1、成 庄 矿 综 放 工 作 面 放 煤 工 艺 研 究赵 俊 , 都 海 龙(晋 城 煤 业 集 团 技 术 中 心 , 山 西 晋 城 048006)摘 要 为 了 提 高 综 放 工 作 面 的 总 体 效 益 , 提 高 资 源 利 用 率 , 在 成 庄 矿 进 行 了 放 顶 煤 工 业 试验 研 究 , 采 用 1刀 1放 双 口 追 机 放 煤 , 取 得 了 显 著 效 果 。 通 过 加 强 顶 板 控 制 , 调 整 工 作 面 推 进 方 向 及放 顶 煤 支 架 选 型 的 合 理 性 研 究 , 提 高 顶 煤 的 放 出 率 。关 键 词 放 顶 煤 ; 采 出 率
2、 ; 放 出 率 ; 追 机 放 煤中 图 分 类 号 TD82314 9 文 献 标 识 码 B 文 章 编 号 100626225 (2009) 0120042202Research on Coa l Cav ing Techn ique in Full2m echan izedCav ing M in ing Face of Chengzhuang Colliery收 稿 日 期 2008 - 08 - 13作 者 简 介 赵 俊 (1972 - ) , 男 , 山 西 高 平 人 , 采 矿 工 程 师 , 现 在 晋 城 煤 业 集 团 生 产 技 术 处 工 作 。成 庄 煤 矿
3、井 下 地 质 条 件 属 中 等 复 杂 , 煤 炭 品 种为 无 烟 煤 。 目 前 主 要 采 用 综 采 放 顶 煤 开 采 方 法 , 割煤 高 度 均 为 310m。 顶 板 控 制 方 法 为 全 部 冒 落 法 。回 采 工 作 面 走 向 长 1400 2000m, 倾 斜 长 度 为200m左 右 。放 顶 煤 工 作 面 生 产 的 一 个 主 要 特 点 是 支 架 上 方存 在 一 层 厚 且 经 过 地 压 破 坏 的 、 强 度 较 低 的 顶 煤 ,顶 煤 自 身 的 变 形 、 破 坏 、 松 动 和 放 出 是 放 顶 煤 开 采工 艺 所 特 有 的 。
4、放 煤 工 艺 的 正 确 选 择 对 采 出 率 、 生产 工 效 及 煤 炭 质 量 等 都 有 较 大 影 响 , 因 此 对 这 一 问题 的 研 究 具 有 重 要 的 意 义 。1 放 煤 方 式 的 对 比 分 析对 于 不 同 赋 存 状 况 的 煤 层 可 以 采 取 不 同 的 放 煤方 式 。 目 前 比 较 典 型 的 放 煤 方 式 主 要 有 3种 单 轮顺 序 放 煤 、 多 轮 顺 序 放 煤 、 单 轮 间 隔 放 煤 。 单 轮 顺序 放 煤 简 便 易 行 , 但 由 于 上 一 放 煤 口 上 方 即 为 放 完煤 的 矸 石 漏 斗 , 本 架 放 煤
5、 时 , 易 发 生 混 矸 ; 多 轮 顺序 放 煤 有 利 于 减 小 对 混 矸 层 扰 动 的 激 烈 程 度 , 但 这种 方 法 需 要 多 次 重 复 , 总 放 煤 速 度 慢 , 且 要 求 工 人在 没 有 监 测 手 段 的 情 况 下 , 每 次 放 出 等 量 的 顶 煤 ,在 技 术 上 较 难 控 制 ; 单 轮 间 隔 放 煤 易 于 掌 握 , 放 煤速 度 快 , 可 实 现 多 口 放 煤 。 此 外 , 还 有 采 用 双 口 双轮 等 量 交 错 放 煤 方 式 等 , 在 一 定 具 体 条 件 下 , 也 能取 得 较 好 的 放 煤 效 果 。2
6、 放 顶 煤 工 艺 试 验 研 究为 了 保 证 放 顶 煤 工 艺 的 合 理 性 , 在 2302综 放工 作 面 初 采 结 束 后 进 行 了 放 顶 煤 工 艺 的 试 验 。根 据 2302综 放 工 作 面 所 用 支 架 ZFS5000 /17 /33 (B ) 的 性 能 , 以 及 煤 层 结 构 的 特 点 , 确 定 机 组割 煤 高 度 为 219m , 放 煤 高 度 为 314m, 采 放 比 为0185。放 煤 步 距 : 机 组 截 深 为 016m, 放 煤 步 距 为016m, 112m, 即 1刀 1放 和 2刀 1放 进 行 比 较 。放 煤 工 艺
7、 : 工 作 面 可 以 同 时 操 作 多 个 支 架 放煤 , 即 放 煤 口 个 数 可 以 选 择 , 本 次 选 择 为 双 口 。 每个 支 架 顶 煤 可 以 1次 (单 轮 )、 2次 (双 轮 )、 3次(多 轮 ) 放 煤 , 本 次 选 择 单 轮 、 双 轮 、 多 轮 放 煤 。放 煤 工 艺 试 验 条 件 的 规 定 : 每 个 放 煤 工 艺 试 验时 间 为 10d; 计 算 以 胶 带 核 子 称 读 数 为 准 ; 定 期 随机 探 煤 厚 ; 随 机 测 定 块 率 、 灰 份 、 含 矸 率 ; 每 个 放煤 工 艺 推 进 度 测 量 准 确 ; 计
8、 算 出 采 面 的 采 出 率 。211 1刀 1放 单 轮 双 口 分 段 追 机 放 煤 工 艺ZFS5000 /17 /33 (B ) 型 支 架 中 心 距 为 115m,尾 梁 宽 度 为 1410mm。 尾 梁 与 尾 梁 间 隙 为 90mm。工 作 面 从 2号 架 开 始 放 煤 , 在 放 煤 过 程 中 , 除 2号支 架 (尾 ) 梁 上 的 煤 下 落 外 , 1号 、 3号 支 架 尾 梁边 缘 上 的 煤 也 要 下 落 。 当 3号 支 架 放 煤 时 , 在 放 煤过 程 中 , 除 3号 支 架 尾 梁 上 的 煤 下 落 外 , 2号 支 架尾 梁 边
9、缘 的 矸 也 要 下 落 , 4号 支 架 尾 梁 上 的 煤 也 要下 落 。 由 机 头 向 机 尾 逐 渐 放 煤 1始 终 存 在 架 间 矸 放出 影 响 煤 质 的 问 题 。 由 于 架 间 放 出 矸 , 顶 煤 未 放净 , 就 关 闭 了 放 煤 口 , 严 重 浪 费 了 资 源 。212 2刀 1放 双 轮 双 口 追 机 放 煤ZFS5000 /17 /33 (B ) 为 低 位 放 顶 煤 支 架 , 当24第 14卷 第 1期 (总 第 86期 )2009年 2月煤 矿 开 采Coal m ining TechnologyVo1114No11 ( Series
10、No186)February 2009尾 梁 降 下 , 插 板 收 回 时 , 尾 梁 在 溜 槽 中 间 。 由 于 煤层 高 度 为 613m左 右 , 放 煤 厚 度 为 314m左 右 , 2刀1放 时 , 底 边 016m的 脊 背 煤 不 能 回 收 , 和 1刀 1放 双 轮 双 口 追 机 放 煤 工 艺 相 比 , 每 架 每 推 进 112m损 失 量 估 算 : 112 115 613 1145 (82187% -68104% ) = 21438 ( t)。213 1刀 1放 双 轮 双 口 追 机 放 煤1刀 1放 双 轮 双 口 追 机 放 煤 , 顶 煤 放 出
11、比 较 均匀 , 放 得 比 较 净 , 比 1刀 1放 单 轮 双 口 分 段 追 机 放煤 效 果 好 , 采 出 率 高 , 煤 质 指 标 比 较 好 , 但 是 , 通过 加 强 工 艺 操 作 控 制 , 煤 质 在 一 定 范 围 , 加 上 地 面有 洗 煤 厂 处 理 , 商 品 煤 的 质 量 是 有 保 证 的 。因 此 选 择 1刀 1放 双 轮 双 口 追 机 放 煤 工 艺 , 即采 煤 机 每 割 1刀 煤 放 煤 1次 , 严 禁 2刀 1放 。 放 煤顺 序 采 用 双 轮 顺 序 分 段 均 匀 放 煤 , 由 2人 同 时 操作 , 2人 间 隔 不 小
12、于 5个 支 架 , 依 次 顺 序 放 煤 , 每架 放 煤 都 要 均 匀 放 出 , 放 煤 时 出 现 矸 石 就 立 即 关 闭放 煤 口 , 停 止 放 煤 。214 采 放 比 分 析在 回 采 中 , 机 采 高 度 为 219m, 工 作 面 煤 壁 片帮 深 度 不 大 , 顶 煤 破 碎 块 度 适 中 , 放 煤 干 净 。 但是 , 3#煤 质 硬 度 比 较 高 , 在 回 采 过 程 中 局 部 地 段 出现 大 块 炭 卡 住 放 煤 口 的 现 象 。 为 此 , 采 取 的 办 法 :增 大 机 采 高 度 到 311m , 破 坏 顶 煤 的 结 构 ,
13、增 大 矿山 压 力 , 使 顶 煤 裂 隙 增 加 ; 同 时 降 下 2个 支 架 的 尾梁 , 大 块 炭 放 入 到 后 运 输 机 上 , 效 果 比 较 好 。通 过 实 践 证 明 , 机 采 高 度 大 于 219m, 放 煤 高度 314m, 采 放 比 0185, 在 2302综 放 工 作 面 回 采 中是 合 理 的 。215 试 验 结 果通 过 对 比 试 验 结 果 (见 表 1) , 认 为 1刀 1放双 轮 双 口 追 机 放 煤 工 艺 最 好 , 采 出 率 高 、 煤 质 好 。表 1 放 煤 试 验 数 据工 艺 采 出率 /% 块 率/% 煤 质 灰
14、份 /% 含 矸率 /%1刀 1放 单 轮 双 口 分 段 追 机 放 煤 79128 65159 18169 31351刀 1放 双 轮 双 口 追 机 放 煤 82187 65122 16113 31142刀 1放 双 轮 双 口 追 机 放 煤 68104 6618 1415 2175按 照 1刀 1放 双 轮 双 口 追 机 放 煤 工 艺 进 行 组 织生 产 , 2302工 作 面 回 采 结 束 后 主 要 经 济 技 术 指 标 :采 面 采 出 率 为 84109% , 块 率 65% 67% , 煤 质 灰分 17% , 含 矸 率 为 315%以 下 。3 提 高 顶 煤
15、 放 出 率 的 技 术 措 施311 加 强 放 顶 煤 管 理现 场 情 况 显 示 , 由 于 放 煤 工 的 素 质 差 异 , 少 数放 煤 工 对 放 顶 煤 重 视 不 够 , 出 现 断 断 续 续 的 放 或 不放 顶 煤 的 现 象 , 人 为 地 给 放 顶 煤 造 成 了 很 大 困 难 ,无 形 中 造 成 资 源 和 成 本 的 严 重 损 失 , 并 缩 短 矿 井 寿命 。 所 以 必 须 建 立 以 进 尺 和 出 煤 吨 数 综 合 考 核 , 并加 大 对 职 工 进 行 思 想 教 育 和 放 顶 煤 技 术 培 训 , 加 大考 核 力 度 , 使 现
16、 场 放 顶 煤 率 达 到 指 标 要 求 , 即 放 煤愈 充 分 , 就 越 好 放 , 工 作 面 采 出 率 就 愈 高 , 那 么 吨煤 成 本 就 愈 低 , 否 则 就 达 不 到 预 期 的 放 顶 煤 效 果 。312 合 理 调 整 工 作 面 推 进 方 向在 煤 层 硬 度 大 的 工 作 面 , 顶 煤 不 易 压 裂 、 垮落 , 造 成 采 空 区 的 矸 石 涌 入 支 架 尾 梁 处 , 增 加 放 煤时 的 混 矸 率 , 且 放 出 的 煤 也 大 部 分 呈 大 块 铰 接 放出 , 采 出 率 只 能 达 到 30%左 右 。 如 果 根 据 裂 隙
17、 发育 情 况 , 将 工 作 面 布 置 或 推 进 方 向 调 整 到 与 裂 隙 方位 平 行 或 斜 交 , 顶 煤 采 出 率 就 可 达 75% , 与 裂 隙方 位 垂 直 时 可 达 到 65%。 因 为 平 行 时 支 承 压 力 使原 有 裂 隙 加 密 , 块 状 呈 扁 形 , 易 放 出 , 垂 直 时 支 承压 力 使 煤 层 产 生 的 新 裂 隙 有 限 , 冒 块 呈 大 方 块 放出 , 易 挤 压 成 拱 , 不 易 放 出 。313 合 理 确 定 放 顶 煤 参 数控 顶 距 直 接 影 响 着 顶 煤 松 散 范 围 的 宽 度 , 遇 到软 煤 和
18、 压 裂 效 果 好 的 煤 层 , 要 减 小 控 顶 距 , 使 合 力作 用 点 位 置 向 前 推 移 , 这 样 可 预 防 支 架 前 端 漏 顶 。因 此 , 在 顶 帮 松 软 的 区 域 要 拉 超 前 架 减 少 控 顶 距 。对 于 压 裂 效 果 差 的 硬 煤 层 , 控 顶 距 要 控 制 到 最 大 ,合 力 作 用 点 要 靠 后 , 这 样 可 使 顶 煤 在 反 复 支 撑 过 程中 增 加 松 动 和 破 碎 效 应 , 从 而 提 高 采 出 率 。对 于 硬 煤 来 说 采 放 比 要 大 , 要 采 得 多 , 放 得少 , 有 利 于 顶 煤 的
19、上 下 充 分 压 裂 和 松 动 ; 对 于 软 煤区 采 放 比 要 小 , 即 采 的 少 , 放 得 多 , 比 如 在 4303工 作 面 煤 层 较 硬 , 采 高 可 提 高 到 3 311m , 2307工 作 面 煤 层 较 软 有 冒 顶 现 象 , 采 高 可 调 到 217m左右 , 因 此 , 采 放 比 为 0172 0198比 较 合 理 。 支 架工 作 阻 力 为 5000kN左 右 为 宜 , 如 果 是 硬 煤 层 支 架合 力 作 用 点 位 于 前 后 柱 之 间 效 果 最 好 。314 放 顶 煤 支 架 合 理 选 型放 顶 煤 支 架 有 高
20、位 放 煤 和 低 位 放 煤 , 低 位 放 煤比 高 位 放 煤 的 控 顶 距 大 , 即 松 动 区 范 围 大 , 冒 落 空间 大 。 低 位 放 煤 分 初 放 、 补 放 、 移 架 放 煤 3个 过程 , 比 高 位 放 煤 采 出 率 高 。 成 庄 矿 放 顶 煤 支 架 普 遍使 用 单 摆 杆 低 位 放 煤 液 压 支 架 , 效 果 良 好 。 这 种 低位 双 输 送 机 支 架 的 最 大 控 顶 距 是 514m左 右 , 支 承压 力 的 峰 值 点 在 煤 壁 前 方 8 10m ,采 出 率 达 75 %(下 转 47页 )34赵 俊 等 : 成 庄
21、矿 综 放 工 作 面 放 煤 工 艺 研 究 2009年 第 1期工 作 面 2个 , 留 设 斜 井 保 护 煤 柱 水 平 宽 度 S1 为50m。 按 照 - 400m轨 道 下 山 留 设 的 保 护 煤 柱 宽 度 ,- 420m水 平 回 风 巷 也 欲 留 设 保 护 煤 柱 宽 度 为 50m。- 420m轨 道 下 山 北 侧 第 1个 工 作 面 从 2001年 7月开 始 回 采 , 2003年 元 月 回 采 至 停 采 线 附 近 , - 420m轨 道 下 山 呈 现 较 严 重 的 底 鼓 、 片 帮 等 现 象 , 工 作面 回 采 过 后 巷 道 进 行 了
22、 整 修 。 - 420m水 平 回 风 巷2005年 2月 开 始 掘 进 时 , 第 2个 工 作 面 也 随 之 开采 , 2006年 4 月 - 420m 水 平 回 风 巷 施 工 完 毕 。2006年 8月 第 二 个 工 作 面 回 采 至 距 - 420m水 平 回风 巷 约 60m时 , - 420m水 平 回 风 巷 出 现 轻 微 片 帮和 底 鼓 , 随 着 工 作 面 的 向 前 推 进 , 片 帮 和 底 鼓 有 加大 趋 势 。 为 了 保 证 - 420m水 平 回 风 巷 的 安 全 , 工作 面 停 采 , 此 时 工 作 面 距 - 420m 水 平 回
23、风 巷 为56m , 后 来 - 420m水 平 回 风 巷 进 行 了 U型 棚 支 护整 修 。 依 据 式 反 算 得 煤 的 强 度 系 数 f为 11413。5 矿 井 煤 的 强 度 系 数 的 推 导按 照 - 250m主 、 副 暗 斜 井 反 算 的 煤 的 强 度 系数 f为 01953, 此 时 巷 道 未 损 坏 , 说 明 煤 的 强 度 系数 选 择 合 适 或 留 有 余 地 ; 按 照 - 420m水 平 回 风 巷反 算 的 煤 的 强 度 系 数 f为 11413, 此 时 巷 道 有 轻 微片 帮 和 底 鼓 , 说 明 煤 的 强 度 系 数 偏 大 。
24、 将 两 巷 道 反算 所 得 的 煤 的 强 度 系 数 值 进 行 算 术 平 均 , 得 煤 的 强度 系 数 值 f约 等 于 112。将 算 术 平 均 的 煤 的 强 度 系 数 值 f 112分 别 带入 - 250m主 、 副 暗 斜 井 、 - 420m水 平 回 风 巷 保 护煤 柱 得 : - 250m主 、 副 暗 斜 井 应 留 设 斜 井 保 护 煤柱 水 平 宽 度 S1 为 5315m, 较 先 前 所 留 设 宽 度 60m小 615m , 可 解 放 4 个 工 作 面 615m 宽 可 采 量 ;- 420m水 平 回 风 巷 应 留 设 斜 井 保 护
25、煤 柱 水 平 宽 度S1 为 61m, 较 先 前 所 留 设 宽 度 56m大 5m, 可 减 少巷 道 维 修 量 180m。6 问 题 及 建 议(1) 上 述 煤 的 强 度 系 数 的 取 得 是 按 实 测 资 料反 算 , 并 非 理 论 计 算 , 是 一 经 验 数 据 , 不 同 的 矿井 、 不 同 的 煤 层 赋 存 条 件 煤 的 强 度 系 数 可 能 不 同 。(2) 煤 的 强 度 系 数 未 考 虑 到 煤 层 深 部 开 采 的影 响 , 所 以 进 入 深 部 开 采 后 , 应 适 当 调 整 煤 的 强 度系 数 值 , 为 保 护 煤 柱 宽 度
26、留 设 留 有 余 地 。(3) 由 (3) 式 得 知 , 煤 的 强 度 系 数 大 小 取 决于 煤 的 单 向 抗 压 强 度 大 小 , 进 行 煤 的 单 向 抗 压 强 度的 准 确 测 定 , 以 便 求 得 准 确 的 煤 的 强 度 系 数 已 成 为必 要 。(4) 建 立 长 期 稳 定 的 职 能 机 构 , 定 期 观 测 巷道 的 动 压 情 况 , 掌 握 巷 道 的 稳 定 状 态 , 以 便 及 时 调整 煤 的 强 度 系 数 值 和 煤 柱 宽 度 , 为 矿 井 的 安 全 生 产创 造 效 益 。参 考 文 献 1 国 家 煤 炭 工 业 局 . 建
27、 筑 物 、 水 体 、 铁 路 及 主 要 井 巷 煤 柱 留 设与 压 煤 开 采 规 程 M 1北 京 : 煤 炭 工 业 出 版 社 , 20001 2 张 国 良 , 朱 家 钰 , 顾 和 和 1矿 山 测 量 学 M 1徐 州 : 中 国 矿业 大 学 出 版 社 , 19901 3 中 国 统 配 煤 矿 总 公 司 生 产 局 组 织 修 订 1煤 矿 测 量 手 册 M 1北 京 : 煤 炭 工 业 出 版 社 , 19901 4 叙 永 圻 1采 矿 学 M 1徐 州 : 中 国 矿 业 大 学 出 版 社 , 20061 5 何 国 清 , 杨 伦 , 凌 赓 娣 ,
28、等 1矿 山 开 采 沉 陷 学 M 1徐州 : 中 国 矿 业 大 学 出 版 社 , 19911责 任 编 辑 : 王 兴 库 (上 接 43页 ) 80%。放 煤 过 程 分 3步 放 煤 , 即 降 低 尾 梁 初 放 , 摆 动尾 梁 补 放 , 移 架 开 溜 再 放 。 放 煤 愈 充 分 , 顶 板 变 形愈 大 , 顶 煤 压 裂 效 果 愈 好 , 这 样 支 承 压 力 峰 值 点 就越 向 煤 体 内 部 转 移 , 加 大 了 压 裂 区 的 范 围 , 压 裂 效果 更 好 , 顶 煤 回 收 率 越 高 。315 提 高 顶 煤 冒 放 性煤 体 注 水 是 通
29、过 水 在 高 压 作 用 下 , 以 小 流 量 浸润 到 煤 体 内 部 结 构 中 , 使 煤 的 分 子 间 吸 收 了 大 量 的水 分 子 。 煤 体 吸 收 了 大 量 的 水 份 以 后 , 开 始 膨 胀 、松 散 , 从 而 使 煤 体 变 得 松 软 , 达 到 提 高 顶 煤 回 收 率的 目 的 。4 结 束 语通 过 对 综 放 工 作 面 放 顶 煤 技 术 的 分 析 和 研 究 ,可 以 有 效 地 采 取 针 对 性 措 施 , 进 而 提 高 综 放 工 作 面的 顶 煤 回 收 率 , 提 高 工 作 面 的 总 体 经 济 效 益 , 提 高掘 进 巷 道 的 利 用 率 , 减 缓 矿 井 采 掘 衔 接 的 紧 张 局面 , 避 免 造 成 资 源 浪 费 。参 考 文 献 1 钱 鸣 高 , 刘 听 成 1矿 山 压 力 及 其 控 制 M 1北 京 : 煤 炭 工 业出 版 社 , 19891 2 闫 少 宏 1放 顶 煤 开 采 支 架 工 作 阻 力 的 确 定 J 1煤 炭 学 报 ,1997, 22 (1) : 132171责 任 编 辑 : 毛 德 兵 74郭 志 磊 : 煤 的 强 度 系 数 对 井 巷 保 护 煤 柱 宽 度 影 响 分 析 2009年 第 1期
