塔山煤礦特厚煤層安全高效綜放開采技術(shù)

1、第25卷第6期山西大同大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版Vol.25.No.62009年12月Journal of Shanxi Datong University(Natural ScienceDec .2009塔山煤礦特厚煤層安全高效綜放開采技術(shù)沈明1,石白云2(1.大同煤礦集團(tuán)公司塔山礦,山西大同037003;2.山西大同大學(xué)工學(xué)院,山西大同037003摘要:塔山煤礦開采的石炭系35號煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,頂板巖性變化大,煤層自燃發(fā)火期短.通過實施合理的巷道布置、有效的巷道支護(hù)、高壓注水軟化頂板、采空區(qū)預(yù)防性灌注三相泡沫漿防火、綜合礦壓監(jiān)測等措施,制約了影響工作面生產(chǎn)的不利因素,保證了采煤工作面的安全高效生產(chǎn)

2、.關(guān)鍵詞:特厚煤層綜放開采錨桿支護(hù)安全高效中圖分類號:TD82文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-0874(200906-0066-03收稿日期:2009-10-06作者簡介:沈明(1969-,男,山西大同人,工程師,研究方向:煤礦綜采技術(shù).1開采技術(shù)條件概述大同煤礦集團(tuán)塔山井田面積約170.91km 2,可采儲量30.7億t .礦井設(shè)計生產(chǎn)能力1500萬t/a ,設(shè)計服務(wù)年限132年.礦井采用平硐、立井混合方式開拓,主、副井為平硐,進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)井為立井.所采煤層為石炭系35#合并層,厚度為12.6329.21m ,平均18.44m ,煤層含有611層夾石,最大厚度達(dá)0.6m ,傾角13

3、6;,屬較穩(wěn)定型特厚煤層.煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、煤、高嶺巖、細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖的互層,分層厚度一般為0.14.0m ,且厚度較大的分層中間都夾有泥巖或煤的軟弱夾層,該類型頂板為不穩(wěn)定頂板.由于煌斑巖侵入煤層上部穿插破壞,煤層受巖漿熱變質(zhì)或硅化,結(jié)構(gòu)疏松,易碎,使煤層結(jié)構(gòu)與煤質(zhì)趨于復(fù)雜化.首采工作面位于塔山礦一盤區(qū),工作面走向長度1,650m ,傾向長度230.5m ,面積352964.7m 2,工業(yè)儲量724.7萬t ;采用單一走向長壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤采煤法.2巷道布置及支護(hù)首采8102工作面為一進(jìn)兩回三巷布置,三條順槽均垂直與1070大巷向北,其中2102皮帶順槽、5102

4、輔助運(yùn)輸順槽沿35#煤層底板布置;2102皮帶順槽與1070皮帶巷相連接;5102輔助運(yùn)輸順槽通過聯(lián)絡(luò)巷與1070輔助運(yùn)輸巷連接;頂回風(fēng)順槽沿35#煤層頂板布置并與1070回風(fēng)巷連接.5102巷回風(fēng)兼作材料、設(shè)備的運(yùn)輸巷,底板鋪設(shè)厚150200mm 混凝土作路基.切眼位于工作面北部,工作面由北向南推進(jìn).根據(jù)煤層及圍巖地質(zhì)力學(xué)綜合測試結(jié)果,應(yīng)用松動圈理論和組合拱理論并結(jié)合一定的實踐經(jīng)驗,在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上確定塔山礦首采8102工作面順槽及切眼巷的支護(hù)參數(shù),兩巷為矩形斷面,工作面運(yùn)輸順槽5.5×3.5m ,工作面回風(fēng)順槽5.2×3.5m .2.12102運(yùn)輸順槽支護(hù)頂板錨桿支護(hù)

5、形式和規(guī)格:桿體采用22#左旋無縱筋螺紋鋼,長度為2400mm ,桿尾螺紋為M24mm .托板:采用拱型高強(qiáng)度托板,托板規(guī)格為150×150×10mm .W 形鋼帶規(guī)格為厚度為3mm ,寬度為250mm ,長度為5300mm .錨固方式為樹脂加長錨固,采用兩支樹脂藥卷,一支規(guī)格為K2335,另一支規(guī)格為Z2360.鉆孔直徑為28mm ,錨固長度為1200mm .錨桿布置:錨桿排距為1000mm ,每排6根錨桿,間距為1000mm .錨桿角度為靠近巷幫的頂板錨桿安設(shè)角度為與鉛垂線成20°.錨索為單根鋼絞線,直徑為準(zhǔn)17.8mm ,長度為8300mm ,加長錨固,采用

6、三支樹脂藥卷,一支規(guī)格為K2335,兩支規(guī)格為Z2360.錨索每3排2根,排距為3000mm ,錨索頭部設(shè)有樹脂藥卷攪拌頭,尾部配有高強(qiáng)度錨具,配套金屬托板規(guī)格為300×300×16×22mm .巷幫錨桿支護(hù)桿體采用22#左旋無縱筋螺紋鋼,長度為2400mm ,桿尾螺紋為M24mm ;托板采用拱型高強(qiáng)度托板,托板規(guī)格為150×150×10mm ;W 形鋼帶規(guī)格為厚度3mm ,寬度250mm ,長度2300mm ;錨固方式為樹脂加長錨固,采用一支樹脂藥卷,規(guī)格為Z2360;鉆孔直徑為28mm ,錨固長度為1000mm ;錨桿布置:錨桿排距為100

7、0mm ,每排每幫3根錨桿,間距為1000mm .錨桿角度與靠近頂板的巷幫錨桿安設(shè)角度為水平線成10°.2.2回風(fēng)順槽支護(hù)回風(fēng)順槽支護(hù)仍采用錨桿加錨索支護(hù),其形式與規(guī)格僅頂板支護(hù)W 形鋼帶長度變?yōu)?800mm ,錨桿間距調(diào)整為900mm ,其他參數(shù)與運(yùn)輸順槽相同.8102工作面頂部回風(fēng)巷支護(hù)采用矩形巷道斷面,巷道掘進(jìn)寬3000mm ,高2500mm ;頂錨桿布置三排,排距850mm ,桿距1000mm .3設(shè)備選型及采煤工藝根據(jù)煤層賦存條件,綜合考慮各種因素,采用北京煤科院開采所設(shè)計方案,本工作面采用單一走向長壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤采煤法,采面傾斜長度230.5m ,走向長度1

8、650m ,使用SL-500型采煤機(jī)落煤、裝煤;PF6/1142型前部刮板運(yùn)輸機(jī)和PF6/1342型后部刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤;131架ZF10000/25/38型低位放頂煤支架支護(hù)頂煤、頂板,架中心距1.75m ;工作面采高為3.5m ,放煤高度9.1325.71m .采用一采一放多輪順序放煤的正規(guī)循環(huán)作業(yè),循環(huán)進(jìn)度、放煤步距為0.8m ,采用自然跨落法管理采空區(qū)頂板.當(dāng)工作面頂煤塌落厚度達(dá)4m 以上,即古塘墊層不能小于4m ,方可回收頂煤.頂煤塌落厚度達(dá)不到4m ,嚴(yán)禁回收頂煤.采煤機(jī)采用雙向割煤,從頭到尾及從尾到頭,沿牽引方向前滾筒割頂煤,后滾筒割底煤.生產(chǎn)工藝:采煤機(jī)斜切進(jìn)刀割煤移架推前溜放頂

9、煤拉后溜.4頂煤、頂板弱化處理8102工作面長度大,頂板巖性變化較大,為確保開采安全,針對煤層和頂板實際賦存狀況,通過注水軟化頂板的方法降低頂煤和頂板強(qiáng)度.由于頂煤放煤的厚度大,工作面長230.5m ,故選用雙巷雙側(cè)雙孔注水壓裂孔布置.L 1=(L -2R 24Sin 2+H 2姨注水孔長度由計算:式中:L 1-為注水孔長度,m ;L -工作面長度,230.5m ;R -濕潤半徑,15m ;H -煤巖體弱化高度,20m ;-注水孔水平投影與工作面順槽的夾角,初次放頂區(qū)取=90°一般取=70°.則初次放頂區(qū)L 1107m 取L 1=100m ;正常情況L 1114m 取L 1

10、=110m ,經(jīng)計算,注水孔仰角初次放頂區(qū)=19°,正常情況區(qū)=17°.圖1頂板注水軟化壓裂鉆孔布置示意圖從第一層孔孔口到見頂板處有大于40m 的頂板未能很好注水弱化,故需打第二層孔.根據(jù)現(xiàn)場實際情況,取未注好水的頂板長度為50m .經(jīng)計算注水孔仰角=30°,二層孔長度L 2=60m .第一次注水孔從切眼算起20m 打孔,以后孔間距取30m ,注水孔布置參數(shù)如圖1所示.根據(jù)現(xiàn)場鉆機(jī)特性,選取注水孔孔徑取8090mm .孔長60m 的注水量200300m 3/孔,孔長100110m 的注水量400-500m 3/孔.開始的注水壓力為1020MPa ,穩(wěn)定注水壓力保持

11、在36MPa .5煤層自燃發(fā)火防治塔山煤礦35#煤層自燃發(fā)火期為6個月,為防止工作面開采過程中煤層自燃發(fā)火,要求工作面每推進(jìn)40m ,開始對古塘余煤實施三相泡沫漿阻化措施,直至工作面封閉.三相泡沫是將一定比例的水與粉煤灰或黃泥攪拌混合形成粉煤灰或黃泥漿體,在制漿站通過壓力泵輸送到注漿管路中,再通Á沈明等:塔山煤礦特厚煤層安全高效綜放開采技術(shù)2009年8102回采工作面·67·過定量螺桿泵將發(fā)泡劑加入到注漿管路中,漿液與發(fā)泡劑在流動的混合器中混合后進(jìn)入發(fā)泡器,在發(fā)泡器中接入氮氣管路,氮氣與含有發(fā)泡劑的粉煤灰或黃泥漿體相互作用產(chǎn)生三相泡沫漿.正常情況下,工作面每推進(jìn)4

12、0m 后就開始連續(xù)注三相泡沫,進(jìn)回風(fēng)巷道連續(xù)注36h 后停止.等工作面再推進(jìn)40m 后又開始連續(xù)注三相泡沫,如此循環(huán).工作面不能正常推進(jìn)時需要加強(qiáng)灌注,直到上下隅角出現(xiàn)三相泡沫漿才能停止灌注.工作面停采后在停采線附近加強(qiáng)灌注力度,要求停采線處三通長度為80m ,每隔40m 在三通上隨機(jī)打20個左右孔徑為10mm 的小孔,如采空區(qū)出現(xiàn)異常情況立即進(jìn)行灌注.6采面頂板運(yùn)移規(guī)律監(jiān)測為掌握石炭系特厚煤層綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,8102工作面投產(chǎn)后,采用了KJ216頂板動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(該系統(tǒng)由綜采監(jiān)測、頂板離層監(jiān)測、錨桿應(yīng)力監(jiān)測、超前應(yīng)力監(jiān)測四部分組成、數(shù)字全景鉆孔攝像系統(tǒng)、高精度微地震監(jiān)測系統(tǒng)對回采工作

13、面和巷道頂板的運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了綜合觀測,得出了特厚煤層綜放開采過程中的頂板來壓顯現(xiàn)規(guī)律;同時,分析推進(jìn)速度、支架狀況及地質(zhì)構(gòu)造對頂板控制的影響,基本掌握回采工作面頂板活動規(guī)律,總結(jié)行之有效的礦壓控制方法,保證開采安全,并為以后類似工作面支護(hù)提供決策依據(jù).7結(jié)束語在開采塔山礦井石炭系特厚、復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層過程中,存在諸多影響安全生產(chǎn)的不利因素.使用相應(yīng)的技術(shù)手段綜放開采,能保障安全生產(chǎn),使工作面的煤炭采出率超過80%,回采工作面最高月產(chǎn)達(dá)到110萬t ,取得良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益,并為本礦后續(xù)工作面的開采提供了寶貴的技術(shù)經(jīng)驗.參考文獻(xiàn)1何滿潮,袁和生.中國煤礦錨桿支護(hù)理論與實踐M.北京:科學(xué)出版社,20

14、04.2宋永津.注水壓裂弱化控制煤層堅硬難冒頂板技術(shù)M.北京:煤炭工業(yè)出版社,2002.3吳永平.大同礦區(qū)特厚煤層綜放采場礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究J.煤炭科學(xué)技術(shù),2008,36(1:8-10.4寇海平.預(yù)防綜放面堅硬頂板超前剪切破壞方法J.山西大同大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2008,24(3:56-58.5黃慶國,陳連城.唐山溝煤礦煤巷錨桿-錨索支護(hù)技術(shù)研究J.山西大同大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2009,25(4:63-65.Practices on F ully M echanized L ongwall T op C oal C aving M ining T echnologyin E xtra T

15、hick S eam in Tashan M ineSHEN Ming 1,SHI Bai-yun 2(1.Tashan M ine of Datong Coal Mine Group ,Da t ong Shanxi ,037003;2.School of Enhineering ,Shanxi Datong University ,Tatong Shanxi ,037003Abstract :No .3to No .5carboniferous seams in Tashan mine are typical combined seams characterized by extra th

16、ickness ,com -plex structures ,complicated lithology ,and short-term Self-ignition duration .According to the characteristics mentioned above ,sev -eral methods ,such as the reasonable roadway layout ,the effective roadway support ,the high-pressure water affusion into the top coal roof ,the three-phase foam affusion into goaf ,and the comprehensive mine-pressure monitoring measures ,are used in coal min -