薄煤层、大倾角煤层采煤方法

. . . 薄煤层、大倾角煤层开采技术的探讨矿业集团孔煤矿2004年8月13日薄煤层、大倾角煤层开采技术的探讨前言倾角在35以上的倾斜煤层，安全开采是国外采矿界比较棘手的问题，由于其在开采煤层中产量比例很小，国外研究得比较少，加之又有特殊的矿压显现，使其管理复杂，采煤方法的选择是一个难题。我矿目前可采与局部可采煤层13层，总厚度约22.93米，其中稳定煤层2层C13、B9b厚8.13m,占可采厚度的35.46%，较稳定煤层4层B11b、B8b、B7b、B4b厚8.05m,占可采厚度的35.15%，不稳定煤层4层，B11a、B9a、B8a、A1厚5.0m,占可采厚度的21.81%，极不稳定煤层3层C12、B10、A2（A3）厚1.75m,占可采煤层7.63%，含煤系数为6.32%。煤厚仅C13、B11b两层煤是中厚煤层，其余煤层均属于薄煤层，所有煤层倾角均在35以上。我矿于1958年建井，1960年投产以来，采煤方法的选择始终是一个难题。我们曾采用过的水平分层假顶、老回煤、倒台阶及坑木支护的长壁、柔性掩护支架等采煤方法，因煤炭资源回收率低、掘进率高、通风安全差、易发生瓦斯积聚和火灾事故、单产低、坑木消耗大、安全条件差、易使顶板抽冒推垮、窜矸堵面等缺点。另外，我矿煤层顶底板基本上为粘土岩，性软易破碎，给顶板管理带来诸多困难。柔性掩护支架采煤法，受煤层倾角限制，煤层倾角小于50时，架子难以下放。为此，我矿近几年大胆地在大倾角、中厚煤层工作面使用悬移支架放顶煤工艺；在次急倾斜煤层中应用柔性掩护支架采煤工艺；在近距薄煤层群采组合钢梁联合开采，采一层煤放两层煤；取得了较好的安全经济技术效果。第一部分：悬移支架放顶煤在大倾角、中厚煤层中的应用大倾角、中厚煤层悬移支架放顶煤在孔公司井-440mE4C13工作面试验。1工作面概况1.1工作面地质概况：1.1.1 C13顶板为灰色砂质粘土岩，厚度6.410.3m,平均8.3m；C13底板为灰色粘土岩，厚度0.30.7m,平均0.5m，其下为C12煤层，厚度0.39.0m平均0.6m；C12煤层底板为灰色粘土岩，厚度2.12.5m平均2.3m。1.1.2.C13煤层厚度2.38.7m平均5.5m，该煤层在本采区属稳定的厚煤层，黑色，弱油脂光泽，为半亮半暗型，呈鳞片状、粉沫状，性较软，中间夹有镜煤条带。该煤层与顶部C15煤层法线距18.0m左右，与底部B11b煤层法线距63.0m左右。1.1.3本工作面走向长422446m，平均434m，倾斜长4770m，平均55m，煤层倾角3046，平均38。1.1.4工作面回采上限：-394.6-392.2m,回采下限：-428.7-426.8m。1.2工作面技术概况1.2.1支架型号规格和间距 悬移支架工作面选用望峰岗机厂生产的转向式悬移支架，其型号为XDY-H，梁长2.66m，架宽0.68m，顶梁高度250mm，单梁宽度260mm，行程1.0m，每架6柱，支架重量1000Kg，支架沿走向方向排列，支架间距420mm，中心距1200mm。1.2.2、最大及最小控顶距第一次放顶、初次放顶、正常放顶，其最大控顶距为3.66米,最小控顶距为2.66米。两端头最大控顶距为3.4米，最小控顶距为2.40米。1.2.3工作面临时支护采用2000220mm，一锯两半优质半园木作梁子，DZ22/30-100单体液压支柱作腿子，一梁两柱顺山棚支护顶板。1.2.4工作面背顶沿走向铺设金属网，网的规格为5000110mm，网孔规格5050mm, 网与网间搭接长度不少于150mm,并用12#铁丝连结，间距不大于200mm。用100030mm塘棍进行过顶，过顶数量根据顶板的破碎程度而定，一般情况不少于4根/每米。2.主要要安全技术措施2.1支护措施 “大倾角”工作面支护的关键问题是支护对顶板的稳定性问题。提高支护的稳定性，应从支架本身和其它特殊措施两方面着手。针对我矿具体情况，采取如下防倒防推措施。 2.1.1提高支柱本身的初撑力为了提高单体液压支柱的初撑力，我们采取的具体方法是：确保液压泵的输出泵压，1820Mpa。工作面所有支柱全承载。每班对工作面所有支柱至少二次加压一次。支柱支到实底上，并挖矸子窝不少于50mm。底软或留有底煤时，必须穿特制的铁鞋。2.1.2提高支架的刚度假设把“顶板-支架-底板”看成一个建筑体，我们知道，提高建筑体的稳定性，必须提高其刚度。悬移支架是由支柱和顶梁组成的，支柱的刚度是一定的，关键是顶梁与顶板、支柱与顶梁、支柱与底板的接触质量。在这方面我们采取措施是：采用2000mm220mm一锯两半的半元木过顶，增大顶梁与顶板接触面积。支柱与顶梁接触严密、平稳。所有支柱必须有柱窝，以提高底板比压。顶板破碎及局部漏空地点，一律用塘柴、老料等物填严背实之后再铺网扶梁支柱。2.1.3提高支架的整体性 工作面所有独立支架间用30型刮板机链条和特制的拉丝钩将支架联成一个整体，使用时在煤壁和老塘侧两个档各一路，且用制的拉丝钩进行预紧。这就在采场中组了一个稳定的、可以阻止顶板沿层面向下的滑移力的“整体支架”。附图2：防倒设施示意图2.1.4使支柱有35的迎山角，可以阻止顶板的下推力。2.1.5工作面成俯斜开采，工作面煤壁线与正倾斜方位线间的夹角在1525之间。工作面采成俯斜的作用如下：相应减少了工作面的倾角。充分利用煤壁的支撑作用。有利于防止抽冒，便于顶煤的回收。工作面俯斜开采时，俯斜角必须根据工作面的真倾角确定一个合适的角度，其角度不能过大，否则有以下不利：老塘侧的矸石及煤对支架的推力加大，不利支架的稳定。支架移走后，顶煤未充分冒落，采空区矸石已充填实老塘，不利顶煤回收。放顶时向煤壁冲力加大。2.1.6上口顺槽金属梯形棚用过河形式支护，即采用一梁三柱顺山棚的形式支护，替换铁棚。2.2顶板管理顶板管理的关键是对工作面的“三护”护顶、护底、护煤壁。2.2.1护顶 放顶煤工作面的顶板是煤体，管理难度大，对工作面的安全特别重要，我们的做法如下：保持采高一致，保持活柱升降高度相等，以确保顶板受力均匀。顶煤松软易抽时，采临时顺山棚棚距缩小至0.5m。背顶方面采煤后，自下而上背规格为50001000mm，网孔规格5050mm, 网与网间搭接长度不少于150mm,并用12#铁丝连结，间距不大于200mm。铺网后再用100030mm塘棍进行过顶，过顶数量根据顶板的破碎程度而定，一般情况不少于4根/每米。扶梁支柱。顶板局部漏顶处用塘柴、老料、笆片接实背严。顶煤松软时，缩小排距为0.5m。2.2.2护底支柱对底板的压强大于底板的比压，支柱必须穿铁鞋。所有支柱必须有柱窝，且深度不少100mm。2.2.3护煤壁 在煤壁松软情况下，金属网必须全封闭。 煤壁采成7585 煤壁支设贴帮柱，并用塘柴制品背帮。2.3放顶煤 放顶煤采用分段、间隔、多轮次自下而上分段、段放顶煤由上向下顺序进行。2.3.1放煤前后必须对放煤口上下m围支柱进行补液加压。2.3.2工作面最多同时只准开3个放煤口，放煤口间隔1.0m1.5m。2.3.3工作面首轮放顶煤必须在最小控顶距下进行，放煤开口下端距底板不大于500mm；采煤班允许在最大控顶距下放老塘死角煤，放煤开口距底板不大于300mm，二次放煤不受采煤位置的影响。2.3.4放煤过程中，老塘侧如连续出现三架以上的梁头不实有空隙或塘顶板大面积不冒，应立即停止放煤作业，对该处及其上下2m米围采取一梁三柱顺山棚进行加强支护并对其上下各不少于3m的围支柱进行二次加压。2.3.5在放煤过程中，见碎白矸即停，应及时用14#铁丝将放煤口联好，以防窜矸。2.3.6以下块段严禁放顶煤 工作面上端头倾斜长度5.0m围严禁放顶煤。 工作面倾角大于50段及其以下3m围严禁放顶煤。 落差大于2m的断层带及其以下5m围严禁放顶煤。2.4防治自燃发火措施 放顶煤采煤法，煤炭资源回收不净，特别是在工作面初放期间，工作面严禁放煤,大量浮煤均留在老塘。煤层倾角大，阶段间留设5m隔离煤柱，开采时根本无法保留，上阶段采空区所遗留的氧化时间较长的浮煤随阶段煤柱的垮落而增大供氧，极易造成自燃发火，防治自燃发火特别重要。2.4.1稳定通风系统，实行均压通风对工作面增阻调压，选择适当风量正常情况下，工作面风量需配至270m3/min，方可满足工作面降温要求，而我们采取了优化系统，缩短行程，在进风巷增设净化喷雾等措施，降低了进风巷温度，进而通过在回风巷增设调节风门，使工作面风量保持在180m3/min，仍能满足其排瓦斯、防尘、降温等要求。使采空区原有的自燃氧化带宽度变小，窒息带前移，已经发展起来的自燃现象就会得到抑制。对上阶段采空区实行均压，减少采空区漏风在采区回风石门增设调节风门，降低采空区的压差，减少采空区漏风，这样可以使上阶段采空区上、下端口保持均压、稳定、窒息状态，其老塘有毒有害气体不会涌向工作面回风巷。具体见附图。稳定通风系统，对采区所有风门均设置牢固可靠的连锁装置，均压风门设置开停传感器，必要时要安专人看管。 2.4.2认真开展火灾的预测预报，把火灾隐患消灭在萌芽状态。建立预测预报制度，设立防火台帐，将CO气体纳入常规检查容，每班瓦检员至少检查一次工作面及回风巷中CO及温度情况，区、队干部每天至少有一人对工作面及附近采空区墙的气体灌浆等情况巡查一次；并利用色谱分析仪每周至少取样分析两次工作面及回风巷中CO情况。认真收集原始数据，勤于总结,确定自燃发火临界指标。C13煤层属极易自燃发火煤层，发火期短，在常温下氧化均能产生一定的CO气体，一般工作面在回采20天后，上隅角CO气体正常为2030PPm，最高达80PPm，回风巷存在有24PPm，通过我们对20个C13煤层回采面的观测，并结合井下实际情况，分析得出，当工作面回风巷CO绝对涌出量QCO7.510-4m3/min时,工作面较为稳定,一般不会自燃发火；当7.510-4QCO1510-4m3/min时必须加强防火灌浆，并分析原因，寻找高温点；当QCO1510-4m3/min,说明采空区已发生严重氧化,工作面必须停止放煤，加快推进，并对采空区补打钻孔进行强化注浆，消除隐患后，工作面方可恢复正常回采。2.4.3改变注浆方式，加强采区注浆 通风系统稳定和预测预报是防止煤层自燃的前提,而有效地注浆才是消除自燃发火的根本手段，为此我们对工作面采取了上隅角底板挂管、机巷老塘埋管以及顶板走向钻孔等有效地注浆措施。上隅角底板挂管注浆.因工作面采取伪倾斜回采，因此在老塘埋入两路1寸注浆管路，管路上每隔20m交错布置一组注浆孔，使注浆孔始终滞后于工作面1020m。针对于急倾斜煤层老塘放煤后注浆管易滑落，在煤层底板每隔5m打一锚杆，用来固定管路，使管路埋入老塘后能够始终有效注浆。机巷老塘埋管注浆，在工作面回采期间，下阶段风巷已开始掘进，因阶段煤柱净高不足5m，基本上可以说是沿空掘进，采空区漏风增大.因此在机巷也敷设一路管路，工作面每推进5m进行一次注浆，浆液浓度1:4。机尾见浆即停，使阶段煤体表面能够始终被浆液覆盖，既能防止阶段煤