面动压影响,因此要考虑顶底板下沉底鼓量,提前补强拉底,保证工作面前后端头高度不低于3.5m    

    3.2 顶板管理  

    3.2.1 引网前调整液压支架状态,保证支架接顶严密并达到初撑力,充分利用液压支架伸缩梁和护帮板,避免空帮空顶,提前处理液压支架顶梁背货隐患,确保引网时顶板完整。    

    3.2.2 两顺动压影响区域提前采取补强支护,在距采止线20m开始补打 Ф28.6? 6 200 mm 锚索,间排距视顶板状况而定。顶板压力大且破碎时,提前在端头架停移位置顶板穿插梁棚,间距0.8-1m,钢梁长度不小于4.2m,梁端靠近顺槽上帮侧,搭在过渡架顶梁上,确保端头液压支架回撤顶板安全。    

    4. 铺网技术管理   

    4.1 准备工作  

    4.1.1 工作面回采到预定铺网位置,液压支架拉齐成线,如帮顶状态较好时,不拉超前架。    

    4.1.2 顶板破碎支架前梁无法严密接顶时,引网前在支架顶梁前端施工顶锚杆,锚杆规格Φ22?1600mm全螺纹等强锚杆,并上好托盘螺母,每12架布置1根。    

    4.1.3 工作面 3.8m采高对引网作业造成一定困难,另外3.8m采高容易片帮造成空顶,因此,引网前采煤机在割最后一遍煤帮时,只割顶刀,留底刀,在煤帮留1.2m台阶。    

    4.2 技术参数  

    4.2.1 铺网长度为工作面全长(包括两顺槽宽度),宽度为液压支架长度和网落采空区矸石压网的宽度,共计10.4m    

    4.2.2 铺网采用柔性菱形金属网并用钢丝绳对顶板进行支护。金属网的规格为10?1.8m,金属网两端与两顺槽下帮侧帮网连接。金属网上铺11道钢丝绳:液压支架顶梁6道,尾梁5道,每道间距均为600mm(见图1)。钢丝绳规格为φ21.5mm,钢丝绳两端与两顺槽下帮侧顶端帮锚杆固定。    

    4.2.3 引网为单层金属网,为确保设备拆除时支护效果,从第二片金属网中间位置开始之后均为双层网。金属网单层网横向搭接0.2m,双层网横向搭接0.1m,单、双层网纵向搭接均为0.2m。金属网扣间距0.2m,钢丝绳网扣间距0.5m,链网均采用12#铁线。    

    4.3 引网、铺网  

    4.3.1 工作面较长,引网可分组作业。引网采取调整支架平衡缸和收伸缩梁方式,具体步骤:调整支架平衡缸(使支架顶梁前端与顶板形成0.2m缝隙)→收支架伸缩梁→将金属网拽上支架顶梁→金属网固定在架前顶板锚杆上(如顶板破碎则在距金属网头0.3m位置捆绑12寸铁管)→打出支架伸缩梁→调整支架平衡缸并升实支架→同理依次完成引网工作。    

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    1? 工作面铺网劈帮示意图(单位:mm  

    4.3.2 引网结束,链接第二、第三片金属网。链接网宽度要适中,过宽影响割煤移架,过窄影响链接下一片金属网。    

    4.3.3 链网结束,打出支架护帮板并收回伸缩梁,将金属网用铁线与支架护帮板起吊眼固定,收回支架护帮板,采煤机开始割煤。如煤帮片帮超过0.8m,且长度超过5组支架,必须超前移架。采煤机割煤后,距离后滚筒3组支架剪断吊网铁线,正常移架。    

    4.3.4 铺网过程中,遇顶板破碎支架顶梁背货多或局部掉顶支架无法充分接顶时,在支架顶梁与金属网之间铺4寸铁管或18kg铁道,铁管或铁道与金属网用铁线连接,排数根据顶板状况而定,排距0.8 m,长度4m    

    5. 劈帮技术管理和支护设计  

    5.1 劈帮工艺  

    5.1.1 金属网从液压支架尾梁落下并被采空区冒落矸石压住网头,工作面液压支架拉直成线,前后端头液压支架超前0.8 m,移架停止开始劈帮。根据液压支架拆除及运输要求,工作面劈帮宽度为4 m,运输机机头、机尾抹角长度为7 m,宽度为1.4 m    

    5.1.2 每遍劈帮长度根据工作面顶板岩性、帮板状况、支护进度以及施工单位支护作业人员而定,如支护作业人员充足且帮顶完好,每遍帮劈帮长度可以是工作面全长。    

    5.1.3 根据液压支架拆除要求,工作面劈帮高度保证在4 m,如工作面顶板压力大,底鼓量大,适当增大采高。    

    5.1.4 劈帮采高4m,为避免片帮造成空顶,采取单向割煤工艺。劈帮时割每遍帮,只割顶刀,不割底刀,煤帮留1.3 m台阶,此举措也便于安设支护作业平台,待支护作业结束,再割底刀,进行下一循环劈帮作业。    

    5.2 劈帮支护设计  

    5.2.1 工作面劈帮正常支护参数如表1    

    1? 工作面劈帮支护参数(单位:mm  

    项 目    

    ????????    

    锚 杆    

    规 格 型 号    

    外露长度    

    间距    

    排距    

    预紧力    

       

    φ22?2200螺纹钢等强锚杆    

    40 60  

    750  

    850  

    170N?m  

       

    φ22?2200螺纹钢等强锚杆    

    1000  

    1000  

    170N?m  

    锚 索    

    φ22?6200、φ28.6?6200钢绞线    

    200 350  

    1750  

    1000  

    30Mpa  

    间、排距    

    允许偏差-50+50  

    5.2.2 劈帮特殊支护方式;劈帮作业受顶板岩性、煤柱变小及空顶空帮影响,工作面顶板容易出现局部抽条和掉顶隐患。对于掉顶范围小且高度小于2m,直接采取加密锚索布置的补强支护方式。如掉顶范围较大,高度超过2m,采取施工悬臂梁的补强支护方式,悬臂梁采用4m工字钢(在悬臂梁一端0.5米位置制作φ24mm固定锚索孔),悬臂梁一端直接搭在液压支架顶梁上,另一端与施工45?帮锚索固定,悬臂梁间距为0.81m,悬臂梁上使用木拌铺严,防止顶板冒落漏货。    

    5.3.1 抹角支护方式:抹角位置在巷道三角区域,顶板暴露面积大,压力集中,需采取补强支护。    

    5.3.1.1 顶板完整,采取加密锚索布置的补强方式,锚索间排距均为1m。如锚索强度不足,则改用φ28.6?8300 mm高强度锚索。    

    5.3.1.2 顶板压力较大,原有支护无法满足支护强度时,采取悬臂梁补强支护,梁间距为1m,悬臂梁长45.5m(在悬臂梁上均匀制作φ24mm固定锚索孔),梁一端搭在支架顶梁上,另一端通过顶锚索固定在顶板下。    

    6. 取得成果及技术创新措施  

    6.1 取得成果  

    6.1.1 通过采取有效的措施,极大缩短了大采高综采工作面铺网劈帮收尾工程时间,190 m工作面收尾工程仅用1012个原班完成。    

    6.1.2 大兴煤矿煤炭自燃发火期极短,缩短大采高工作面收尾工程时间,不仅给综机设备安全拆除赢得了时间,也满足了采空区防火要求。    

    6.1.3 通过多年的探索和实践,制定并完善了大采高综采工作面铺网劈帮安全技术措施。从2008年至今大兴煤矿已开采10余个大采高工作面,未发生1起安全事故,实现了大采高综采工作面安全收尾。    

    6.2 技术创新  

    6.2.1 大采高综采工作面影响收尾工程进度和安全工作的关键是工作面帮顶状态。为有效控制帮顶完整,采取单向割煤工艺,铺网劈帮时采煤机只割顶刀,不割底刀,煤帮留1 m台阶,避免了片帮空顶隐患,也给引网链网及支护作业创造了条件。    

    6.2.2 工作面引网作业极易造成顶板抽条及液压支架不接顶问题,影响引网安全和引网效果。采取在液压支架顶梁前端打锚杆的方式,通过主动支护解决了顶板隐患,同时将网头固定在锚杆上,避免了移架时由于液压支架接顶不严导致金属网随支架前移吃网困难的问题。    

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    作者简介: 巩红林( 1976- ),男,工程师。2007年毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业,现在铁煤集团大兴煤矿综采二队从事采煤技术工作。曾在国家、省级刊物上发表论文10余篇。联系电话:76844125-8330    

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