论文部分内容阅读
摘要：中厚煤层在我国分布范围较大，尤其是新集、淮南、徐州等矿区赋存丰富，因此中厚煤层悬移支架放顶煤技术的应用研究具有极其现实意义。本文以新集二矿8煤柱工作面为研究对象，通过对悬移支架的详细介绍以及采煤技术的阐述，并结合本工作面煤层开采过程中实践，总结出了一套行之有效的经验和方法，对条件相似的煤层回采具有极强的借鉴和指导意义。
关键词：中厚煤层 悬移支架 炮采放顶煤技术 经济效益
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-550-01
引言
煤层厚度在1.3～3.5m之间的煤层称为中厚煤层，原有开采中厚煤层方法为分层开采，随着采煤技术的进步，现在开始向大采高正层开采和放顶煤开采发展。与原有的分层开采方法相比，大采高和放顶煤开采具有很大优势，能够提高工作面产量、效率，减少掘进率，降低回采中设备维修费用，降低生产成本，简化生产系统，实现了集中生产。但采用炮采放顶煤技术开采中厚煤层时易出现问题：顶煤放落过程中存在伪顶无规则冒落，导致煤中混有大量矸石，使得工作面回采率大大降低；同时顶板厚度较小，易产生离层、断裂，给工作面顶板管理带来不便。如何根据矿井的具体情况，选择合适的架型和适当的工艺是中厚煤层炮采放顶煤能否成功的关键，国投新集能源股份有限公司新集二矿在8煤煤柱（Ⅰ）工作面采用了中厚煤層悬移支架炮采放顶技术，取得了良好的经济收益和社会效益。
1 中厚煤层悬移支架炮采放顶煤技术的实践与研究
（一）工作面概况
新集二矿8煤煤柱工作面标高为-409.0～-460.0m，平均可采走向长度884m， 平均倾向长度42.6m，工作面北部与1800工作为邻（2001年回采完毕）；南部以阜凤下夹片断层为界，东到07勘探线以西133m处，西到8煤工厂保护煤柱以西226m处。所采煤层为8煤，煤层厚度较稳定，结构相对简单，煤层总厚度2.8～4.7m，平均3.75m；煤层总体上呈倾向南北，走向近东西单斜构造，倾角一般在12°～14°之间，平均倾角为13°，受区域主要构造影响，工作面内小断层、小褶曲较发育，给工作面回采带来了一定的困难；8煤具有自然发火危险，发火期一般为3～6个月，属于较易自燃煤层。
（二）悬移支架概况
工作使用的是型号为XDY-1T2的悬移顶梁液压支架（以下均简称为悬移支架）来支护顶板，它由主梁、副梁组成。主、副量又由顶梁和三根液压支柱组成，主、副梁通过一对降架滑块作为降架机构，具体参数为顶梁长2.66m、高度0.25m、宽度0.26m，前探梁行程1.0m。在工作面的上下端头使用4架端头支架（梁长3.66m）来进行顶板支护。端头支架与工作面支架的结构是相同的，只是增大了控顶的范围，超出工作面煤壁1m距离，主要是为了保证行人和设备的安全空间。支架支撑高度为2.15～2.75m，设计初撑力为900KN，额定工作阻力为1800KN，最大控顶距为3.66m（端头控顶距为4.66m），最小控顶距为2.66m（断头控顶距为3.66m）。支架沿走向方向排列布置，支架净间距0.42m，架间中心距1.1m。该悬移支架的体积很小、重量很轻，支架的运输、安装、拆卸、更换、调架、操作方便灵活。
（三）采煤工艺
工作面采用的采煤方法是长壁后退式悬移支架炮采放顶煤，跟底进行回采。
（1）落煤、运煤。工作面落煤的方式是以人工风镐落煤为主，采用炮采辅助风镐落煤。当煤层比较松软的时候，采用风镐落煤来进行回采；当煤层较为坚硬或者含有夹矸时，采用放炮来松动夹矸，并采用镐落煤进行回采。当工作面遇到断层或者煤层变薄区域再或者底板鼓起时，采用放小炮并结合风镐进行落煤。工作面的采高一般控制在2.1m，当煤层变薄而无法放煤时，要一次采全高。回采时利用SGB-630/75刮板输送机位于煤帮来将煤运出，放炮落煤、人工装煤至刮板输送机；放煤时，刮板输送机靠近老塘，放煤自流入刮板输送机。
（2）铺网、联网。顶板要铺金属菱形网，具体参数为网宽1.1m、长3.3m、材料为10#镀锌铁丝、网孔为60×60mm，菱形网长边沿走向铺设，长、短边搭茬不得小于100mm，用14#铁丝每隔200mm联网一扣并联接牢固。铺网后，每隔300mm过一组顶棍（长1.4m、φ≥50mm的塘柴棍），利用升起的支架前探梁将金属网、顶棍压紧铺好进行临时支护。菱形网一定要扑倒煤壁梁头，同时要保证金属网向下垂150mm，方便回采顶网搭茬。当顶板出现冒漏且顶板还凹凸不平的情况时，挂完网需要用板皮、半圆木、装煤纺织袋等物料将冒落处填平，接实顶板。
（3）移架。当工作面落完煤后，及时进行前移支架。为了安全，在移动支架前刮板输送机必须停电闭锁，挂停电牌。移架按照由下向上的顺序分组（每组5～7架）进行，移架时先收回副架前探梁，升起副架三根支柱，前移副架1.0m，注液升柱，类似副架操作，前移主架1.0m，移完整架后再移相邻一架。
（4）放顶煤。在经过煤层开采的试验之后，确定工作面的放煤工艺为一采一放，放煤步距为1m， 采用多轮、分段、间隔、自下而上放煤，同时放煤的间距不小于20m，每一轮放煤时，要严格地控制放煤时间，达到均匀放煤目的，同时要保证顶板垮落均衡。采用低位放煤，放煤口剪成规格300mm×300mm或500mm×500mm（大块煤难放处）的“T”或“V”型，下口距溜子上沿100mm，放煤口间距1.1m，放煤见矸后立即封网，网口采用“#”型封口。
（5）循环作业方式。循环作业方式采用三八制作业，两班生产一班检修。
（四）煤尘、自然发火防治
煤尘发火的防治：采用煤层超前打眼注水技术进行煤尘发火防治。煤体注水后，其含水率有大幅提高，由2%提高到3.5%，并且在工作面老塘侧提前布置了管路，用于工作面放顶煤时进行防尘处理。
煤层自然发火防治：采用综合治理方法来进行煤层自然发火防治。采用向工作面的采空区内注入黄泥浆、提高工作面的采出率以及减少采空区漏风等措施，措施实施后，工作面回采期间未发生自然发火。
2 经济效益分析
通过对工作面回采实践进行总结，得出8煤工作面的采出率为89%，与条件相似的煤层开采相比，本工作采面出率大幅度提高；由于采用该技术直接工效明显提高，成本降幅达1.83元/t；巷道掘进的费用降低4.66元/t，工作面回采期间巷道维护费用降低幅达0.6元/t，材料消耗降低4.58元/t，与分层开采成本相比降幅低12.70元/t。采用中厚煤层悬移支架炮采放顶煤技术带来了丰厚的经济效益，该技术值得在其他条件相似的炮采工作推广。
3 结论
（1）要严格控制工作面的采高，当采高超过架子时会出现架子不稳的现象，同时还会造成顶煤太薄，使得回采煤体中混有大量矸石。当采高低于架子时，会出现工作面单体上提行程过小的现象，移架困难，导致工作面出现安全事故，影响安全生产。通过现场实践也证实采高过大不利于工作面顶板的管理，因此工作面采用2.2m的单体支柱作为悬移支架支柱，并在工作面回采过程中取得很好的效果。
（2）该悬移支架与炮采工艺的结合，使得初期的投资只是综采放顶煤开采的1/5～1/8，降低成本。并且该技术具有体积小、重量轻、结构简单、安装和运输方便、操作容易等优点，对复杂条件煤层以及边角煤有很好技术适应性，因此在目前类似新集二矿一水平煤层基本回采结束，开采剩余边角煤块段的现状尤为合适。
关键词：中厚煤层 悬移支架 炮采放顶煤技术 经济效益
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-550-01
引言
煤层厚度在1.3～3.5m之间的煤层称为中厚煤层，原有开采中厚煤层方法为分层开采，随着采煤技术的进步，现在开始向大采高正层开采和放顶煤开采发展。与原有的分层开采方法相比，大采高和放顶煤开采具有很大优势，能够提高工作面产量、效率，减少掘进率，降低回采中设备维修费用，降低生产成本，简化生产系统，实现了集中生产。但采用炮采放顶煤技术开采中厚煤层时易出现问题：顶煤放落过程中存在伪顶无规则冒落，导致煤中混有大量矸石，使得工作面回采率大大降低；同时顶板厚度较小，易产生离层、断裂，给工作面顶板管理带来不便。如何根据矿井的具体情况，选择合适的架型和适当的工艺是中厚煤层炮采放顶煤能否成功的关键，国投新集能源股份有限公司新集二矿在8煤煤柱（Ⅰ）工作面采用了中厚煤層悬移支架炮采放顶技术，取得了良好的经济收益和社会效益。
1 中厚煤层悬移支架炮采放顶煤技术的实践与研究
（一）工作面概况
新集二矿8煤煤柱工作面标高为-409.0～-460.0m，平均可采走向长度884m， 平均倾向长度42.6m，工作面北部与1800工作为邻（2001年回采完毕）；南部以阜凤下夹片断层为界，东到07勘探线以西133m处，西到8煤工厂保护煤柱以西226m处。所采煤层为8煤，煤层厚度较稳定，结构相对简单，煤层总厚度2.8～4.7m，平均3.75m；煤层总体上呈倾向南北，走向近东西单斜构造，倾角一般在12°～14°之间，平均倾角为13°，受区域主要构造影响，工作面内小断层、小褶曲较发育，给工作面回采带来了一定的困难；8煤具有自然发火危险，发火期一般为3～6个月，属于较易自燃煤层。
（二）悬移支架概况
工作使用的是型号为XDY-1T2的悬移顶梁液压支架（以下均简称为悬移支架）来支护顶板，它由主梁、副梁组成。主、副量又由顶梁和三根液压支柱组成，主、副梁通过一对降架滑块作为降架机构，具体参数为顶梁长2.66m、高度0.25m、宽度0.26m，前探梁行程1.0m。在工作面的上下端头使用4架端头支架（梁长3.66m）来进行顶板支护。端头支架与工作面支架的结构是相同的，只是增大了控顶的范围，超出工作面煤壁1m距离，主要是为了保证行人和设备的安全空间。支架支撑高度为2.15～2.75m，设计初撑力为900KN，额定工作阻力为1800KN，最大控顶距为3.66m（端头控顶距为4.66m），最小控顶距为2.66m（断头控顶距为3.66m）。支架沿走向方向排列布置，支架净间距0.42m，架间中心距1.1m。该悬移支架的体积很小、重量很轻，支架的运输、安装、拆卸、更换、调架、操作方便灵活。
（三）采煤工艺
工作面采用的采煤方法是长壁后退式悬移支架炮采放顶煤，跟底进行回采。
（1）落煤、运煤。工作面落煤的方式是以人工风镐落煤为主，采用炮采辅助风镐落煤。当煤层比较松软的时候，采用风镐落煤来进行回采；当煤层较为坚硬或者含有夹矸时，采用放炮来松动夹矸，并采用镐落煤进行回采。当工作面遇到断层或者煤层变薄区域再或者底板鼓起时，采用放小炮并结合风镐进行落煤。工作面的采高一般控制在2.1m，当煤层变薄而无法放煤时，要一次采全高。回采时利用SGB-630/75刮板输送机位于煤帮来将煤运出，放炮落煤、人工装煤至刮板输送机；放煤时，刮板输送机靠近老塘，放煤自流入刮板输送机。
（2）铺网、联网。顶板要铺金属菱形网，具体参数为网宽1.1m、长3.3m、材料为10#镀锌铁丝、网孔为60×60mm，菱形网长边沿走向铺设，长、短边搭茬不得小于100mm，用14#铁丝每隔200mm联网一扣并联接牢固。铺网后，每隔300mm过一组顶棍（长1.4m、φ≥50mm的塘柴棍），利用升起的支架前探梁将金属网、顶棍压紧铺好进行临时支护。菱形网一定要扑倒煤壁梁头，同时要保证金属网向下垂150mm，方便回采顶网搭茬。当顶板出现冒漏且顶板还凹凸不平的情况时，挂完网需要用板皮、半圆木、装煤纺织袋等物料将冒落处填平，接实顶板。
（3）移架。当工作面落完煤后，及时进行前移支架。为了安全，在移动支架前刮板输送机必须停电闭锁，挂停电牌。移架按照由下向上的顺序分组（每组5～7架）进行，移架时先收回副架前探梁，升起副架三根支柱，前移副架1.0m，注液升柱，类似副架操作，前移主架1.0m，移完整架后再移相邻一架。
（4）放顶煤。在经过煤层开采的试验之后，确定工作面的放煤工艺为一采一放，放煤步距为1m， 采用多轮、分段、间隔、自下而上放煤，同时放煤的间距不小于20m，每一轮放煤时，要严格地控制放煤时间，达到均匀放煤目的，同时要保证顶板垮落均衡。采用低位放煤，放煤口剪成规格300mm×300mm或500mm×500mm（大块煤难放处）的“T”或“V”型，下口距溜子上沿100mm，放煤口间距1.1m，放煤见矸后立即封网，网口采用“#”型封口。
（5）循环作业方式。循环作业方式采用三八制作业，两班生产一班检修。
（四）煤尘、自然发火防治
煤尘发火的防治：采用煤层超前打眼注水技术进行煤尘发火防治。煤体注水后，其含水率有大幅提高，由2%提高到3.5%，并且在工作面老塘侧提前布置了管路，用于工作面放顶煤时进行防尘处理。
煤层自然发火防治：采用综合治理方法来进行煤层自然发火防治。采用向工作面的采空区内注入黄泥浆、提高工作面的采出率以及减少采空区漏风等措施，措施实施后，工作面回采期间未发生自然发火。
2 经济效益分析
通过对工作面回采实践进行总结，得出8煤工作面的采出率为89%，与条件相似的煤层开采相比，本工作采面出率大幅度提高；由于采用该技术直接工效明显提高，成本降幅达1.83元/t；巷道掘进的费用降低4.66元/t，工作面回采期间巷道维护费用降低幅达0.6元/t，材料消耗降低4.58元/t，与分层开采成本相比降幅低12.70元/t。采用中厚煤层悬移支架炮采放顶煤技术带来了丰厚的经济效益，该技术值得在其他条件相似的炮采工作推广。
3 结论
（1）要严格控制工作面的采高，当采高超过架子时会出现架子不稳的现象，同时还会造成顶煤太薄，使得回采煤体中混有大量矸石。当采高低于架子时，会出现工作面单体上提行程过小的现象，移架困难，导致工作面出现安全事故，影响安全生产。通过现场实践也证实采高过大不利于工作面顶板的管理，因此工作面采用2.2m的单体支柱作为悬移支架支柱，并在工作面回采过程中取得很好的效果。
（2）该悬移支架与炮采工艺的结合，使得初期的投资只是综采放顶煤开采的1/5～1/8，降低成本。并且该技术具有体积小、重量轻、结构简单、安装和运输方便、操作容易等优点，对复杂条件煤层以及边角煤有很好技术适应性，因此在目前类似新集二矿一水平煤层基本回采结束，开采剩余边角煤块段的现状尤为合适。