楊周成

(貴州開陽(yáng)白馬磷肥有限公司金沙縣三元硫鐵礦廠, 貴州金沙縣 550301)

炮采放頂煤采礦法在煤系硫鐵礦中的應(yīng)用

楊周成

(貴州開陽(yáng)白馬磷肥有限公司金沙縣三元硫鐵礦廠, 貴州金沙縣 550301)

在煤系硫鐵礦中,煤層、硫鐵礦層為直接頂?shù)装尻P(guān)系,針對(duì)這一特殊情況,通過對(duì)厚礦層采礦方法的比較,結(jié)合炮采放頂煤的適用條件,開展煤、硫鐵礦層同采的實(shí)踐,并取得了較好的效果。介紹了同時(shí)開采煤層、硫鐵礦層的回采方案和技術(shù)。

煤系硫鐵礦;炮采放頂煤;回采工藝

貴州省金沙縣三元硫鐵礦床為煤、硫鐵礦伴生,且互為頂?shù)装宓年P(guān)系,本礦的101首采工作面采用煤礦、硫鐵礦同采(以下稱煤、硫同采)的采礦方案,即炮采放頂煤采礦法(一次采全高),不僅保障了安全生產(chǎn),而且還取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

(1)礦層產(chǎn)狀。礦層傾角平均14°,為傾斜礦層。煤、硫鐵礦層平行共生,硫鐵礦層與共生的煤層是直接頂?shù)装寤蚧拥年P(guān)系。礦區(qū)內(nèi)無(wú)較大的地質(zhì)構(gòu)造,沒有大的斷層?？刹擅簩覯12煤層,俗稱“7層煤”,平均厚度2.7m,為黑色的粉狀煤,含少量的黃鐵礦結(jié)核及顆粒,頂板為灰色、黑灰色中厚層炭質(zhì)泥巖及灰泥灰?guī)r,平均厚3.5m;底板為2.5m左右厚的粘土泥巖硫鐵礦,黃鐵礦呈聚晶團(tuán)塊狀分布于灰色粘土泥巖中,灰色粘土泥巖下部是淺灰色中厚層灰?guī)r,未見底。

(2)瓦斯。根據(jù)對(duì)臨近的天生橋、紅興煤礦的調(diào)查,該礦區(qū)瓦斯含量高(天生橋煤礦相對(duì)瓦斯涌出量為10.4m3/t左右,絕對(duì)涌出量為0.8m3/min左右),暫時(shí)應(yīng)按高瓦斯礦區(qū)考慮,但在淺部開采過程中,工作面瓦斯涌出量很低,光學(xué)瓦斯檢定器實(shí)際檢測(cè)讀數(shù)為0.04%。根據(jù)相鄰煤礦“煤塵爆炸性鑒定報(bào)告”可知,本礦區(qū)煤塵無(wú)爆炸危險(xiǎn)性,煤層自燃發(fā)火傾向?yàn)?類,為不易自燃煤層。

(3)水文地質(zhì)。進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查,但根據(jù)原煤層開采時(shí)的涌水量調(diào)查,預(yù)計(jì)礦山正常涌水量為100m3/h,最大涌水量為250m3/h,主要礦床充水因素為底板充水,礦床底板直接充水含水層為茅口灰?guī)r巖溶裂隙含水層,出露于礦區(qū)中西部,出露面積較廣,富水性強(qiáng)。據(jù)生產(chǎn)地質(zhì)報(bào)告,硫鐵礦層與茅口灰?guī)r之間僅隔一層平均厚約2.5m的含硫鐵礦粘土巖,該巖組力學(xué)強(qiáng)度值低,水穩(wěn)定性差,不具備隔水能力,如遇卡斯特突起面,硫鐵礦層直接和茅口灰?guī)r直接接觸,因此,底板突水為礦床主要充水因素。

2 煤與硫鐵礦同采技術(shù)

煤、硫鐵礦同采利用炮采放頂煤采礦技術(shù)。

炮采放頂煤采礦法的實(shí)質(zhì)就是沿礦層(或分段)底部布置一個(gè)采高2～3m的長(zhǎng)壁工作面,用常規(guī)的放炮落礦方法進(jìn)行回采,利用礦山壓力的作用或輔以人工松動(dòng)方法,使單體液壓支柱上方的頂煤破碎成散體后由支柱后方放出,并用刮板輸送機(jī)運(yùn)出工作面。本礦區(qū)礦層總厚度5.2m左右,礦層傾角平均14°,滿足炮采放頂煤采礦法的適用條件。

通過對(duì)工作面跟班總結(jié),炮采放頂煤采礦法主要具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)開采強(qiáng)度大。

(2)單產(chǎn)高。工作面內(nèi)具有多個(gè)出煤點(diǎn),而且可實(shí)行分段平行作業(yè),即在同地段采硫鐵礦的同時(shí)可預(yù)松動(dòng)放煤(炮采工作面長(zhǎng)度為45m),采用一采(1.5m深的硫鐵礦)一放(1.5m深的煤),一個(gè)循環(huán)可采出硫鐵礦573.75t(硫鐵礦容重:3.4t/m3),煤246.0375t(煤礦容重1.35t/m3),因而易于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn),相比之前一個(gè)循環(huán)單采煤(1.5m深的煤礦)246.0375t,提高了近3倍的礦石采出量。

(3)效率高。由于放頂煤工作面的一次采出厚度大(5.2m),生產(chǎn)集中,放煤工藝勞動(dòng)量小,以及出煤點(diǎn)增多等原因,其生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益大幅度提高。

(4)成本低。放頂煤采煤法比分層開采減少了分層數(shù)目和鋪網(wǎng)工序,由此節(jié)省了鋪網(wǎng)工時(shí)和鋪網(wǎng)費(fèi)用。此外,其他材料、電力消耗、工資費(fèi)用等也都會(huì)得到相應(yīng)減少。

(5)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單,巷道掘進(jìn)量小。掘進(jìn)1條運(yùn)輸平巷,1條回風(fēng)平巷,1條切眼,而分層開采則需掘進(jìn)2條運(yùn)輸平巷,2條回風(fēng)平巷,2條切眼。故可減少掘進(jìn)量和巷道維護(hù)費(fèi)用,便于采掘接替。

但是炮采放頂煤采礦法(煤、硫同采)也有如下缺點(diǎn)。

(1)煤損多。在目前的技術(shù)水平條件下,放頂煤開采的工作面煤炭采出率一般比分層開采低10%左右,即使采用了無(wú)煤柱護(hù)巷技術(shù),初采和末采損失和工藝損失仍將存在,留在采空側(cè)不能進(jìn)入刮板輸送機(jī)的煤無(wú)法運(yùn)出,故煤損較多。

(2)煤塵大。在放頂煤工作面,放炮落煤、支柱操作時(shí)的柱間漏煤及放煤工作均為粉塵的來(lái)源。因此除在放煤時(shí)需設(shè)噴霧裝置外,還可采用煤柱預(yù)注水濕潤(rùn)煤層的方法,本礦采用了煤層注水、濕式打眼、水封爆破落煤、防塵水幕,以及在巷道轉(zhuǎn)載點(diǎn)處噴霧和對(duì)巷道周期性清、沖、刷等綜合防塵措施,實(shí)踐效果表明,該措施能夠有效地防治礦塵。

3 回采工藝簡(jiǎn)述

3.1 放頂煤工作面概況

放頂煤開采的生產(chǎn)效率和煤炭的采出率一方面取決于頂煤的冒落是否充分,另一方面則取決于是否能將冒落下來(lái)的頂煤盡可能多的順利放出。因此可以說,在頂煤冒放性較好的條件下,頂煤的采出率及放頂煤效果取決于合理的放頂煤工藝參數(shù)的確定。由于礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及普采工作面支護(hù)的限制,工作面長(zhǎng)度選用了45m,放頂煤時(shí)分3段,每段15m。

3.2 放頂煤的運(yùn)輸方式

放頂煤回采工作面采用鉆眼爆破法落礦,人工輔助裝礦,硫鐵礦礦壁一側(cè)刮板運(yùn)輸機(jī)裝運(yùn)硫鐵礦,采空區(qū)一側(cè)的刮板運(yùn)輸機(jī)裝運(yùn)煤炭,運(yùn)輸順槽采用刮板運(yùn)輸機(jī)將礦石或煤炭裝到1t固定礦車上,然后通過運(yùn)輸順槽及主斜井提升至地面礦倉(cāng)。

3.3 回采工藝方式

(1)落礦。要求工作面煤壁平直,不留頂?shù)V和底礦,不破壞頂板,不崩倒支柱和不崩翻工作面輸送機(jī),盡量降低炸藥和雷管消耗。

(2)裝礦。炮采工作面采用兩臺(tái)刮板輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)V石,在單體液壓支柱及鉸接頂梁所構(gòu)成的懸臂支架掩護(hù)下,輸送機(jī)貼近硫鐵礦壁,有利于爆破裝硫鐵礦,另一臺(tái)在預(yù)松動(dòng)爆破下裝煤。運(yùn)輸順槽采用刮板運(yùn)輸機(jī)將硫鐵礦礦石或煤炭裝到1t固定礦車上運(yùn)出。

(3)運(yùn)礦。工作面運(yùn)礦是炮采面實(shí)現(xiàn)唯一機(jī)械化的工序。輸送機(jī)移置器多為液壓式千斤頂,工作面內(nèi)每6m設(shè)1臺(tái)千斤頂,輸送機(jī)機(jī)頭,機(jī)尾各設(shè)3臺(tái)千斤頂。移置輸送機(jī)時(shí),應(yīng)從工作面的一端向另一端依次推移,以防輸送機(jī)槽拱起而損壞。

(4)支護(hù)。落礦時(shí),爆采深度應(yīng)與鉸接頂梁長(zhǎng)度相等。一梁一柱,正懸臂齊梁直線柱布置,及時(shí)掛梁和支設(shè)單體液壓支柱。為便于控制工作面頂板及便于頂煤的放出,用金屬網(wǎng)、荊芭和背木棍聯(lián)合護(hù)頂。當(dāng)工作空間達(dá)到最大控頂距時(shí),為了加強(qiáng)對(duì)放頂處頂板的支撐作用,回柱之前,結(jié)合本礦實(shí)際,采用了斜撐支柱、木垛作為特種支護(hù)。工作面正常回采時(shí)的布置如圖1所示。

圖1 工作面布置

(5)放煤。采取分段間隔分輪次放煤。工作面回柱放頂全部結(jié)束后,為防止頂板垮落對(duì)硫鐵礦工作面造成的威脅,推出切眼后及時(shí)放煤,這不僅有效提高了煤炭的采出率,而且對(duì)頂煤的冒落也比較有利。頂煤厚度較大,故采用“一采一放”。放煤步距1m,即開一道幫放一次煤。在空巷側(cè)從運(yùn)輸機(jī)上沿起開始剪網(wǎng),放煤口剪成工字形,寬0.4m。采取分段、間隔、分輪次放煤,放煤段保持10m以上的距離,放煤口最小間距為1.25m,每輪放煤量為1/3,分3輪將頂煤全部放完,放完煤后,放煤口重新補(bǔ)好網(wǎng),頂煤放出率高。采取預(yù)松動(dòng)爆破技術(shù)放煤效果不是很理想,為保證安全,端頭煤的采出率得不到提高,煤損在此處為最大。

4 結(jié) 語(yǔ)

本礦總結(jié)出了一套較成熟的普通支架炮采工作面放頂煤回采技術(shù)。相對(duì)而言,傾斜分層走向長(zhǎng)壁下行垮落采礦法,初采期間巷道掘進(jìn)量大,上下分層的采面分別有各自獨(dú)立的運(yùn)輸巷道、回風(fēng)巷道和切眼;另外,鋪設(shè)人工假頂?shù)墓ぷ髁看?工序復(fù)雜,由于不能空頂作業(yè),須等待上分層頂板垮落且穩(wěn)定后才可以開采下分層的硫鐵礦,這會(huì)給生產(chǎn)的組織管理工作增加很大的難度。炮采放頂煤采礦法(一次采全高)比分層回采巷道萬(wàn)噸掘進(jìn)率大幅度降低,回采材料消耗減少1/2,工效和工作面產(chǎn)量均提高近3倍。

由于分層回采受地質(zhì)構(gòu)造、生產(chǎn)工序等影響,難以布置工作面進(jìn)行煤、硫鐵礦同采或只能局部分層回采,而炮采放頂煤只要斷層或褶曲的幅度不大于3.0m都可以布置工作面進(jìn)行回采,因此炮采放頂煤回采提高了采區(qū)回采率。在今后的放頂煤實(shí)際中,還需要及時(shí)關(guān)注放煤效果的好壞和總結(jié)經(jīng)驗(yàn),以便更加合理的確定出適合本礦的回采工藝參數(shù)。

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2009-08-15)

楊周成(1982-),男,貴州水城人,助理工程師,主要從事采掘技術(shù)管理工作,Email:yzc1698@163.com。