综放工作面安全高效回采技术研究

综放工作面安全高效回采技术研究

摘要:为提高牛山煤矿煤炭资源回收率及改善巷道的稳定状况,3203综放工作面采用留小煤柱沿空掘巷技术来进行巷道布置;并且工作面在顶板控制、放煤、防治水等方面采取一系列安全技术措施来保证安全高效回采工作的顺利进行。

关键词:综放工作面安全高效回采技术

牛山煤矿是高平市主要煤炭支柱产业之一,该矿现主要开采3#煤层,3#煤层为低灰、低硫、发热量高的无烟煤。该矿所产原煤是化工、冶金工业的最佳原料,产品远销浙江、湖北、山东、河南等十多个省市地区。

由于受开采条件和支护方式的限制,该矿3#煤层的工作面巷道基本上是采用留煤柱护巷方式进行巷道布置,预留煤柱宽25m,煤柱损失煤量较大。目前牛山煤矿3#煤层所剩储量不多,如何能够提高资源的回收率,提高生产效益,是该矿积极探索的问题之一。

1 试验工作面概况

3203综放工作面煤层平均厚度5.4m,煤层结构简单,煤层层理一般,节理发育,煤质较松软f=1.5,煤的容重为1.45,煤层倾角3°～25°,所在区域有南北走向的小断层,煤层大致呈南北走向。

煤层伪顶为砂质泥岩,厚0.1～0.3m,赋存不稳定;直接顶为砂质泥

岩,深灰色,较坚硬,厚约1.5m;基本顶为中粒砂岩、粗粉砂岩,厚约8m,淡白色,以石英为主;直接底为砂质泥岩,厚0.1～0.5m深灰色,易底鼓;基本底为砂质页岩厚2m,深灰色,较坚硬。

在保证安全开采的情况下,如何进一步提高煤炭回收率,保证3203综放工作面高效回采,采取了一些较为有益的技术研究。

2 实施小煤柱沿空掘巷技术

2.1 实施沿空掘巷的必要性

在煤矿地下开采过程中,为了防止采动支承压力的对巷道的影响,采准巷道一直采用留煤柱护巷的方法。经验表明随着开采深度的增加,护巷煤柱的尺寸变得越来越大。其结果是不仅使煤炭损失量增加,而且残留的护巷煤柱由于所受应力过大,会发生类似冲击地压等安全事故。牛山煤矿以前在区段巷道的布置上也是采用留较大煤柱的的布置方式,区段煤柱一般25m宽,这不仅造成大面积的资源浪费,而且给矿井的安全生产带来很大的隐患。为了提高煤炭的回采率和解决残留煤柱安全隐患的问题,牛山煤矿在决定在3203工作面进行小煤柱沿空掘巷的试验研究。

2.2 沿空掘巷小煤柱宽度的确定

2.2.1 小煤柱合理宽度设计原则

(1)保证锚杆有较稳定的着力点。当沿空掘巷的巷道采用锚杆支护时,帮锚杆的长度应较小于煤柱的宽度,并且锚固端应位于较稳定的煤体中,这样锚杆的锚固端才有着力点,才能保证帮锚杆在煤体中的锚固力。

(2)巷道处于应力降低区。将沿空掘进巷道布置于上区段工作面回采结束后形成的垂直应力相对较低的区域,有利于巷道围岩稳定控制。

(3)尽可能提高回收率。当沿空掘进的巷道采用锚杆支护时,在小煤柱尺寸满足上述要求的同时,煤柱尺寸越小,煤炭的回收率越高。

2.2.2 小煤柱宽度的确定

工作面回采后,导致围岩应力重新分布,在采空区沿倾斜方向产生侧向支承力。沿空掘巷的巷道应位于采空区边缘的应力降低区,因此有必要对侧向支承压力峰值区与煤体边缘的距离进行计算。沿煤层倾斜方向支承压力的峰值离煤体的距离(L)可按以下经验公式[5]进行估算:

式中:

f0为煤层坚固系数,1.5;

Rc为顶板岩石单向抗压强度,40MPa;

a为煤层倾角,a=14°;

M为煤层厚度,M=5.4m;

H为开采深度,H=150m。

根据以上参数计算可得:L=16m。

根据上述理论及计算,侧方支承压力峰值位于煤体边缘约16m,考虑巷道应布置在低压区、锚杆锚固效果、采空区积水、瓦斯及漏风等因素,最终确定煤柱宽度为5m。巷道采用小煤柱沿空掘巷和预留煤柱护巷方式相比,煤炭回收率大幅度增加,预计可多回收煤炭7万多吨,经济效益显著。

2.3 沿空掘巷巷道支护质量检验

为了监测沿空巷道的支护质量,在沿空巷道内布置测点进行巷道围岩变形量监测,结果表明,3203工作面采用小煤柱沿空掘巷技术后,巷道较以前相比稳定状况有较大改善,巷道变形量减小,支护成本下降,巷道返修率大幅度降低。

3 工作面安全回采技术措施

3.1 顶板控制及支护形式

3203工作面为轻型综放工作面,采用3架ZFG2400/16/24Z端头过渡液压支架和78架ZF2200/16/24Z型液压支架;下端头采用3架ZFG2400/16/24Z端头过渡液压支架和3mπ型钢梁(DFB1000/300)一对二梁支护;上端头采用ZF2200/16/24Z液压支架和3mπ型钢梁(DFB1000/300)一对二梁支护;超前支护采用DW31.5-300/100液压单体柱配合DJB-600×1200十字铰接梁和DJB-1000/300铰接顶梁双排支护,支护长度不少于30m。

3.2 放煤安全技术措施

(1)放煤前,要认真检查工作面顶板情况、后部煤溜运转情况,工作面支架各部件的完好情况,发现问题及时处理后方可开始工作。

(2)放煤前,必须首先调整好后部煤溜,使溜子处于有利于放顶煤位置。

(3)放煤时,要适当控制放煤量,防止压溜。如大块岩堵塞放煤口要反复升降支架尾梁和插板处理,见矸封口。

(4)放煤时,严禁人员从放煤支架通过,无关人员要远离放煤地点5m以外,放煤工要站在有利于自己安全的地方操作,密切观察后部煤溜的工作状态和支架状态,发现隐患立即停止工作。

(5)工作面上、下端头不放顶煤,放煤与运行的采煤机距离不得小于10m。

3.3 防治水

(1)工作面初采老顶来压时,要注意观察顶板水进入老空,如果有老空水突然增大出水的危险,应立刻组织人员按既定避灾路线撤退,并迅速报告调度室处理。

(2)因工作面是窄煤柱开采,应经常观察煤柱受压情况,必要时应钻孔放水释放压力,避免造成水灾危害。

(3)工作面及两顺槽积水大时,要及时启动排水设备进行处理。

4 结语

(1)3203综放工作面施行留小煤柱沿空掘巷技术以来,巷道支护效果较好,支护成本下降,巷道稳定状况得到较大改善;工作面多回收煤炭7万多吨,经济效益显著。

(2)3203综放工作面在顶板控制、防治水、瓦斯及放煤等方面,采取相应的一系列安全技术措施,确保了工作面安全高效回采。

(3)为了能进一步增加煤炭回收率,应积极探索无煤柱沿空掘巷技术和工作面端头放煤技术,为矿井的安全高效生产积累经验。

参考文献