煤矿开采技术问题研究

论文导读：煤矿开采在综放技术不成熟之前,厚煤层普遍采用分层开采方式。为了降低工作面成本,提高资源回收率,取得工作面最大的技术经济效益,必须加大工作面长度,在已采上分层煤体段内采用下分层综采工艺,在上分层未采边缘煤柱或煤体段采用综放工艺,也就是同一工作面采用综放综采混合式开采。混合开采技术采用理论分析、数值模拟、物理模拟、现场实测和现场工业性试验相结合的研究方法。
关键词：综放，综采，混合开采，技术效益分析

　　煤矿开采在综放技术不成熟之前,厚煤层普遍采用分层开采方式。如某煤矿3#煤层分为上、下两个分层开采。受生产技术装备、特殊地质条件的制约,以及生产、运输、通风、排水等系统对巷道的影响,导致回采上分层煤体时,工作面布置长度较小(根据目前工作面布置长度来看),而工作面两侧留设煤柱较大,一些边缘煤体不能进行回采。现将进行下分层开采,由于工作面装备水平的提高,以及开采技术与管理水平的进步,若将下分层工作面布置成与上分层工作面长度相同,技术经济均不合理,同时还将损失大量的优质煤炭资源。为了降低工作面成本,提高资源回收率,取得工作面最大的技术经济效益,必须加大工作面长度,在已采上分层煤体段内采用下分层综采工艺,在上分层未采边缘煤柱或煤体段采用综放工艺,也就是同一工作面采用综放综采混合式开采。
　　1.技术可行性分析
　　综放综采混合式开采在国内为数不多,需研究解决两种方式组合在一起时的支架选型、后部输送机的配备、回采工艺、放煤方式、顶板管理等技术难点。特别是研究假顶与实煤体交接处在放顶煤开采技术条件下上覆岩层矿压变化的规律,对顶板管理的指标十分重要,也是研究矿压规律显现的一种新技术、新问题、新内容。论文参考。论文参考。对此范围的技术研究国内外尚未进行。单个综采下分层回采、综采放顶煤回采两种方式的矿压显现规律已基本掌握,综采技术应用的领域也在不断扩大发展。单独进行综采分层回采、综采放顶煤回采技术经过十余年的生产实践,已经积累了丰富的技术经验,具备了进行综采综放混合式开采工业试验的实力。
　　2.方法技术研究
　　混合开采技术采用理论分析、数值模拟、物理模拟、现场实测和现场工业性试验相结合的研究方法。其研究内容是:在布置下分层工作面时,如何利用综采放顶煤技术对上分层回采完后留下的边缘煤体进行回采。回采方法是:工作面分阶段分别采用分层综采方式和综放方式对下分层工作面和边缘煤体进行回采。技术路线:通过实验室相似模拟试验及计算机数值模拟,分析顶板活动规律,为混合开采顶板管理提供理论依据,通过数值模拟回采工艺过程,优化回采工艺参数,达到安全高效生产的目的。
　　2004年,某煤矿在7510工作面进行综放综采混合式回采技术工业性试验。工作面运输巷一侧的煤体中由于布置有放水巷(在用),并伴有断层,因此在回采上分层时留下了110 m的保安煤柱。在布置下分层工作面时,原排水系统已被新的排水系统所替代,可将下分层运巷外错布置于实煤体中,利用综放综采混合式开采技术将边缘煤体回收,从技术上是可行的。(7510工作面切眼长度220 m,其中,下分层142 m,放顶煤78 m,运巷735 m外错78 m布置在实煤体中,采用全锚支护,回风巷长度760 m内错8 m布置在上分层假顶下,采用工字钢支护,可采长度665 m,储量75万:t其中分层37万,t放顶煤38万t)。论文参考。具体的技术方案如下:
　　（1）支架的配备　将运输巷道布置于边缘煤体中,靠近端头侧78 m为综放回采方式开采,靠近端尾侧142 m为分层综采方式开采,分别采用ZZP4800-17/33、ZY-35型两种规格支架。
　　（2）后部输送机的配备　工作面放煤区域处于运输巷道侧,后部刮板输送机尾部分只能设置于工作面中间区域。由于两种架型结构尺寸不同,布置后部输送机机尾电机空间较小,因此必须取消后部刮板输送机机尾部分的电机减速机,仅布置机头单电机运输,根据工作面所放顶煤范围确定电机功率大小。经验算功率采用250 kW的单电机运转,其运输能力即可满足运煤需求,后部机尾段只需安设2~3架配套分层中间架,即可缩小与相邻分层支架长度的差距。
　　（3）放煤方法　后部输送机机头处、机尾处根据矿压变化规律,在机头位置留5架、机尾位置留3架支架不放煤,放煤采用单轮间隔顺序方式,与割煤平行同向进行,放煤步距为0.6 m。
　　（4）交接处支架的配备　将分层支架伸入茬边放顶煤区域3 m,放煤区域共布置47架放顶煤支架(不包括端头3架过渡架),后部刮板输送机机尾处于第49架下方。有2架分层支架处于茬边放顶煤区域,茬边两侧多为体积小操作灵活的ZY-35型支架,有利于茬边的顶板管理。流入后部刮板输送机的煤,可人工将煤装入后部刮板输送机运出,利于后部刮板输送机机尾维护和煤质管理。
　　（5）顶板管理　端头处的顶板管理采用大板梁配单体柱支护,假顶与实煤体交接处,采用玻璃钢树脂全锚和预注马丽散锚固剂联合支护形成对破碎煤柱的主动支护。
　　（6）通风瓦斯管理　在后部输送机尾部设置瓦斯传感器,在回风巷上隅角安置抽出式局扇进行瓦斯抽排,同时及时清理后部输送机机尾部及架间浮煤。
　　3.在某煤矿7510工作面应用情况
　　7510工作面于2004年4月1日开始进行安装工作, 5月20日正式生产。工作面共布置3架ZP-6500/19·5/34型端头过渡架, 47架ZZP-4800/17/33型中间架(放顶煤架), 97架ZY-35型(分层架),改造后的后部输送机尾部分置于第49架尾梁下方。实际生产过程中,由于49#~54#架处于假顶与实体煤交接区域,且该区域坡度较大, 49#架上部相邻架移架时经常有大快矸石窜入,不利于机尾的管理。因此去掉一节后部运输中部槽,将后部输送机尾部分置于第48架尾梁下方。实际生产过程中,假顶与实煤体交接处两侧10~15 m范围煤墙片帮量大,特别是周期来压期间易发生漏顶情况,通过采取加快推进速度和带压移架的方法,使上述情况得到了有效控制。
　　从生产情况看日平均割煤4刀,月产8~9万,t后部输送机运转正常,放煤效果好,放煤回收率达87%,表明7510工作面应用综采综放技术进行工业性试验取得了很大成功。
　　4.综合分析比较
　　综采综放混合式开采,属于综采工作面回采领域的一项创新技术,煤顶与假顶交接区域、工作面异常隆起区域的煤体,受采动影响后煤体的片帮量非常严重,这种特殊的开采方式再加上困难的地质条件在目前国内外还未遇到,因此对此种情况下的煤墙片帮防治技术还是一项空白领域。需研究解决两种方式组合在一起时的支架选型、后部输送机的配备、回采工艺、放煤方式、顶板管理等技术难点。特别是研究假顶与实煤体交接处在放顶煤开采技术条件下上覆岩层矿压变化的规律,就显得尤为重要,也是研究矿压规律显现的一项新的探索。
　　　　与国内外相关文献论述内容相比,此项目的突出特点在于:①针对某煤矿特定的工作面地质条件,通过合理的巷道布置、设备选型和配置以及相关工艺协调等关键技术的研究分析和优化组合,对综放综采开采技术进行了系统研究和大胆尝试;②对综采综放交接区域矿压显现规律及控制技术进行了重点研究,为混采面片帮冒顶的进一步防治技术提供了理论依据和实践经验。
　　5.经济、社会效益分析
　　经济效益:某煤矿7510工作面布置混采面比布置两个面可多采煤5·9万,t按吨煤售价230元,利润92元计,则增加产值1 357万元,净赢利543万元。
　　社会效益:①工作面边缘煤体实现了机械化回采,减少巷道掘进工程量;②提高了矿井资源采出率,缓解了矿井采掘衔接局面,延长了矿井服务年限,具有很大的社会效益;③创新了回采工艺,完善了采煤方法,为矿井高效生产创出一条新路子。