缓倾斜特厚煤层综采放顶煤技术

理论与实践

缓倾斜特厚煤层综采放顶煤技术

兖州矿业集团公司兴隆庄煤矿 李志伟 席京德

摘 要 兴隆庄煤矿自引进综采放顶煤技术以来,对顶板(煤)运动规律和矿压显现特点进行了试验研究,对设备配套、放煤工艺不断改进,现单机产量已达到371万t/a,在全面实施 九五 高产高效综放开采成套装备与工艺研究攻关项目后,年产量将达到500万t水平。

关键词 综采放顶煤 缓倾斜 特厚煤层 设备配套 工艺技术

兴隆庄煤矿井田范围内,煤层平均厚度为8 29m,倾角4~12 。投产以来,一直采用走向长壁(或倾斜长壁)金属网假顶分层综合机械化采煤的方式,1992年6月,矿井引进综采放顶煤一次采全高技术,并对其不断研究、改进,使矿井产量不断提高,并连续创出单机产量行业最好水平。

1 综采放顶煤试验研究

1 1 试验概况

根据矿井接续安排及工作面地质条件选择了东翼5306工作面作为试验面,该面煤质中硬,单向抗拉强度20MPa,厚7 25m,倾角3 7~9 5 ,面长160m,走向长400m,直接顶为0~7m粉砂岩,老顶中砂岩厚度30 6m。选择了低位放煤方式,将原ZZP5200/17/35型铺底支架,改造成低位放顶煤支架。经3个月的试验,工作面平均月产达9 98万t,工效35 37t/工,回收率81 56%,达到了预期的目标。

1 2 试验分析

1 2 1 顶板运动变形规律

从图1看出顶煤、直接顶、老顶分别在煤壁前方13 2m、10 2m和2 7m处发生离层现象。随着采场的推进,直接顶暴露成悬臂状,由于支架的移动和反复支撑,直接顶

一般随顶煤破碎、放落而垮落。

图1 5307-1顺槽基点顶板位移

图2为5307-1顺槽油压枕测定曲线。可以看出在工作面煤壁前方30m,煤体内部应力开始增加,到6 4m处达到高峰,当顶煤出现裂隙后,继续变形有拉伸和挤压破碎两种形式,

而且前者是主要破碎形式。

图2 煤体内部应力变化

1 2 2 矿压显现特点及结论

(1)顶煤初垮 当工作面推至11 1m 时,1~20#,50~95#架后冒落充分,占面

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长的60%,可视为顶煤初垮,初垮前支架平均工作阻力2374kN/架,初垮期间为3193kN/架,动载系数1 34。

(2)老顶初次来压 老顶初次来压步距为45m,来压持续3d,煤壁片帮平均深度由67mm增至161m m,最大达550mm;老顶来压期间端面顶煤仍较完整,对生产影响不大。来压前支架平均工作阻力为2512kN/架,来压时达3123kN/架,动载系数1 24。兴隆庄煤矿一分层工作面初次来压步距一般为35 3~51m,与其步距基本相同,动载系数一般为1 44。

(3)周期来压 共观测到6次周期来压,最大步距为16 7m,最小步距为10 1m。平均13 2m。一般持续2d,片帮由平时最大片深400mm增至800mm,来压期间工作面支架工作阻力最大为4067kN/架,平均为3629kN/架,是平时的1 33倍。机道上方顶

煤出现裂隙的密度比来压前高出60%

。

图3 超前支承压力分布

(4)顺槽超前支承压力显现 相邻的5305综采面3个分层已采完,5306综放面上顺槽累计下沉量327mm,平均移近速度7 43m m/d,最大移近速度47mm/d,超前影响范围60m,明显区域40m;下顺槽顶板累计下沉量平均为140mm,平均移近速度3 81m m/d,最大移近速度34 5mm/d,超前影响50m,明显区域20m。5305-1下顺槽邻面也采完3个分层,顶板累计下沉量为386mm。显然,综放工作面顺槽顶板下沉量并未增加。

(5)支架工况 该支架额定工作阻力5200kN,初撑力4410kN。实测支架正常状况下工作阻力2767kN/架,来压时3629kN/架,分别占额定值的53%,70%;正常状况下初撑力2351kN/架,来压时为2913kN/架,分别占额定值的53%,66%。支护强度额定值为866kN/m2,来压时为605kN/m2,占70%。支架安全阀开启率正常时为7 27%,来压时20%。支架活柱缩量正常时为4 74mm,来压时15 9mm,可见该支架对顶板条件是适应的。

2 设备配套的研究

试验初期设备及配套情况:

工作面支架为ZFS5200/17/35型低位放顶煤支架,是对原ZZP5200/17/35型做如下改造而成:

(1)重新设计的尾梁上带有插板,具有放煤和破煤功能,插板宽1200mm,行程600mm,尾梁可上摆5 ,下摆30 。

(2)局部改造了掩护梁。主要对掩护梁上尾梁摆千斤顶耳座进行了加固和扩孔,使承载能力由原来的290kN增加到420kN。

(3)为解决后部输送机的推拉问题,在支架底座箱侧面增焊了千斤顶耳座,增设了行程900mm的推拉千斤顶。

(4)加长了支架前探梁,使梁端距由580mm减少至400mm以内。

(5)增设了放煤口和架前喷雾装置。

(6)对液压系统进行了完善。

前部输送机选择了SGZ-764/320D,功率为160 2kW,输送能力900t/h;后部输送机为SGZ-764/400D,功率为200 2kW,输送能力为1100t/h;转载机为SZZ-830/ 200,功率为200kW,输送能力1500t/h;破碎机为LPS-1500,输送能力1500t/h;胶带输送机为SSJ1200/2 200,功率为200 2kW,输送能力为1600t/h。

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现生产工作面设备配套状况为:

排头架选用ZTF5400/2 2/3 2型;放煤支架选用ZFP5400/1 7/3 2型;采煤机选用AM-500型,采高为2 5~3 5m,速度为0~10m/min;前、后部输送机均为830/630型,其输送能力为1200t/h;转载机选用SZZ-1000/375中双链型,其输送能力为2200t/h;破碎机为PCM200型,其破碎能力为2200t/h;胶带输送机选用SSJ-1200型,并增速至3 15m/s,其输送能力达1600t/h 以上。

为进一步提高工作面单产水平,原煤炭部 九五 攻关项目 高产高效综放工作面的设备配套,近期已完成,其配套为:排头架为ZTF6500/19/32型,其支撑高度为1900~3200mm,工作阻力6577kN;放煤支架选用ZFS6200/18/35型,其支撑高度为1800~3500mm,工作阻力为6000~ 6250kN,插板伸缩量为800mm;采煤机选用MGTY400/900-3 3D型,电牵引采煤速度0~1 5m/min,滚筒截深800m m;前输送机型号为SGZ-960/750,输送能力1800t/h,后输送机型号为SGZ-900/750,输送能力1500t/h;转载机选用SZZ-1000/375型,输送能力2200t/h。系统输送能力提高至2200t/h,较好地满足了高产高效的需要。

3 综放工艺的研究

综放工艺的选择与煤层赋存条件、矿山压力、直接顶岩性、顶煤断裂状态及顶煤冒放性等因素有关,工作面高产高效又要求采放必须平行作业、能力匹配、互不影响。

(1)对0 6m,1 2m,1 8m3种放煤步距进行了试验,当放煤步距为0 6m时,顶煤切顶线后移,大量矸石充满放煤口及掩护梁中部以下部分,下一轮放煤时,矸石首先被放出,含矸率增大;当放煤步距为1 8m 时,部分顶煤丢失在采空区,含矸率虽然减少,但回收率低;当放煤步距为1 2m时,即两刀一放,顶煤的冒落位置正好位于放煤口上方,顶煤易于垮落,下一轮放煤时,将冒落的矸石甩到支架后方,放煤效果较好,因此,放煤步距选定为1 2m。

(2)经过对单轮顺序、单轮间隔、单轮顺序折返补放法以及双轮放煤的试验,确定两刀一放单轮顺序折返补放法为最佳放煤方法。该放煤法由2人同时进行,第1人负责放3~50#架,第2人负责放51~106#架。第1人放煤操作如下:先放3#架见矸后关门去放4#架,待到见矸后折返回头补放3#架,将第1次未放净残留余煤经放4#架活动落下的煤补放干净,然后跳过4#架去放5#架,见矸后关门再折返补放4#架,将第1次未放净残留的余煤经过放3#和5#左右2架松动下的4#架顶余煤补放干净之后,再进行放6#架,这样依次序放6#、7#、8# 50#架,每向前放1架即返回补放1架,使每1架放煤后都进行1次补放。第2人放煤方法同第1人,但要注意输送机中煤多时要严格控制放煤速度,充分利用第1人放煤的换架间隙快放。

该放煤法的特点是:放煤速度快, 4min/架;回收率高,能把第1次未放净的余煤充分补放干净,据测定回收率要比其它放煤方式高3%左右;放煤方法灵活,便于操作掌握,遇大块煤时,可同时操作相邻支架,增大放煤口;充分利用放煤换位的间隙时间放煤,使设备满负荷运行,发挥设备效能。

另外,在煤炭科学研究总院北京开采所的指导下,利用现有的配套设备,对0 8m 的放煤步距进行试验,试验结果证明,工作面回收率要比上述方法高出3%左右,为以后采煤机截深由0 6m改为0 8m,实现一刀一放,0 8m的放煤步距提供了依据。

4 高产高效技术的研究

为探索高产高效的新途径,原煤炭部组

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